Испытания на надежность.

02.12.2020г.

Тема. Склеивание.

Подготовка склеиваемых поверхностей. Склеивание деталей и отдельных элементов изделий. Контроль качества склеивания.

Подготовка поверхности под склеивание - это любой химический, электрохимический или механический процесс, который изменяет поверхность субстрата, делая ее более активной при контакте с клеем.

Цель процесса подготовки поверхности - удаление всех загрязнений и получение равномерной по всей площади шероховатости. Важным параметром, определяющим качество клеевых соединений, является смачиваемость субстрата клеем. Если клей не смачивает поверхность субстрата, то даже при тщательном соблюдении всех остальных параметров процесса склеивания невозможно получить клеевые соединения с оптимальными свойствами.

При хорошей подготовке поверхности обеспечиваются:

1. необходимая прочность клеевых соединений непосредственно после склеивания;

2. высокая долговечность клеевых соединений, т.е. сохранение исходных свойствили их незначительное снижение в течение всего срока эксплуатации;

3. сохранение свойств субстратов при их обработке под склеивание;

4. возможность применения в конкретных производственных условиях.

Подготовка поверхностей под склеивание состоит из двух этапов:

1. очистка и обезжиривание поверхностей, подлежащих склеиванию;

2. обработка поверхностей.

Склеиванием можно получить соединения из разнородных материалов, при этом вес изделий увеличивается незначительно, напряжения в соединяемых материалах распределяются более равномерно, швы имеют высокую герметичность и коррозионную стойкость, стоимость соединений, выполненных склеиванием, во многих случаях небольшая. Конструкции, склеенные из тонких металлических листов, по сравнению со сварными и клепаными, выдерживают большие вибрационные нагрузки. Надежное соединение деталей малой толщины, как правило, возможно только склеиванием.

Клеевые соединения осуществляют различными способами. Чаще всего применяется соединение внахлестку и встык с помощью планки, втулки и т. п.

Технологический процесс склеивания деталей независимо от их конструкции, марок клеев и склеиваемых материалов состоит из следующих этапов:

подготовка поверхностей склеиваемых деталей;
нанесение клея на склеиваемые поверхности;
выдержка после нанесения клея;
сборка склеиваемых деталей;
собственно склеивание при температуре от 25 до 250° С и выше;
давление с выдержкой от 5 мин до 40 ч и более;
очистка шва от подтеков клея;
контроль качества клеевого соединения.

Существуют различные виды клеев.

Клеи типа БФ. Клей типа БФ, представляющий собой спиртовые растворы модифицированной, фенолформальдегидной смолы, применяется для склеивания самых разнообразных материалов, в том числе и металлов.

Клеями БФ-2 и БФ-4 склеивают стали различных марок, алюминий и его сплавы, пластмассы, органическое стекло, фибру, кожу, эбонит и др. Шов, выполненный клеем БФ-2, обладает высокой термокислотостойкостью. Там, где требуется большая эластичность клеевого соединения или высокая стойкость против вибраций, толчков, целесообразно применять клей БФ-4

Клеи БФ-5 и БФ-6 имеют наибольшую эластичность по сравнению с другими клеями, поэтому их широко применяют для склеивания металла с тканями, резиной, фетром, войлоком.

Подлежащие склеиванию детали высушивают, тщательно очищают от грязи и пыли. Затем склеиваемые поверхности подгоняют одну к другой, тщательно протирают и обезжиривают. Клей на поверхности наносят стеклянной палочкой, кистью, поливом или пульверизатором. Через 5— 10 мин после нанесения на поверхность клея детали соединяют для равномерного распределения клея по поверхности и вытеснения пузырьков воздуха. Клей наносят в два приема. Второй раз наносят клей через 60—70 мин. Чем тоньше и равномернее слой, тем прочнее соединение. Наибольшая толщина клеевой прослойки 0,10—0,40 мм.

Продолжительность выдержки склеиваемых деталей под прессом зависит от размеров деталей и состава клея (от 1 до 3 суток). Для разъединения склеенные детали достаточно подогреть до 120—150°С.

Клеи типа БФ обладают низкой текучестью, плохо заполняют неплотности между поверхностями, поэтому для склеиваемых деталей необходимо создать нагрузку 5—20 кГ/см².

Термостойкие клеи. Применяются для склеивания деталей из различных металлов, работающих в условиях высоких температур и вибраций. Клей ВК-32-200 применяется для склеивания из металлов и неметаллических материалов деталей, работающих непрерывно до 300 ч при 200° С и до 20 ч при 300° С. Клей наносят в два слоя. После нанесения первого слоя выдерживают 15—20 мин при 20° С, после нанесения второго слоя — 15—20 мин при 20° С и 90 мин при 65° С.

