Латыпова елена юрьевна конструктивные элементы, композиционные припои и флюсы для низкотемпературной пайки телескопических, стыковых и нахлесточных соединений

БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УДК 621.791.3.053 ЛАТЫПОВА Елена Юрьевна КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПРИПОИ И ФЛЮСЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ, СТЫКОВЫХ И НАХЛЕСТОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 «Технологии и машины сварочного производства» Могилев, 2009 Работа выполнена на кафедре «Порошковая металлургия, сварка и техно логия металлов» Белорусского национального технического университета Шелег Валерий Константинович, Заслужен Научный руководитель:

ный деятель науки Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения», Белорусский национальный технический университет, г. Минск Куликов Валерий Петрович, доктор технических Официальные оппоненты:

наук, профессор, заведующий кафедрой «Обо ру дование и технология сварочного производства», Белорусско-Российский университет, г. Могилев Занковец Павел Васильевич, кандидат техниче ских наук, заведующий отделом компьютерных технологий ГНУ «Институт порошковой метал лургии», г. Минск Оппонирующая организация: ГНУ «Физико-технический институт» НАН Беларуси, г. Минск Защита состоится апреля 2009 года в 14-00 часов на засе дании совета по защите диссертаций К 02.18.01 при Белорусско-Российском университете по адресу: 212030, г. Могилев, проспект Мира 43, корп. 1, ауд., тел. ( 8-0222) 22-52- С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусско Российского университета Автореферат разослан « » _ 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций доктор физ.-мат. наук Борисов В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Пайка является важной составной частью промышленного комплекса Республики Беларусь. Ее широко применяют во многих отраслях промышлен ности, особенно при получении неразъемных соединений цветных металлов и разнородных материалов, а также заготовок, имеющих защитное покрытие.

Современные тенденции развития пайки связаны в основном с разработ ками в области технологии высокотемпературной пайки и материалов, исполь зуемых для этой цели. При этом высокотемпературная пайка повышает энерго емкость процесса, увеличивает уровень термических напряжений, вызывает в соединяемых материалах сложные необратимые физико-химические процессы, которые часто обесценивают исходные свойства материалов. Особенно заметны недостатки высокотемпературной пайки при соединении материалов с защит ными покрытиями.

Поэтому разработка новых конструкций и материалов для получения вы сокоэффективных соединений в условиях низкотемпературной пайки является актуальной научно-технической задачей, решение которой имеет важное прак тическое значение для различных отраслей машиностроения.

Связь работы с крупными научными программами (проек тами) и темами Тема диссертационной работы включена в утвержденные научные планы работы УО «Белорусско-Российский университет» и соответствует следующим направлениям фундаментальных и прикладных научных исследований Рес публики Беларусь на 2006-2010 годы (Перечень утвержден постановлением Со вета Министров Республики Беларусь от 17.05.2005 г. № 512).

2. Механика машин, обеспечение надежности и безопасности техниче ских систем, повышение конкурентоспособности продукции машиностроения;

3. Физические, химические, биологические и генетические методы и тех нологии получения новых веществ, материалов.

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной темой научно исследовательской работы кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Белорусско-Российского университета ГБ – 0621 «Улучшение качества сварных соединений на нефтехимическом оборудовании и технологи ческих трубопроводах» раздел «Новые конструкции паяных соединений, при пои и флюсы, обеспечивающие повышенную работоспособность паяных узлов нефтехимического производства и технологических трубопроводов» (с по 2009 г.г.) Цель и задачи исследования Целью работы является разработка конструктивных элементов, компози ционных припоев и флюсов, повышающих работоспособность телескопиче ских, стыковых и нахлесточных низкотемпературных паяных соединений.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- разработать математическую модель напряженного состояния паяных телескопических соединений из разнородных материалов и рассчитать терми ческие напряжения, обусловленные различием физико-механических свойств соединяемых материалов;

- разработать математическую модель и рассчитать рабочие напряжения в паяных соединениях нахлесточного типа методом конечных элементов;

- разработать методики испытаний паяных соединений на смачивание ма териалов расплавленным припоем, на длительную и циклическую прочность;

- разработать, провести испытания и внедрить в производство новые кон структивные элементы, композиционные припои и флюсы, повышающие рабо тоспособность телескопических, стыковых и нахлесточных низкотемператур ных паяных соединений;

Положения, выносимые на защиту 1. Математическая модель напряженного состояния телескопических паяных соединений из разнородных материалов и результаты расчета терми ческих напряжений в этих соединениях, позволившие учитывать различие в физико-механических свойствах соединяемых элементов при конструировании и разработке технологических процессов пайки.

