Способ повышения прочности соединения Советский патент 1989 года по МПК B23K33/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сварным, паяным и клееным срединениям разнородных материалов, работающих в условиях вибрации и усталостного разрушения, 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 распреде- лейия напряжения внутри соединений.

На фиг. 1 изображена расчетная модель для Соединения разнородных

материалов; на фиг. 2 - график зависимостей у, ( р ) и Sz /i) прк различных соотношениях , на фиг.З- график зависимости угла lg(E,/Ep, когда у, -0,1; на фиг. 4 и 5 - возможные схемы реализации способа цри сварке (пайке) угловых швов и при наплавке; на фиг. 6 - графически выраженные результаты фотоупругого эксперимента.

Расчетная модель,при которой о/(f 180°, Е/г Е (угол, занимаемьй материалом 1 с большими характеристиками упругости, равен.180 , а угол, занимаемый материалом 2 с мень4i

со

У

00

шими характерист1п ами упругости, меняется от О до 180°, сг-ьфиг, 1, соответствует случаю наплавки кягко го материала на поверхность более . „ твердого материала. Такой случай со едш1ения материалов часто встречается в технике (например, переходные зоны от металла нргшоя (шва) к основному металлу, от одного слоя к дру- io гому в многослойном материале),

Б результате проведенных исследо- зависимости J, ( ft ) и ( ()) при различных соотношениях Е,/Е,с,Параметры , и V соответствуют 15 двум главным слагаемым поля напряжений в окрестности разнородного образного концентратора, которые оп ределяют градиент напрялсешн в зоне его вершины (сингулярной точки). За- 20 висимость /j,( ft) представлена на фиг. 2.

Прочность изделия с У образным концентратором в основном зависит от параметра У,. Исследованиями и экспе- 25 риментами установлено, что при ,0 в вершине V-образного выреза реализуется концентрация напряжен™ опре™ деленного уровня, зависящего от веди- чипы углов |5 ,, о1 и соотношения . 30 Е(/Е. При О такое явление в вершине концентратора не реализуется, и тогда.теряет смысл выражение концентратор напряжений для величины угла А.35

Для исследованного случая параметр г, практически при всех значени™ ях угла cxL, находится в ехшгулярной области (у, 0; исключение составляет случай tLn - О,поэтому это зна- 40 чение угла считается нижней границей интервала). Следовательно, практически ни при какой величине угла , (кроме .bCj 0) нельзя избавиться от концентрации напря:кен1м в его верши- дз нео Особенность изменения зависимос- Т1Н /fi(p) (фиг. 2) позволяет гово- рить о том, что котда J| -0,1, при всех соотпошепиях , эти зависи- , мости принимают значения, бгагзкие к о О в шфокой области углов cirj. Исследованиями и экспериментами установлено, что при /fi 0,1 характер распределения поля напряжений в вершине угла близок к бесконцентраторному, Поэтому верхняя граница интервала для каждой пары соединенных материалов своя и зависит от соотношения их упругих характеристик.

14У69684

Из. этих условий построены графики (фиг. 3), которые позволяют выбрать оптимальную величину угла Ы-„ для любого соотношения з ругих характеристик материалов. При этом рекомендуемые величины углов ы. лежат левее линии 0,1j большим соотношениям , соответствзтот большие величины углов oig.

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

,5 -1- - ЬУЪ./Е,) + + 0,08(Е,/Е2)з.

С, 180% причем Е у Е,

Достоверность полз 1енных соотношений проверена экспериментально. Анализ полей напряжений, полученных при фотоупругом эксперименте, позволяет сделать следующие вьшоды.

Выполнение углао г З (при 5) нецелесообразно с точки зрения прочности ввиду того, что вершина перехода носит характер концентратора напряжений.

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

Таким образом, для соотношения 5 именно угол оба. 37° является оптимальным с точки зрения напряженного состояния в стыке, а следовательно, и с точки зрения прочности.

Па фиго 6 показаны зависимости f (п, h) при различнь1х углах ui, 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 oi5. пряжения вьш1е, чем в любой другой точке стыка деталей. Когда 37°, линия, соответствующая этому случаю, при h О не имеет максимальных значений напряжения. Это говорит о том, что концентрация напряжений в области перехода отсутствует. Поэтому при о6 37 (Е,/Е 5) в зоне перехода концентрация напряжений отсутствует, а прочность изделия определяется прочностью более слабого материала или миннмальным сечением. Уровень напряжений в вершине перехода за счет выбора оптимального угла снижен в 2,4 раза за рчет равномерного распределения нагрузки по линии стыка.

Изобретение может быть реализовано для широкого класса соединений разнородных материалов (наплавка, напьшение, переходные области свароч- Q соотношений ных швов и припоя и т.д.). Оно просто в реализации, формирование переходной части может быть осуществлено любым известным способом (механичестеристик упругости соединяемых материалов, отличающийся тем, что, с целью снижения концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к дpyгo ry за счет равномернрго распределения напряжений внутри соединений, углы разделки каждого материала выбирают из следукшщх

об, 180°, ,5 + 14 EV/E - 1,7- () +

(E,/E,j)% кая обработка, прокатка, подбор тех- 5 Д§. bf, и oi, углы между поверхностью

нологических параметров процесса соединения, обеспечившощих получение выбранных углов стыка материалов).

Формула изобретения 20

1, Способ повьш1ения прочности соединения разнородных материалов при пайке, сварке или наплавке, при котором поверхности соединения придают специальный профиль, осуществляя предварительньй подбор углов раздел- ки каждого материала с учетом хараксоотношений

теристик упругости соединяемых материалов, отличающийся тем, что, с целью снижения концентрации напряжений в зоне перехода от одного материала к дpyгo ry за счет равномернрго распределения напряжений внутри соединений, углы разделки каждого материала выбирают из следукшщх

отношений

об, 180°, ,5 + 14 EV/E - 1,7- () +

(E,/E,j)% §. bf, и oi, углы между поверхностью

0

Е, , ti

соединения и внешней поверхностью составного элемента со стороны соответствующих материалов;

модули упругости соединяемых материалов,

Ej( Е..

2. Способ по п. 1, о т л и ч а- 5 ю щ и и с я тем, что специальный профиль придают путем фрезерования до или после проведения операции cd- единения.

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 α₁=180°,α₂≤- 0,5 + 14 ^. Е₁/Е002 - 1,7 (Е₁/Е₂)² + 0,08 (Е₁/Е₂)³, причем Е₁*98Е₂, где Е₁, Е² - модули упругости соединяемых материалов

α₁, α₂ - 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.

te./

10

W

30

/,2pqa

te.

60о(.1,гра.д.

ФагЛ

30 0

Фи.б

60 .«.Af