Материалы, соединяемые клеем ВК-32-200, могут работать в интервале температур от 60 до 120° С. Клей стоек против бензина, минерального масла, топлива и воды. В течение четырех месяцев материалы, соединенные этим клеем, могут работать в условиях, близких к тропическим (при влажности 90% и температуре 50° С) без заметных снижений прочности соединения.

Термостойкие клеи на основе кремнеорганических смол предназначены для склеивания металлических и неметаллических материалов. Клей ИП-9 применяется при склеивании металлов и неметаллов. Этот клей образует швы небольшой прочности, но обеспечивает высокую термостойкость, водостойкость и герметичность.

Клеем ИПЭ-9 соединяют металлы, керамику, резину и другие материалы. Соединения очень прочны при температуре 300°С.

Клей БФК-9 применяется для соединения металлов с неметаллами, обладает высокой термостойкостью. Клей наносят на обе поверхности тонким слоем и просушивают в течение одного часа при температуре 20°С и 15 мин при температуре 60°С. Затем наносят второй слой и просушивают в течение того же времени.

Эпоксидные клеи. Эти клеи имеют различный состав. Их применяют для склеивания металлических материалов, дерева, фарфора, чугуна с цветными металлами, стекла с металлом и других материалов.

Клей Л-4 образует стойкие соединения при 18—70°С. Перед склеиванием поверхности обезжиривают бензином, а затем ацетоном. Клей Л-4 хорошо противостоит действию разбавленных кислот, бензину и другим растворителям.

Оптический клей ОК-50 применяется для склеивания стекла с металлом при 180°С. При работе даже при температуре 130°С клей сохраняет прозрачность, бесцветность и непрерывность клеевого слоя.

Карбинольные клеи. Карбинольные клеи могут быть жидкие или пастообразные (с наполнителем). Для склеивания может также использоваться карбинольный сироп, к которому добавляют катализатор (азотная кислота или перекись бензола), чтобы сироп быстро застывал.

Жидкий карбинольный клей с отвердителем (перекись бензола) применяется для склеивания металлических материалов, например стали с дюралюминием, пластмасс, стекла и других материалов, как между собой, так и в комбинации с другими материалами.

Пастообразный карбинольный клей применяется преимущественно для склеивания мрамора, фарфора, пористых материалов, для заделки трещин, отверстий и т. д.

Преимущество соединений, выполненных карбинольными клеями, заключается в их устойчивости против воды, кислот, щелочей, а также воздействия бензина, керосина, масел. Недостатком этих соединений является низкая стойкость при высокой температуре.

Поверхности деталей, подлежащих склеиванию, тщательно очищают механическим или химическим способом от грязи или окалины, протирают ветошью, смоченной в чистом бензине, ацетоне или спирте, и просушивают. После нанесения клея детали прижимают одну к другой и выдерживают около 50 ч при температуре 10—15°С.

Причины непрочности клеевых соединений:

плохая очистка склеиваемых поверхностей;
неравномерное нанесение слоя на склеиваемые поверхности, отдельные участки поверхности клеем не смазаны или смазаны густо;
затвердевание нанесенного на поверхности клея до их соединения;
недостаточное давление на соединяемые части склеиваемых деталей;
неправильный температурный режим и недостаточное время сушки соединенных частей.

Наиболее совершенным способом контроля качества склеенных изделий считается проверка при помощи ультразвуковых установок. При отсутствии таких установок проверку осуществляют при помощи лупы, через которую просматривают специально подготовленные образцы.

Для определения качества склеивания используют три группы показателей: технологические (т.е. соответствие используемой технологии техническому заданию), технические (механические и прочие свойства клеевых соединений) и показатели надежности (долговечность и пр.). Показатели долговечности относятся к важнейшим характеристикам, определяющим возможность использования клеев для решения конкретных задач.

Каждая склеенная конструкция имеет свои особенности и эксплуатируется в определенных условиях. Поэтому проводят специальные испытания склеенных изделий (стендовые), которые максимально приближены к реальным условиям эксплуатации.

Все существующие методы контроля можно условно разделить на три группы: методы разрушающего контроля, неразрушающего и методы оценки долговечности склеенных изделий в процессе их эксплуатации.

Методы разрушающего контроля.

