Способ повышения прочности соединения

-27 Р 28итехническийого комсомолаКЛ. Гумеров Бюл.ий по и есов и 8Ео з.3 ится к Изобретение строению, в ча паяным и клеевь родных материал ловиях вибраци рушения, а такж шенин под дейсо т ымуразнов усо раз- раэруой наи к свардинениямабо тающих и усталостно при хрупком ием статичес и груэки.Целью из ние концент перехода от гому за сче летия напрНа фиг, модель для тся анижеий в зонеала к дру- распредеединений. обрет рации однот рав являяже ма г сяжения внутр1 изображенсоединения счетная нь норо ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 53) 621.791.015(088.8)56) Авторское свидетельство СССР307869, кл. В 23 К 33/00, 1970.(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к сваРным,паяным, клеевым соединениям разнородных материалов, работающих в условиях вибрации и усталостного раэру"шения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагруэки. Цель изобретения - снижение к н 2центрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому в соединении разнородных материалов. Осуществляют формирование переходной области стыка разнородных материалов из условий: Ы, = 180 ; К 6 - 0,5 + + 14Е/Е - 1,7(Е/Е)+ 0,0 (Е /Е ), причем Е ) Е где Е модули упругости соединяемых материалов; сС Ы- углы между поверхностью соединения и внешней поверхокостью составного элемента со стороны соответствующих материалов. Обработку зоны перехода можно производить до и после операцйи соединения. В результате в зоне перехода концент рация напряжений отсутствует. Способ прост в реализации, поскольку формирование соединения можно осуществить ,любым известным способом. 1 з.п.Р-лы 6 ил. материалов; на фиг. 2 - график зависимостей , () и ( ) при раличных соотношениях Е/Е; на фигграфик зависимости угла О от1 К(Е/Е), когда 1 = -0,1; нафиг, 4 и 5 - возможные схемы реал,ции способа при сварке (пайке) угвых швов и при наплавке; на фиг.графически выраженные результатытоупругого эксперимента,Расчетная модель,при которой М180, Е ( Е(угол, занимаемыйматериалом 1 с большими характериотиками упругости, равен.180 , аугол, занимаемый материалом 2 с ьшими характеристиками упругости,меняется от 0 до 180 , см,фиг,осоответстгует случаю наплавки мягкого материала на поверхность болеетвердого материала. Такой случай соединения материалов часто встречается в технике (например, переходныезоны от металла припоя (шва) к основному металлу, от одного слоя к другому в многослойном материале),Б результате проведенных исследований получены зависимости( 5 ) ися,Ъ) при различных соотношенияхЕ/Е .Параметры ,псоответствуют 15двум главным слагаемым поля напряжений в окрестности разнородного Чобразного концентратора, которые определяют градиент напряжений в зонеего вершины (сингулярной точки), За" 20висимость Д( ) пре,ставлеа пафиг, 2,Прочность изделия с Ч-образньиконцентратором в основном зависит отпараметрами. Исследованиями и экспериментами установлено, что при 0в вершине Ч-образного выреза реализуется концентрация напряжений определенного уровня, зависящего от величины углов , Ы , Ы и соотношения 30Е/Г , При ,0 такое явление ввершине концентратора не реализуется, и тогда теряет смысл выражение"концентратор напряжений" для величины угла , 35Для исследованного случая пара. метр упрактически при всех значениях угла о находится в еингулярнойобласти ( 10; исключение составляет случай М, = О,поэтому это зпачение угла считается нижней границейинтервала). Следовательно, практически ни при какой величине угла К(кроме М = 0) нельзя избавиться отконцентрации напряжений в его вершине. Особенность изменения зависимости Д(5 ) (фиг, 2) позволяет гово. рить о том, что когда , Ъ -О, 1, привсех соотношениях Е/Е, эти зависимости принимают значения, близкие к0 в широкой области углов М,. Исследованиями и экспериментами установлено, что при-О, 1 характер рас"пределения поля напряжений в вершине угла близок к бесконцентраторному. 