Г л а в а V

КЛИНОПРЕССОВАЯ СВАРКА ИЗДЕЛИЙ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛЮМИНИЙ - БОР

Сварка труб и полых цилиндров

из композиционного материала алюминий — бор\

с законцовками из сплавов алюминия и титана

В последние годы в изделиях новой техники получил применение новый класс высокопрочных конструкционных волокнистых композиционных материалов. Одним из таких материалов является композиционный материал алюминий — бор. Высокие удельные прочность и модуль упругости по сравнению с теми же характеристиками высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов дают основание считать его перспективным конструкционным материалом при изготовлении летательных аппаратов, где одним из главных требования является снижение массы.

Из композиционного материала алюминий — бор целесообразно изготовлять трубчатые элементы конструкций, 1*Г- гд» щие на растяжение - сжатие, а также цилиндрические корпуса, работающие под воздействием внутреннего или наружного давления. При этом масса цилиндрических корпусов снизится на 40 % и более и улучшится ряд других эксплуатационных характеристик. Преимущество цилиндрических корпусов из композиционного материала заключается также в возможности достижения временного сопротивления разрыву в поперечном направлении в два раза большего, чем в направлении оси. При этом масса корпуса примерно на 20 % меньше, чем корпусов из алюминиевых или титановых сплавов.

Преимущества композиционного материала алюминий — бор, наиболее полно могут быть реализованы в трубчатых элементах ферм, которые под действием внешних факторов находятся в состоянии растяжения или сжатия. В этом случае упрочняющие волокна располагают вдоль оси трубы, что обеспечивает наиболее благоприятные условия их нагружения.

Использование в' промышленности труб и цилиндрических корпусов из композиционного материала алюминий - бор сдерживается трудностью получения прочно-плотного соединения их с законцовками из обычных конструкционных сплавов. Композиционные материалы алюминий — бор, состоящие из двух разнородных материалов - упрочняющих борных волокон диаметром 0,10-0,14 - Ю-3 ми алюминиевой матрицы, нельзя соединять сваркой плавлением. При сварке плавлением волокна бора разупрочняются,и в переходной зоне с металлом матрицы образуется хрупкий интерметаллид, вследствие чего снижаются его прочностные свойства. Высокая прочность композиционных материалов в направлении армирования приводит к необходимости нагружения труб и цилиндрических корпусов из этих материалов только через металл матрицы на их внутренней и наружной поверхности. Использование развитой поверхности контакта между законцовками из обычного конструкционного сплава и трубой или корпусом из композиционного материала позволяет приложить к указанным конструктивным элементам значительные по величине усилия при относительно низких значениях напряжения на контактной поверхности. Контактные поверхности законцовки и трубы или корпуса из композиционного материала можно соединить пайкой или твердофазной сваркой. Однако невозможность пластической деформации композиционного материала в направлении армирования и высокая хрупкость волокон бора создают определенные трудности в использовании твердофазных способов сварки (сварка трением, взрывом и др.).

В современном машиностроении применяют способ соединения труб, например, с трубными решетками, заключающийся в том, что трубу с насаженным промежуточным элементом устанавливают в отверстие трубной решетки и в процессе развальцовки трубы вдавливают кольцевые выступы промежуточного элемента в трубу и трубную решетку [ 131].

Другой способ [132] закрепления трубы в отверстии теплообменного аппарата состоит в том, что на одной из соединительных поверхностей предварительно нарезают резьбу, заполняют зазор между ними полосками уплотнительного материала, например паронита, размещенного вдоль трубы, а развальцовывают трубу до в дав-