Основным преимуществом этих методом является их простота и информативность. Именно на основании результатов экспериментальных исследований определяют перечень клеев, рекомендуемых к применению. Результаты экспериментальных исследований используются:

непосредственно при проектировании изделий и их расчетах, например на прочность, используются упругие характеристики клеев;

для сравнительного анализа свойств различных материалов используют величины разрушающих напряжений.

Методы и технологии. Для обеспечения качества склеивания хороши все средства при условии, если они:

являются достоверными и отражают реальные условия нагружения;

имеют невысокую стоимость, поскольку все затраты, расходуемые на проведение контрольных операций приводят к увеличению стоимости выпускаемой продукции;

воспроизводимы.

На основании данных требований разработана методика проведения контроля качества склеивания. Существуют и другие средства и методы контроля, однако они являются собственностью разработчиков, которые хотят сохранить их конфиденциальность. Приведем некоторые примеры использования специфических методов контроля:

прочность при скручивании и ударе. Применяется для оценки качества склеивания на предприятиях, специализирующихся на изготовлении лыж, санок и прочего для «скользящих видов спорта»;

прочность при кручении — изгиб — удар. Такие методы используются для определения качества крепления полов транспортных средств;

циклические нагрузки — кручение. Данные методы применяются для оценки качества склеивания вала рулевого управления и карданной передачи в конструкции автомобилей и в судостроении;

сжатие при воздействии волы. Данные методы используются при оценке клеев при изготовлении корпусов кораблей или отсеков подводных лодок.

В процессе эксплуатации клеевые соединения подвергаются не только воздействию расчетных нагрузок, но и возможно возникновение внештатных ситуаций, и в этих случаях возникают экстремальные нагрузки. Они не являются продолжительными, однако и в этих условиях клеевое соединение должно быть прочным и надежным.

Области применения. Как показано на структурной схеме, разрушающий контроль дает оценку прочности клеевого соединения. Эти результаты являются основанием для составления технического задания по внедрению технологии склеивания на предприятии.

Стендовые испытания.

Такие испытания проводятся непосредственно на предприятиях в «научно-исследовательских отделах», которые на крупных промышленных предприятиях оснащены самым современным испытательным оборудованием. Специалисты этих подразделений могут в случае необходимости обратиться к технологическим службам для получения дополнительной информации. Независимо оттого, каким по величине является данное предприятие, контроль качества осуществляется на всех операциях склеивания. Этими подразделениями выдается задание и контролируется технология изготовления опытных образцов, которые предназначены только для крэш-теста (например, удар о неподвижное препятствие в автомобильной промышленности). Этот вид испытаний широко распространен для любой продукции, которая выпускается мелкими партиями (например, инструмент для микрохирургии).

Испытания на надежность.

Применение разрушающих методов контроля опытных образцов изделий является наилучшей гарантией качества склеивания и широко используется в серийном автоматизированном производстве, например карт для чипов, акустических камер, автомобильных компонентов, а также и на мелкосерийных предприятиях, например, в производстве обуви, игрушек и пр. Надежность склеивания обеспечивается строгим соблюдением технологии.

Неразрушающие методы контроля.

В основе неразрушающих методов контроля лежит идея о создании дефектных образцов (эталонов), в которых уже имеются специально созданные дефекты. Задача заключается в том, чтобы сравнить хорошие и дефектные образцы и использовать полученные результаты при анализе реальных конструкций.

Визуальные методы неразрушающего контроля.

В основе этих методов лежит осмотр склеенных деталей. При таком методе контроля большое значение имеет субъективный фактор. Тем не менее, существуют и объективные показатели, которые позволяют визуально определить возможные дефекты:

склеенная конструкция должна иметь нужные размеры;

склеенная конструкция должна соответствовать требованиям по взаимному положению поверхностей относительно друг друга.

Нельзя не учитывать тот факт, что в результате неправильно проведенных контрольных испытаний также могут возникнуть новые дефекты.

Данные методы неразрушающего контроля являются стандартными и используются не только при оценке качества склеенной конструкции. Существуют и другие, существенно более простые методы контроля качества склеивания.

Простейшие методы неразрушающего контроля. Наибольшее распространение данные методы получили на тех предприятиях, где существуют особенно строгие требования к качеству склеивания (авиационной, автомобильной, судостроительной и др.). Целью такого контроля является определение конкретных мест возможных дефектов. Их признаком служит:

неровная толщина клея по периметру соединения;

видимые следы масла непосредственно на клее или рядом с ним.

Определенный процент из серии склеенных деталей подвергают испытанию на разрушение. Качество склейки считается удовлетворительным, если разрушение произошло по материалу детали, а не по клею.