55Поэтому верхняя граница интервала,цлд каждой пары соединенных материалов своя и зависит от соотношенияих упругих характеристик. Из этих условий построены графики(фиг. 3), которые позволяют выбратьоптимальную величину угла М для любого соотношения упругих характеристик материалов. При этом рекомендуемые величины углов ь лежат левеелинии= -0,1; большим соотношениям Е 1/Г соответствуют большие величины углов О,Линия, представленная на фиг. 3,аппроксимирована полиномом, и условиедейственности предлагаемого способаможно представить в виде;Ц. с 0,5 + 4 Е,/Е 1,7(Е /Е )2+ 0,08(Е/Е) Ф180причем ЕЕ.Достоверность полученных соотношений проверена экспериментально. Анализ полей напряжений, полученных прифотоупругом эксперименте, позволяетсделать следующие выводы.Выполнение угла М,)37 (при Е/Е == 5) нецелесообразно с точки зренияпрочности ввиду того, что вершинаперехода носит характер концентратора напряжений.Когда Ы ( 37 , поле напряжений взоне перехода не носит характер концентратора напряжений. Кроме того,уровень напряжений в вершине угласопоставим с уровнем напряжений вцентре стыка.Таким образом, для соотношенияЕ,/Е = 5 именно угол 037 является оптимальным с точки зрениянапряженного состояния в стыке, аследовательно, и с точки зрения прочности.На фиг. б показаны зависимостиГ(п, Ь) при различных углах 0, гдеи - порядок полосы изохром (включаяполуцелые); Ь - расстояние от вершины перехода до середины изохромы внаправлении стыка. Из графиков видно, что во всех случаях (кроме 4)в вершине угла 0 напряжения выше,чем в любой другой точке стыка деталей. Когда с= 37, линия, соответствующая этому случаю, при Ь = 0 неимеет максимальных значений напряжения, Это говорит о том, что концентрация напряжений в области переходаотсутствует. Поэтому при 0637(Е,/Е = 5) в зоне перехода концентрация напряжений отсутствует, а прочность изделия определяется прочностьюболее слабого материала или минимальФормула изобретения 20 1, Способ повышения прочности софединения разнородных материалов при пайке, сварке или наплавке, при котором поверхности соединения придают специальный профиль, осуществляя предварительный подбор углов разделки каждого материала с учетом харак 25 149696 ным сечением. Уровень напряжений в вершине перехода за счет выбора оптимального угла снижен в 2.,4 раза за счет равномерного распределения нагрузки по линии стыка.5Изобретение может быть реализовано для широкого класса соединений разнородных материалов (наплавка, напыление, переходные области свароч ных швов и припоя и т.д,). Оно просто в реализации, формирование переходной части может быть осуществлено любым известным способом (механическая обработка, прокатка, подбор тех- .15 нологических параметров процесса соединения, обеспечивающих получение выбранных углов стыка материалов),8 бтеристик упругости соединяемых материалов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому за счет равномернрго распределения напряжений внутри соединений, углы разделки каждого материала выбирают из следующих соотношенийЫ., = 180,М -0,5 + 14 Е/Е - 1,7 (Е,/Е )ф +0,08(Е/Е )згде. ь, и Ы- углы между поверхностьюсоединения и внешнейповерхностью составногоэлемента со стороны соответствующих материалов;Е Е, - моръли упругости соединяемых.материалов,Е) Е,2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что специальныйпрофиль придают путем фрезерованиядо или после проведения операции сс;единения.149 б 9 б 8 70 Составитель Лехред М, и заро Редактор И. Рыбченко Т Д дик Корректор М, Шарош НТ С оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул агарина, 101 Заказ 4376/17 Тираж ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, о изобретениям35, Раушская на Подписноеткрытиям при д. 4/5