2. Математическая модель, основанная на использовании метода конеч ных элементов и пакета прикладных программ «COSMOS-M», а также резуль таты оценки напряженного состояния паяных соединений, как при воздействии остаточных, так и рабочих напряжений, которые позволили выявить и оценить количественно концентрацию рабочих напряжений у краев паяного шва.

3. Новые конструктивные элементы паяных соединений телескопическо го, стыкового и нахлесточного типов, обеспечивающие снижение концентрации рабочих напряжений и повышение несущей способности, а также результаты исследования их работоспособности.

4. Методики испытания паяных соединений на смачивание материалов расплавленным припоем, на циклическую и длительную прочность, обеспечи вающие повышение достоверности, снижение материалоемкости и трудоемко сти при проведении испытаний.

5. Новые композиционные материалы для низкотемпературной пайки меди на основе оловянно-свинцового припоя с наполнителем в виде медного порошка в количестве до 20% по массе и канифольного флюса, модифициро ванного кубовым остатком производства капролактама в количестве до 50% от массы канифоли, позволившие повысить статическую, циклическую и длитель ную прочность, а также коррозионную стойкость паяных соединений.

6. Новые конструктивные элементы паяных соединений нахлесточного типа с усиливающими стержнями различной формы, а также стыковых паяных соединений замкового типа, обеспечивающих повышение статической прочно сти на 20…60%, и полное устранение явления ползучести соединений, паян ных низкотемпературными оловянно-свинцовыми припоями, Личный вклад соискателя При выполнении работы автором лично:

- получены математические зависимости для расчета осевой составляю щей термических напряжений в паяных телескопических соединениях матери алов, отличающихся величиной коэффициентов термического расширения;

- разработана математическая модель напряженного состояния телеско пических соединений из разнородных материалов;

- разработана схема создания остаточных напряжений в телескопических соединениях путем предварительного деформирования внутренней детали в осевом направлении;

- предложена более эффективная конструкция инжектора газовых горелок и резаков, обеспечивающая повышение перепада рабочего давления путем за кручивания потока кислорода, подаваемого в инжектор;

- разработаны методики проведения экспериментальных исследований процесса смачивания паяемых материалов расплавленным припоем и проведе ния испытаний на длительную прочность и прочность при циклических нагруз ках;

- предложены конструкции образцов для проведения испытаний паяных соединений методом изгиба с вращением, обеспечивающие возможность сов местного воздействия переменных нормальных и касательных напряжений на испытываемое соединение, а также устраняющие неопределенность в оценке получаемых результатов из-за одновременного нагружения двух паяных швов;

- разработана и внедрена технология пайки соединений в системе дистан ционного контроля влажности тепловой изоляции предварительно изолирован ных труб;

Участие соавторов в совместных работах:

В.К. Шелег, как научный руководитель оказывал практическую помощь и содействие на всех этапах выполнения настоящей работы;

Ю.А. Цумарев участвовал в создании математической модели распреде ления рабочих напряжений в паяном телескопическом соединении, а также в разработке конструкций паяных соединений, образцов для их испытания на циклическую прочность и устройств для испытания на длительную прочность;

Т.С. Латун участвовала в разработке конструкций паяных соединений, а также образцов для испытания паяных соединений на циклическую прочность и установки для одновременного нагружения нескольких образцов при прове дении испытаний на длительную прочность.

Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международ ных научно-технических конференциях: «Новые конкурентноспособные и про грессивные технологии, машины и механизмы в условиях современного рынка» (Могилев, 2000г.);

«Создание и применение высокоэффективных наукоемких ресурсосберегающих технологий, машин и комплексов» (Могилев, 2001г.), «Современные технологии, материалы, машины и оборудование» (Могилев, 2002г.);

«Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Мо гилев, 2004, 2006, 2007 г.г.): на 4-м международном симпозиуме «Технологии, оборудование, качество» (Минск, 2001г.), на республиканских научно технических конференциях аспирантов, магистрантов и студентов «Новые ма териалы, оборудование и технологии в промышленности» (Могилев, 2005 и 2006 г.г.).

Опубликованность результатов диссертации Основновные результаты диссертации опубликованы в 47 научных рабо тах, в том числе в 5 статьях, соответствующих пункту 18 Положения о присуж дении ученых степеней и присвоении ученых званий в Республике Беларусь, общим объемом 2,4 авторских листа, 7 статьях в других журналах, 9 материа лах и тезисах докладов научных конференций и симпозиумов, 13 патентах на изобретения и 13 патентах на полезную модель Республики Беларусь (всего авторских листов).

