Способ повышения прочности соединения

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сварным, паяным, клеевым соединениям разнородных материалов, работающих в условиях вибрации и усталостного разрушения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки. Цель изобретения - снижение концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому в соединении разнородных материалов. Осуществляют формирование переходной области стыка разнородных материалов из условий α<SB POS="POST">1</SB>=180°,α<SB POS="POST">2</SB>≤- 0,5 + 14 <SP POS="POST">.</SP> Е<SB POS="POST">1</SB>/Е002 - 1,7 (Е<SB POS="POST">1</SB>/Е<SB POS="POST">2</SB>)<SP POS="POST">2</SP> + 0,08 (Е<SB POS="POST">1</SB>/Е<SB POS="POST">2</SB>)<SP POS="POST">3</SP>, причем Е<SB POS="POST">1</SB>*98Е<SB POS="POST">2</SB>, где Е<SB POS="POST">1</SB>, Е<SP POS="POST">2</SP> - модули упругости соединяемых материалов

α<SB POS="POST">1</SB>, α<SB POS="POST">2</SB> - углы между поверхностью соединения и внешней поверхностью составного элемента со стороны соответствующих материалов. Обработку зоны перехода можно производить до и после операции соединения. В результате в зоне перехода концентрация напряжений отсутствует. Способ прост в реализации, поскольку формирование соединения можно осуществить любым известным способом. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 В 23 К 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ.

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4346792/31-27 (22) 21.12 ° 87 (46) 30,07.89. Бюл. Р 28 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.В. Колесов и К.И. Гумеров (53) 621.791.015(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 307869, кл. В 23 К 33/00, 1970. (54) СПОСОБ ПОВЫИЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к сва1 ным, паяным, клеевым соединениям разнородных материалов, работающих в условиях вибрации и усталостного раэру" шения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки. Цель изобретения - снижение конИзобретение относится к машиностроению, в частности к сварным,. паяным и клеевым соединениям разнородных материалов, работающих в условиях вибрации и усталостного pasрушения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки.

Целью изобретения является снижение концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому за счет равномерного распределения напряжения внутри соединений.

На фиг, 1 изображена расчетная модель для соединения разнородных

„„Я0„„3496968 A 1

2 центрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому в соединении разнородных материалов. Осуществляют формирование переходной области стыка разнородных материалов из условий: о, = 180"; kq 6 - 0,5 +

+ 14 Е„/Š— 1,7(Е(/Е ) + 0,08 (E(/Е ), причем Е Ä ) Е, где E(, Е— модули упругости соединяемых материалов; сС, Ы - углы между поверхностью соединения и внешней поверхо костью составного элемента со стороны соответствующих материалов. Обработку зоны перехода можно производить до и после операцйи соединения.

В результате в зоне перехода концент- а рация напряжены" отсутствует. Способ прост и реалиаапии, поскольку ферми- Q) рование соединения можно осуществить любым известным способом. 1 з.п.(-лы, {

6 ил. материалов; на фиг. 2 — график saвисимостей t5, (P ) и gq(P i при различных соотношениях Е„/Е ; на фиг.3— график зависимости угла о от

1g(E(/Е<), когда at = -0,1; на фиг, 4 и 5 — возможные схемы реализа,ции способа при сварке (пайке) угловых швов и при наплавке; на фиг. 6графически выраженные результаты фотоупругого эксперимента.

Расчетная модель,при которой М(=, 180, E (E „ (угол, занимаемый материалом 1 с большими характерисо тиками упругости, равен . 180, а угол, занимаемый материалом 2 с иеньшими характеристиками упругости, меняется от О до 180, см,фиг, о соответстгует случаю наплавки мягкого материала на поверхность более твердого материала. Такой случай соединения материалов часто встречается в технике (например, переходные зоны от металла припоя (шва) к основному металлу, от одного слоя к дру- 10 гому в многослойном материале).

