§ 5. Клеевые соединения

Клеевые соединения получили в последние годы широкое распространение во многих отраслях машинострое­ния благодаря появлению клеящих материалов на основе син­тетических полимеров, которые обеспечивают склеивание прак­тически всех материалов промышленного значения (стали, сплавы, медь, серебро, древесина, пластики, фарфор, ткани, кожа и многие другие), а также возможности склеивания металлов и неметаллов. Иногда склеивание представляет собой единственный способ соединения разнородных материалов в ответственных конструкциях.

Применение клеев в металлических конструкциях позволяет надежно и прочно соединять разнородные металлы разной толщины, исключать более дорогие заклепочные, сварные и болтовые соединения. Клеевые швы не ослабляют металл, как при сварке или сверлении отверстий под болты, они не под­вержены коррозии и часто герметичны без дополнительного уплотнения.

Клеевые соединения превосходят заклепочные и сварные соединения при работе на срез.

Основные недостатки соединений:

а) старение со временем, вызывающее существенное сниже­ние прочности;

б)невысокая теплостойкость (рабочая температура обычно не свыше 300 °С);

в)необходимость сложной оснастки для изготовления кон­струкций сложного профиля.

Процесс склеивания обычно состоит из следующих стадий:

1)превращения клеящего вещества в состояние, пригодное пня нанесения на поверхность склеиваемого материала (раст-порение, расплавление, приготовление клеящей пленки и т. д.);

2) подготовки поверхности склеиваемых материалов (увели­чение шероховатости, различные виды химической или физико-химической обработки);

3) нанесения клеящего вещества;

4) превращения клеящего вещества в клеевой слой, соеди­няющий материалы при соответствующей температуре, давле­нии и времени выдержки.

Применение в промышленности получают клеи, обладаю­щие коррозионной неактивностью, нетоксичностью, грибо-, водо- и атмосферостойкие с высоким сопротивлением старению и способностью к длительному хранению.

Наибольшее распространение получили два вида клеевых соединений — нахлесточное и телескопическое, которые разли­чаются по характеру требуемого клея. Для телескопического соединения требуется жидкий клей, возможно холодного от-перждения. Для нахлесточного соединения обычно нужен вы­сокопрочный клей, например, пленочный.

В отличие от сварного клеевое нахлесточное соединение сопряжено по поверхности контакта элементов. Прочность соединения пропорциональна площади склеивания. Большего повышения прочности можно достичь увеличением ширины нахлестки, нежели длины нахлестки (из-за неравномерного распределения нагрузки по длине соединения, см. рис. 29.7).

Конструкции клеевых нахлесточных соединений показаны на рис. 29.15, α —κ.

При проектировании клеевых соединений надо учитывать, что они имеют обычно достаточно большую прочность при

а-сгыковое; б, в — нахлесточное; г — усовое; д — нахлесточное с подсечкой;e-стыковое с накладкой; ж — то же, с двойной накладкой; з — стыковое сутопленой двойной накладкой; и — полушиповое; к — стыковое со скошенными накладками

сдвиге и невысокую прочность при отдире и раскалывании. Простейшие способы устранения отдира показаны на рис. 29.16.

Прочность при сдвиге нахлесточных соединений с различ­ными клеями после двухмесячной выдержки составляет 10 - 33 МПа (табл. 29.5).

Прочность клеевого соединения зависит от толщины кле­евого слоя. Обычно толщина слоя составляет 0,05 — 0,15 мм и зависит от вязкости клея и давления при склеивании.

Условие прочности при срезе нахлесточного соединения обычно имеет вид

где bи l — ширина и длина нахлестки.

Контроль качества соединений осуществляют разрушаю­щими и неразрушающими методами (например, рентгеновским методом, инфракрасными лучами и т. д.).

Пример. Рассчитать сварное соединение уголка и полосы (рис. 29.17) из стали СтЗ при статической нагрузке F = 300 кН. Сварка ручная.

Таблица 29.5. Прочность при сдвиге соединений алюминиевого сплава различ­ными клеями в условиях повышенной влажности

Клей	Прочность при сдвиге τ, МПа
	в исходном состоянии	после выдержки в течение 60 сут
Эпоксидный Поливинилацетальфеновый Фенолонитрилкаучуковый Полиуретановый Эпоксинайлоновый	21 28 38,5 16,1 42	19,6 25,2 33,6 10,2 16,1

Решение. 1. Из условия прочности уголка по допускаемым нап­ряжениям [σ_ρ] = 160 МПа определяем площадь его сечения

и no ГОСТ 8509 - 77 принимаем уголок 100 * 100 * 10 мм, для кото­рою aι = 28,3 мм, а_г = 71,7 мм.

2. По табл. 29.1 находим допускаемое напряжение среза в шве I τ_ш] =0,6 [σ_ρ] =0,6*160 = 96 МПа и по формуле (29.4) при к_р = s = 10 мм (s - толщина уголка) вычисляем требуемую длину шва

3. Принимая, что соединение уголка с листом может быть выпол­нено лишь фланговыми швами (L < 60/е), по формуле (на с. 476) находим их длину

l₁=L*(a₂/(a₁+a₂))=446*(71.7/(28.3+71.7))=320мм

l1=L(a1/(a1+a2))=446(28.3/(28.3+71.7))=126мм

Если соединение выполнить одним лобовым швом длиной / = ■ 100 мм (см. рис. 29.17), то суммарная длина фланговых швов

L_* = L - l = 446 - 100 = 346 мм

и длина фланговых швов l_1* = 248 мм и l₂, = 98 мм.

Таким образом, за счет лобового шва удается уменьшить метал-иосмкость соединения.

Фактическую длину сварных швов назначают на 10-15 мм боль­ше расчетной для компенсации ослабления швов из-за дефектов (исмровара в начале и кратера в конце).