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики ра боты, четырех глав, заключения, списка использованных источников и прило жения. Полный объем диссертации составляет 161 страницу. Она содержит страниц основного текста, 64 рисунка на 23 страницах, 14 таблиц на страницах, список использованных источников в количестве 204 наименова ний, включая 47 авторских работ, и 6 приложений на 19 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Во введении обоснована актуальность темы диссертации. Показано, что процесс получения паяных соединений связан с рядом проблем в их конструи ровании, составах технологических материалов для пайки, а также в проведе нии испытаний готовых изделий и оценке получаемых результатов. Намечены основные направления повышения эффективности процесса пайки за счет со здания новых типов паяных соединений, достоверной оценки их напряженного состояния, а также новых припоев и флюсов для пайки.

В первой главе изложены основные сведения о современном уровне процесса пайки, основных типах применяемых паяных соединений и техноло гических материалах, а также методах исследования процесса пайки и работо способности паяных соединений. Рассмотрены также перспективы повышения эффективности использования паяных соединений. Показано, что основным фактором, определяющим эксплуатационные показатели паяных соединений и экономическую эффективность их применения, является конструктивный. При ведены сведения об основных типах паяных соединений – нахлесточных, теле скопических и стыковых, а также наиболее применяемых комбинациях из них.

Выявлены недостатки известных конструкций паяных соединений – значитель ная концентрация напряжений и связанная с ней недостаточная несущая спо собность, низкие показатели циклической и длительной прочности. Установле но отсутствие прогресса и заметного развития в этом важном направлении.

Изложены основные сведения о процессе образования паяного соедине ния, его закономерностях и путях совершенствования. Показано, что смачива ние является свидетельством физико-химического взаимодействия расплавлен ного припоя с паяемым материалом и поэтому является необходимой стадией образования паяного соединения. Для количественной оценки этого явления используют краевой угол смачивания. При этом широко используется урав нение Юнга:

cos = ( тг - тж ) / жг (1) где: тг - поверхностное натяжение на границе раздела твердое тело - газ, тж, жг - поверхностное натяжение на границах твердое тело - жидкость и жид кость - газ соответственно (Н/м).

Установлено, что имеются сторонники иного подхода к оценке смачива ющей способности, которые считают, что уравнение (1) лишено физического, практического и даже математического смысла. Проведен тщательный анализ их аргументации, выявлены ошибки, допущенные при этом, доказана обосно ванность и правомерность применения формулы (1) для анализа процесса сма чивания. Эта формула, в частности, показывает, что наиболее эффективным пу тем улучшения смачивания является воздействие на величину поверхностного натяжения тг с целью его увеличения, что можно выполнить, подбирая соот ветствующий состав паяльного флюса.

Проведенный анализ литературных источников показал, что использова ние отходов производства, например капролактама в составах паяльных флю сов является перспективным направлением совершенствования процесса пайки путем создания композиционных припоев, состоящих из легкоплавкой основы, порошкообразного наполнителя и флюса.

Кроме того, были рассмотрены вопросы, связанные с перспективами по вышения эффективности процесса пайки, а также приведены сведения о суще ствующих методах исследования работоспособности паяных соединения, их достоинствах и недостатках. Исходя из этого анализа, была сформулирована цель исследования и его задачи.

Во второй главе приведено описание основных методов проведения экспери ментальных исследований.

Для экспериментального определения термических напряжений были ис пользованы рентгенографический и тензометрический методы. Исследования проводились на дифрактометре ДРОН-3, снабженном гониометрическим устройством, счетчиком интенсивности излучения и самопишущим электрон ным потенциометром. При определении макронапряжений производили сопо ставление интерференционных кривых, снятых с паяного телескопического со единения алюминий-медь и алюминиевой трубки, свободной от термических напряжений. Обработка дифрактограмм включала разделение 1 - 2 - дублета и определение положений центров тяжести 1- профилей для каждого образца.

При использовании тензометрического метода исходили из плосконапря женного состояния в поверхностном слое трубы и обобщенного закона Гука:

( x y ), y ( y x ) x E E E E x ( x y ), y ( y x ), (2) 1 1 где x, y - главные деформации;

x, y - главные напряжения.

Экспериментальное исследование процессов смачивания проводили по стандартным методикам с оценкой результатов по длине затекания в Т образном соединении пластин и по растеканию капли. При оценке активности флюсов в качестве критерия использовали параметр h / d, h - высота капли (м), d - ее диаметр (м). Расчет краевого угла смачивания проводили по фор муле:

Cos (1 4 2 ) /(1 4 2 ), (3) Такой подход позволил устранить влияние погрешности дозирования объема припоя на точность получаемых результатов. Были разработаны методы оценки точности результатов, получаемых при растекании припоев, которые показали, что высота капли может рассматриваться как критерий, эквивалент ный по точности площади, смоченной припоем.