Б результате проведенных исследований получены зависимости Pt< (ф ) и с

М I .У. ((Ъ) при различных соотношениях

Е

Е

"концентратор напряжении" для величины угла Р. 35

Для исследованного случая пара. метр <практически при всех значениях угла cL находится в еингулярной области (2t< О; исключение составляет случай t« „ О,поэтому это зпа- 40 чение угла считается нижней границей интервала). Следовательно, практически ни при какой величине угла р (кроме ь4 = О) нельзя избавиться от концентрации напряжений в его верши- 15 не. Особенность изменения зависимости ),(P ) (фиг. 2) позволяет гово. рить о том, что когда (, p -О, 1, при всех соотношениях Е /Е, эти зависи- .мости принимают значения, близкие к

0 в широкой области углов k< Исследованиями и экспериментами установлено, что при < -0,1 характер распределения поля напряжений в гершине угла близок к бесконцентраторному.

Поэтому верхняя граница интервала ,цля каждой пары соединенных материI алов своя и зависит от соотношения их упругих характеристик.

Из этих условий построены графики (фиг. 3), которые позволяют выбрать оптимальную величину угла М для лю2 бого соотношения упругих характеристик материалов. При этом рекомендуемые величины углов лежат левее линии < = -0,1; большим соотношениям Е1/Г соответствуют большие величины углов К

Линия, представленная на фиг. 3, аппроксимирована полиномом, и условие действенности предлагаемого способа можно представить в виде;

К 6-05 + f4 Е /Е - 1,7(Е /Е ) +

+ 0,08(Е

180 причем Е „> Е .

Достоверность полученных соотношений проверена экспериментально. Анализ полей напряжений, полученных при фотоупругом эксперименте, позволяет сделать следующие выводы.

Выполнение угла М. )37 (при Е /E -=

= 5) нецелесообразно с точки зрения прочности ввиду того, что вершина перехода носит характер концентратора напряжений.

Когда Ы 37, поле напряжений в зоне перехода не носит характер концентратора напряжений. Кроме того, уровень напряжений в вершине угла сопоставим с уровнем напряжений в центре стыка.

Таким образом, для соотношения

Е,/Е = 5 именно угол 0С < 37 является оптимальным с точки зрения напряженного состояния в стыке, а следовательно, и с точки зрения прочности.

На фиг. б показаны зависимости

Г (п, h) при различных углах ОС, где п — порядок полосы изохром (включая полуцелые); h — расстояние от вершины перехода до середины изохромы в направлении стыка. Из -графиков видно, что во всех случаях (кроме 4) в вершине угла с напряжения выше, чем в любой другой точке стыка деталей. Когда о = 37, линия, соответствующая этому случаю, при h = 0 не имеет максимальных значений напряжения, Это говорит î том, что концентрация напряжений в области перехода отсутствует. Поэтому при М 37 (E,/E = 5) в зоне перехода концентрация напряжений отсутствует, а прочность изделия определяется прочностью более слабого материала или минимальФормула изобретения 20

1, Способ повышения прочности сов единения разнородных материалов при пайке, сварке или наплавке, при котором поверхности соединения придают специальный профиль, осуществляя предварительный подбор углов разделки каждого материала с учетом харак25

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.

Изобретение может быть реализовано для широкого класса соединений разнородных материалов (наплавка, напыление, переходные области свароч- 10 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 б теристик упругости соединяемых материалов, отличающийся тем, что, с целью снижения концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к другому за счет равномерного распределения напряжений внутри соединений, углы разделки каждого материала выбирают из следующих соотношений

Ы. = 180, g < -0,5 + 14 E)/E — 1,7 (E)/Е ) +

0,08(E)/К )з где. ь, и Ы - углы между поверхностью соединения и внешней поверхностью составного элемента со стороны соответствующих материалов;

Е,, Е „ - модули упругости соединяемых материалов, К1 ) Е .

2. Способ пои. 1, о тличаю шийся тем, что специальный профиль придают путем фрезерования до или после проведения операции сс ; единения.

pg

-И

1 496968

„О,грЮ

@CD,град, 14969б8

0 1ц 20 50 И 50 фиг

Составитель Л. Назарова

Техред М. Дидык

Редактор И. Рыбченко

Корректор М. Шароши

Заказ 4376/1 7 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101