Способ повышения прочности соединения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОаЕЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 1) В 23 ОО ТЕЛЬСТВ АВТОРСХОМУ С на фиг.3 - офор слойной пластин трескивания при ние края многово избежание ра стке); неишеи обра мр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБР(56) Авторское свидетельство СССРР 307869, кл. В 23 К 33/00, 1970.(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к производствусварных, паяных, клеевых соединенийразнородных материалов и соединениям,получаемым путем направки или напыления, работающим в условиях вибрации, усталостного разрушения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки. Цель Изобретение относится к машиностроению, в частности к сварным,клеевым, паяным соединениям разнородных материалов либо к соединенияполученным путем наплавки или напыления, работающим в условиях вибрации, усталостного разрушения, а также при хрупком разрушении под действием .статической нагрузки,Цель изобретения - получение малонапряженного состояния в поверхностной зоне соединения эа счет перераспределения напряжений с поверхнос ти соединения внутрь его.На фиг.1 - соединение деталей разной толщины; на фиг.2 двух. деталей из разных м изобретения - получение малонапряженного состояния в поверхностной зонесоединения разнородных материаловЦель достигается за счет определеннойразделки кромок, для чего углы разделки каждого материала выбирают изусловия: о,= 90 , Ы94,29- 4,829 (Е /Е,)+ 0,236 (Е/Е,)- 0,0065 ф (Е -Е,)з, причем Е, ( Егде ЕЕ- модули упругости соединяемых материалов; о о, - углымежду поверхностью соединения и внешней поверхностью составного элементасо стороны соответствующих материалов, Обработку краевой зоны стыкаможно проводить до или после операции соединения, За счет такого выполнения достигается практичесКи равномерное распределение напряжения полинии стыка, 8 ил. на фиг.4 - оформление сварного (паяного) шва в трубе; на фиг.5 - оформление паяного углового соединения; на фиг.6 - оформление паяного соединения со смещением кромок; на фиг.7- график зависимости Иот соотношения модулей упругости Е /Е,; на фиг,8- график зависимости и от Ь, где и- порядок полосы изохромы, Ь - расстоя ние от края стыка до центра полосы изохромы вдоль линии стыка,Исследования напряженного состояния и прочности сварных соединений из разнородных материалов 1 и 2 по 1581526казали, что напряженное состояние и ,прочность в значительной мере зависят от геометрии стыка, материалов и степени механической разнородности соединяемых материаловНаиболее простым по технологии является прямой стык, Однако соединения с прямым стыком не являются наиболее прочными и чаще всего разрушение происходит по линии стыка (при хрупком типе разрушения), Исследованиями установлено, что инициация разрушения, как правило, реализуется в краевой точке стыка. Данная точка может носить характер концентратора напряжейий при.одной геометрии соединения и не быть концентратором при другой .геометрии. Экспериментальйыми и расчетными-(метод конечных элементов МКЭ) методами установлено, что напряженное состояние в краевой точке в большей степени определяется геометрией зоны непосредственно примыкающей к ней (при прочих равных условиях). 25Расчетными методами (МКЭ, метод комплексных потенциалов МКП) было . изучено напряженное состояние соединений разнородный материалов, в которых варьировалась геометрия в зоне краевой точки, При этом = 90 угол более мягкого по упругим характеристикам материала - не изменялся, а о- угол со стороны более твердого материала - варьировался, В ходе данных расчетов была построена зависи.мость с от.Е /Е фиг.7,.которая определяет бесконцентраторную геометрию стыка в зоне краевой точки в зависимости.от соотношения упругих 40 характеристик соединяемых материалов,Как видно из графика (Фиг.7), при всех значениях углов , лежащих правее линии, представленной на граФике в угловой точке стыка, реализу ется концентрация напряжений при всех значениях углов о,лежащих левее линии (включая точки линии),пред- ставленной на графике в угловой точке стыка, не реализуется концентрациянапряжений. Зависимость о (Е /Е ) можно аппроксимировать в виде полинома и записать следующее условие для выбора55 геометрических параметров соединенияо = 94,29 ф - 4,829 Е Я, + + 0,236 (Е, /Е) - 0,0065 (Е/Е)щ Достоверность полученного соотно.шения была проверена эксперимейтальноПо результатам экспериментон были построены зависимости п(Ь) дляразных углов /(фиг.8), где,.п - порядок полосы изохромы, Ь - расстояние от краевой точки вдоль стыка досередины полосы изохромы,Анализ графиков и результатовэкспериментов позволяет сделать следующие выводы,Для всех углов о 1 75 в краевойточке стыка наблюдается концентрация напряжений, причем уровень напря.4 Гжений в этой точке,значительно вы-ше, чем в любой другой точке соединения, Поэтому выбор угла о 75(при Е /Е= 5) нецелесообразен сточки зрения напряженного состоянияи прочности.При угле о(= 75 о картина полянапряжений меняет свой характер, Вкраевой точке стыка уронень напряжений сравним с уровнем напряженийв токах центральной части соединения,Следовательно, в данном соединенииотсутствует концентрация напряжений,что ведет к повышению прочности икачества стыка,При Ы(75 характер поля напряжений аналогичен случаю о = 75 о,причем снижается уровень напряженийв зоне краевой точки стыка, а напряжение в центральных зонах не повышается,Таким образом, для соотношениямодулей упругости Е /Е 1 = 5 угол опри котором концентрация напряженийотсутствует, равен или меньше 75 о.Уровень напряжений в краевойточке стыка за счет подбора оптимальной геометрии последнего снижен входе эксперимента н 4 раза. При этомдостигается практически равномерноераспределение напряжений по линиистыка (фиг.З).Предлагаемый способ может бытьприменен для широкого класса соединений разнообразных материалов(фиг,1) (напланка, композитные соединения, паяные соединения и др.). Способ прост н реализации, формированиепереходной области может быть осуществлено любым известным способом5158152получение выбранных углов стыка материалов),Формула изобретенияСпособ повышения прочности соединения преимущественно разнородныхматериалов при пайке, сварке, склеивании или полученного путем наплавки, при котором поверхности соединения придают специальный профиль,осуществляя предварительный подборуглов разделки каждого материала сучетом характеристик упругости соединяемых материалов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью получения малонапряженного состояния вповерхностной зоне соединения засчет перераспределения напряжений споверхности соединения внутрь его, 20 6 6углы разделки каждого материала выбирают с учетом их характеристик упру "гости из следуюЩих условий:с,= 90,с 294,29 - 4,829 Е/Е, ++ 0,236(Е /Е,) - 0,0065 (Е /Е 1причемЕяфгде Е и Е - модули упругости соединяемых материалов;ю, и 4 - углы между поверхностьюсоединения и внешнейповерхно тью составного элемента со сторонысоответствующих мате";риалов,причем специальный проФиль можнопридавать до или после проведенияоперации соединения,Тираж 625 омитета по изоб рсква, Ж, Ра тениям и открытиям при ГКНТ ССская наб., д. 4/5