Испытания паяных соединений на циклическую прочность проводили методом изгиба с вращением, для чего были разработаны новые конструкции образцов, обеспечивающих экономию дорогостоящих паяемых материалов.

Эти образцы исключают неопределенность оценок из-за наличия двух одинако вых испытываемых паяных швов, позволяют проводить испытания при сов местном действии не только нормальных, но и касательных напряжений, более характерных для реальных условий эксплуатации. Кроме того, была предложе на конструкция образца, позволяющая исследовать влияние концентрации напряжения на циклическую прочность паяных соединений за счет выполнения испытываемых паяных швов в виде правильного многоугольника. При опреде лении циклической прочности соединений, паянных с применением предлагае мых технологий, проводили ускоренные испытания по методу Локати, осно ванном на гипотезе линейного суммирования относительных долговечностей при ступенчатом нагружении. Этот метод обеспечивает значительное сокраще ние объема испытаний, а также хорошее совпадение результатов с данными, полученными при испытании по полной программе.

Соединения, паянные легкоплавкими припоями системы Pb-Sn, подвер жены ползучести даже при комнатной температуре. Поэтому в работе проводи лись сравнительные исследования длительной прочности известных и разрабо танных технических решений в области низкотемпературной пайки. В процессе проведения этих экспериментов было установлено, что известные методики, предусматривающие раздельное нагружение паяных соединений, требуют больших затрат времени и не обеспечивают высокой достоверности, т.к. трудно обеспечить стабильные температурные условия испытаний для различных об разцов. Поэтому нами после проведения предварительных исследований эта методика была усовершенствована. В ней было реализовано одновременное нагружение нескольких паяных соединений и предусмотрено измерение де формаций ползучести каждого соединения. Это позволило определять скорость ползучести и использовать ее в качестве критерия, характеризующего длитель ную прочность паяного соединения. Следует отметить, что при одновременном нагружении все образцы находятся в абсолютно одинаковых условиях и по ве личине нагрузки, и по температуре испытания. Все это самым благоприятным образом сказывается на достоверности результатов сравнительных испытаний.

На основании анализа литературных данных были выбраны следующие материалы для исследований: медь М1, низкоуглеродистая сталь 08 кп, алюми ниевый сплав АМг 2, оловянно-свинцовые припои ПОС 40, ПОС 61 и канифоль живичная.

Третья глава посвящена разработке математических моделей и расчету напряженного состояния паяных телескопических соединений. Одной из со ставляющих напряженного состояния при пайке разнородных материалов яв ляются остаточные напряжения, обусловленные различием в коэффициентах термического расширения соединяемых материалов. Ввиду значительного вли яния, которое эти напряжения оказывают на работоспособность изделий, нами были получены формулы для расчета остаточных термических напряжений. В результате анализа известных зависимостей было установлено, что необходимо изменить подход к расчету осевой составляющей этих напряжений. Первона чально нами были получены формулы, полученные на основании суперпозиции осевых напряжений от различного температурного сокращения соединяемых труб, охлаждающихся после пайки, и сжимающих напряжений в основном ма териале, обусловленных литейной усадкой кристаллизующегося припоя. В дальнейшем эти зависимости были обобщены, что позволило применять их для пайки припоями, увеличивающими свой объем при кристаллизации. Проведен ный анализ показал, что процесс изменения объема при кристаллизации припоя оказывает незначительное влияние на величину термических напряжений из-за низкого предела текучести припоя в нагретом состоянии и малого поперечного сечения паяного шва. Таким образом, окончательно выражения для осевых напряжений z в наружной и внутренней трубах записаны нами в следующем виде:

Ен ( н в )(Т Т о ) а bc zн ;

(4) 2 а (с 2 ) 1 b Е b( в )(Т Т о ) а bc zв в н, (5) 2 а (с 2 ) 1 b где Ен и Ев – модули упругости материалов соединяемых труб;

н и в -коэффициенты линейного расширения;

Т и ТО – температуры солидуса припоя и эксплуатации соединения соответ ственно. - коэффициент Пуассона;

Ев / Ен ;

s – паяльный зазор;

а, b, c – безразмерные параметры, значения которых определяются по следующим формуам:

D2 D a 1 D12 / D2 ;

b 2 2 1 ;

c 1 D3 / D2 ;

2 2 в D1 и D2 – наружный и внутренний диаметры охватывающей трубки, D3 – внутренний диаметр охватываемой трубки.

В этих формулах индекс «н» относится к наружной, а индекс «в» - к внутренней трубкам соответственно. Для расчета окружных и радиальных напряжений можно использовать известные зависимости. Сравнение результа тов расчета показало, что предложенные нами формулы дают лучшее совпаде ние с экспериментальными результатами, чем известные. В зависимости от ве личины паяльного зазора погрешность расчетов уменьшилась с величины 7…13% до 1…4%.

Для получения более полной и объективной картины были выполнены расчеты остаточных термических напряжений в паяном телескопическом со единении медь - сталь с использованием метода конечных элементов и совре менного программного комплекса «Сosmos-M». Это позволило более полно учесть в расчетах свойства материала прослойки припоя, изменение механиче ских свойств соединяемых материалов, связанное с изменением их температу ры, а также произвести расчеты для труб более сложной формы, чем цилиндри ческая. Сравнение результатов, полученных методом конечных элементов, с данными расчета по формулам (4) и (5) показало хорошее их совпадение. По грешность, которая имела место при сравнении результатов, не превышала 5…6%. Следует отметить только небольшую концентрацию напряжений на концах нахлестки, не учтенную формулами (4) и (5). При этом было установ лено, что напряженное состояние оказывается более благоприятным (с мень шим уровнем напряжений), если внутри находится деталь из материала с меньшим КТР и большим модулем упругости.

Распределение рабочих напряжений рассчитывали в телескопических со единениях сталь-сталь, находящихся под действием равномерно распределен ной осевой нагрузки, также методом конечных элементов с помощью програм мы «Сosmos-M». В результате расчетов было установлено, что паяное соедине ние труб без подготовки кромок характеризуется значительной концентрацией напряжения у краев паяного шва. Коэффициент концентрации напряжений, введенный как отношение максимальных напряжений к минимальным, для этого соединения достигает значительной величины 4,4. При этом в основном металле обеих труб имеются значительные области практически свободные от рабочих напряжений, что указывает на низкую эффективность использования конструкционного материала. Поэтому дальнейшие расчеты проводили для аналогичных соединений, у которых области, не воспринимающие рабочих нагрузок, были удалены путем придания соединяемым трубам конической формы с притуплениием. Результаты расчета показали, что такая подготовка кромок соединяемых труб обеспечивает выравнивание рабочих напряжений с соответствующим снижением значения коэффициента концентрации напряже ний. Наибольшее выравнивание поля рабочих напряжений имеет место при ве личине притупления, составляющей /6… /3, где - толщина трубы. Коэф фициент концентрации напряжений в зоне паяного шва в этом случае умень шается до 2,35, т.е. в 1,87 раза. Максимальные рабочие напряжения при этом уменьшились с 550 до 400 МПа. Эти результаты позволяют рекомендовать для более эффективного использования пайки подготовку кромок на всей длине нахлестки с притуплением на торцовых поверхностях труб величиной от 1/6 до 1/3 толщины соединяемых деталей.

Четвертая глава посвящена разработке новых конструктивных элемен тов, композиционных припоев и флюсов, повышающих работоспособность па яных телескопических, стыковых и нахлесточных соединений. На первом этапе этих разработок были созданы новые конструктивные элементы для стыковых, нахлесточных и телескопических соединений. При этом новые конструкции стыковых паяных соединений разбиты на две группы. Первая группа новых разновидностей соединений стыкового типа основана на повышении несущей способности за счет увеличения площади спая. Наиболее характерным пред ставителем этой группы является паяное соединение, показанное на рис. 1, от личительной особенностью которого является то, что плоскость спая наклоне на ко всем граням соединяемых листов. Площадь спая такого соединения определяется в зависимости от размеров, показанных на рис. 1, по следущей ется в зависимости от размеров, С показанных на рис. 1, по следу ющей формуле:

Fш b (1 ctg 2 ctg 2 ) (6) А 1, 2 – соединяемые пластины;

3– В паяный шов Паяное стыковое Рисунок 1 соединений с увеличенной 1 площадью спая Площадь спая у такого соединения в 2,65 раза превышает площадь попе речного сечения соединяемых пластин. На основе идеи скоса кромки стыкуе мых листов по ширине листа были также внесены изменения в конструкцию соединений гребенчатого типа, в которых выступы одной детали размещаются в пазах другой. Здесь предлагаемый нами скос кромки по ширине листа суще ственно улучшает работу соединения на изгиб за счет вовлечения основного металла в деформацию изгиба.

Наиболее существенное повышение несущей способности стыкового па яного соединения связано с разработкой соединений замкового типа, показан ных на рис. 2. Такое соединение нельзя разрушить только по паяному шву по этому его несущая способность включает в себя прочность части поперечного сечения соединяемых пластин. Так как предел прочности основного металла выше, чем предел прочности легкоплавкого припоя при низкотемпературной пайке, рассматриваемое соединение будет иметь прочность на 50…70% боль Рисунок 2 – Схема стыкового А паяного соединения замкового В типа 1,2 – соединяемые детали;

3 – паяный С b шов Р Р D E K шую, чем известное.

Анализ прочности опасных сечений показал, что при проектировании паяных соединений замкового типа необходимо стремиться к уменьшению угла наклона боковых плоскостей по отношению к продольной оси, обозна ченного на рис. 2, как угол. При этом в качестве минимального значения можно принять = 6о, что соответствует уклону 1:10.

Еще одно изменение внесено нами в конструкцию нахлесточного соеди нения и основано на использовании усиливающих стержней, изготовленных из материала, более прочного, чем припой (рисунок 3). За счет концентрации напряжений, обусловленной отверстием для стержня, данная конструкция обеспечивает перераспределение рабочих напряжений и создает условия более полной загрузки средней части паяного шва. Кроме того, более поло вины разрушающего усилия воспринимается стержнем 3. Подбирая соот ветствующим образом материал стержней 3, их диаметр и количество мож но добиваться равнопрочности паяного соединения основному материалу.

Условие равнопрочности нахлесточного соединения запишется следующим образом:

dc в а n аl пр, в в (7) ст где в - предел прочности основного материала на растяжение (МПа);

а и – соответственно ширина и толщина соединяемых пластин (м);

n – число стержней;

ст - предел прочности при срезе материала стержней (МПа);

dc – в диаметр стержней (м);

пр - предел прочности припоя при испытании на в срез (МПа);

l - величина нахлестки (м).

Предлагаемая конструкция обладает многими преимуществами техноло l/2 l/ Р Р dс 4 3 гическэче 1,2 – соединяемые детали;

3- стержень;

4 – паяные швы Рисунок 3 – Паяное соединение с усиливающими стержнями гического и функционального характера. Такое соединение, будучи собран ным под пайку, становится самозакрепляющимся, и соответственно более технологичным. Другим технологическим преимуществом является возмож ность использования зазора между соединяемой деталью и стержнем 3 для ввода припоя сразу в центральную часть нахлестки, а также для выхода га зов и исключения газовых пробок. Экономические преимущества обуслов лены тем, что такое соединение при прочих равных условиях, требует нахлестки, меньшей на 40 – 60%. Соответствующим образом уменьшается расход припоя для его изготовления.

Степень упрочнения паяного соединения зависит от прочностных харак теристик используемого припоя и получаемого паяного шва. С увеличение разницы в пределах прочности основного материала и паяного шва она воз растает, и в случае пайки стали оловянно-свинцовым припоем может дости гать 40 – 50%. Материал стержня не связан с температурными парамет рами технологического процесса пайки, поэтому его можно выбрать по критерию максимальной прочности при минимальной стоимости. В боль шинстве случаев этому требованию удовлетворяют обычные углероди стые стали, например, сталь 45. По нашему мнению, работоспособность та кого соединения аналогична известным из практики контактной точечной сварки клеесварным соединениям. Некоторые особенности могут иметь ме сто из-за более высокой прочности припоев по сравнению с прочностью клеевых швов, а также из-за меньшей величины нахлестки (на 30 – 40% в за висимости от толщины пластин) в паяном соединении. Соединения с усили вающими стержнями могут быть успешно применены и при пайке труб.

Здесь требуемое количество стержней распределяют равномерно по окруж ности, добиваясь с их помощью упрощения операции сборки и центровки соединяемых труб. Следует отметить, что материал стержней можно вы брать так, чтобы повысить коррозионную стойкость паяного соединения за счет протекторной защиты. Несущая способность такого соединения скла дывается из несущей способности паяного шва, соединяющего детали 1 и 2, и несущей способности стержней 3. Величину разрушающей осевой нагруз ки Р можно определить из выражения:

dc Р n ст D2 l пр, в в (8) где D2 – диаметр меньшей трубы (м).

При условии равнопрочности соединения с основным металлом можно записать следующее соотношение:

dc в F n ст D2 l пр, в в (9) где в - предел прочности материала трубы на растяжение;

F – площадь поперечного сечения менее прочной из соединяемых труб.

Как следует из соотношений (8) и (9), для повышения прочности паяного со единения в целом необходимо увеличивать диаметр стержней, их количество и прочность материала, из которого они изготовлены. Конкретные варианты реа лизации схемы паяного соединения, представленного на рис. 3, отличаются значительным разнообразием за счет различной формы стержней и возможно сти использования не только сквозных, но и глухих отверстий.

Для повышения работоспособности паяных соединений труб, восприни мающих нагрузку в виде крутящего момента, было разработано техническое решение, основанное на комбинации муфты и косого плоского стыка (рис. 4).

Высокая прочность при кручении объясняется отсутствием осевой симметрии в конструкции паяного соединения. Поэтому воздействию крутящего момента в нем сопротивляется прежде всего основной материал, а косой стык 4 можно даже не заполнять припоем. Помимо рационального конструирования разра ботка высокоэффективного процесса пайки включала в себя создание техноло гических Мк Мк 1, 2 – соединяемые трубы;

3 – муфта;

4 – ко р р сой стык;

5 – паяный шов.

Рисунок 4 – Паяное соединение труб, работающее на кручение 3 1 материалов – припоев и флюсов, которые кроме высоких характеристик ра ботоспособности отличаются низкой стоимостью. При этом был разработан состав композиционного припоя на основе порошкообразного сплава Pb Sn с упрочняющим порошком наполнителя (меди) и флюса на основе ка нифоли. Для повышения активности канифоли и снижения стоимости флюса была исследована возможность использования в этой композиции одного из отходов Гродненского ПО «АЗОТ» - кубового продукта дистилляции капро лактама (капрола). Результаты исследований, проведенных с использовани ем метода многофакторного эксперимента, показали, что капрол хорошо совместим с канифолью, повышает ее активность и может заменить до 50% по массе канифоли в составах паяльных флюсов. Оловянно-свинцовые при пои хорошо растекаются по медным паяемым деталям и затекают в зазоры при использовании флюса на основе канифоли с добавками капрола. Хоро шей смачивающей способностью при использовании флюсов системы кани фоль-капрол обладают оловянно-свинцовые припои, содержащие до 20% по массе медного порошка ПМС-1. При этом оптимальное содержание флюса в композиции составляет 5% по массе.

На основе сопоставления и обобщенного анализа результатов исследова ния работоспособности паяных соединений установлено, что разработанные рекомендации по их конструированию и изготовлению обеспечивают вы сокие эксплуатационные характеристики изделий. Приведенные в таблице данные показывают, что введение медного порошка и капрола в состав композиционного припоя обеспечивают повышение статической прочности (на 60 %) и ударной вязкости в 2,6 раза. Было также установлено, что все разработанные конструктивные элементы паяных соединений в сочетании с композиционным припоем обеспечивают повышение циклической прочно сти в 1,3 раза, длительной прочности на 27…100%, а также уменьшение по тери прочности при длительном воздействии коррозионной среды с 35% до 8…11%. Все это позволило рекомендовать разработанные конструктивные элементы паяных соединений и композиционные припои для промышлен ного применения в различных областях машиностроения.

При проведении экспериментов, опытно-промышленных испытаниях и внедрении результатов в производство были усовершенствованы конструк ции газопламенных горелок для пайки путем закручивания газовых потоков в Таблица 1 - Влияние наполнителя и состава флюса на механические характери стики паяных стыковых соединений.

в, МПа № Содержание компонентов, % по массе Ударная вязкость, МДж/м опыта ПОС 40 ПМС- 1 95 0 0,34/0,39 80/ 2 90 5 0,37/0,44 85/ 3 85 10 0,43/0,51 95/ 4 80 15 0,6/0,87 114/ 5 75 20 0,46/0,71 100/ 6 70 25 0,22/0,34 60/ 7 65 30 0,1/0,19 20/ Примечание: в числителе приведены данные, полученные при использовании чистой канифоли, в знаменателе флюс в виде смеси канифоли с капролом.

канале инжектора и мундштуке. Это позволило повысить стабильность работы аппаратуры, улучшить однородность горючей смеси и ускорить процесс нагре ва обрабатываемых изделий на 10%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные научные результаты диссертации 1 На основании анализа литературных данных обоснована возможность усовершенствования процесса низкотемпературной пайки, повышения его эко номичности и характеристик работоспособности паяных соединений путем создания новых конструктивных решений, разработки композиционных припо ев с наполнителем и высокоактивных флюсов на основе отходов производства капролактама, а также эффективных методов проведения исследований на пая емость с воздействием на напряженное состояние изделий. Установлена необ ходимость повышения эффективности испытаний на циклическую и длитель ную прочность паяных соединений путем сокращения их продолжительности, повышения достоверности и сокращения затрат, что в совокупности с анализом напряженного состояния обеспечит создание условий для более широкого при менения пайки в промышленности /1, 7, 27, 15, 21/.

2 На базе математических моделей, разработанных для оценки напря женного состояния паяных соединений нахлесточного типа как при воздей ствии остаточных, так и рабочих напряжений, а также аналитических выраже ний для расчета термических напряжений в телескопических соединениях раз нородных материалов разработаны новые конструктивные элементы нахле сточных и телескопических паяных соединений, обеспечивающие снижение в 1,9 раза концентрации напряжений, образующихся в процессе эксплуатации /2, 10, 14, 16, 17, 30/.

3 На основе всестороннего анализа процессов, происходящих при образо вании паяного соединения или проведении испытаний, предложены новые эф фективные методики исследования процесса смачивания с оценкой точности получаемых результатов, а также методы ускоренных испытаний на цикличе скую и длительную прочность с одновременным повышением достоверности результатов из-за уменьшения погрешности их оценки в 1,4…3 раза. Предло жены и разработаны конструкции образцов для испытания методом изгиба с вращением и установок для проведения испытаний на ползучесть при комнат ной температуре, высокая эффективность которых обусловлена одновремен ным испытанием нескольких образцов. /3, 4, 8, 9, 15, 20, 22 – 29, 35 – 37, 46, 47/.

4 Полученные теоретические и экспериментальные данные позволили предложить и разработать новые композиционные припои для низкотемпера турной пайки меди на основе оловянно-свинцового припоя с наполнителем медного порошка марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) в количестве до 20% по массе и канифольного флюса, модифицированного кубовым остатком производства капролактама в количестве до 50% от массы канифоли. С помощью многофак торного эксперимента определено оптимальное содержание ингредиентов в композиционном припое и проведены испытания паяных соединений, резуль таты которых показали высокие показатели их работоспособности в условиях статического, циклического и длительного нагружения, а также при воздей ствии коррозионно-активных сред /5, 18, 19, 21/.

5 На основании проведенных экспериментов предложены новые кон структивные элементы паяных соединений нахлесточного типа с усиливающи ми стержнями различной формы, а также стыковых паяных соединений замко вого типа и установлено, что они обеспечивают повышение статической проч ности на 20…60%, ударной вязкости в 2,6 раза, длительной прочности на 27…100%, а также предела выносливости в 1,3 раза при снижении уровня по терь механической прочности под воздействием коррозионного разрушения в 4,4 раза. Приоритет соискателя на новые конструкции паяных соединений за щищен четырьмя патентами Республики Беларусь на изобретения и семью па тентами на полезные модели. /31, 32, 33, 38-43/.

Рекомендации по практическому использованию результатов 1 Разработанные конструктивные элементы паяных соединений вместе с композиционным припоем для пайки меди позволяют повысить как эксплуата ционные показатели паяных изделий, так и экономические показатели процесса их изготовления. В результате использования результатов диссертации на Мо гилевском заводе полимерных труб за счет снижения стоимости материалов для пайки, сокращения расхода электроэнергии и повышения производительно сти труда получен фактический годовой экономический эффект в сумме 3877000 рублей. Использование устройства для газопламенной обработки ма териалов, изготовленного по результатам исследований, дало возможность по высить качество обработки, производительность труда при одновременном со кращении затрат на кислород и горючий газ за счет закручивания потоков кис лорода и горючей смеси /5, 11, 34, 44, 45/. За счет этого на ОАО «Могилевский завод сантехзаготовок» треста «Белсантехмонтаж» № 1 получен фактический годовой экономический эффект в размере 1 877000 рублей. Применение образца для испытания паяных соединений на циклическую прочность обеспе чило Московскому ФГУП «НИИграфит»возможность проведения ускоренных испытаний фрагментов паяных конструкций графитовых материалов с метал лами, предназначенных для газотурбинных двигателей /47/.

2 Предложенные конструкции узлов оборудования для газопламенной обработки, предусматривающие использование закрученных потоков рабочей среды с целью повышения интенсивности теплообмена, можно рекомендовать для успешного применения в системах нагрева и охлаждения, в частности, в электродных узлах машин для контактной точечной сварки /5, 11, 34, 44, 45/.

3 Конструкцию устройства для проведения испытаний паяных соедине ний на циклическую прочность, предложенную в данной диссертационной ра боте, можно рекомендовать также для испытания сварных соединений, напри мер, сваренных контактной точечной сваркой /26/.

4 Композиционный припой, содержащий медный порошок в своем соста ве, рекомендуется использовать при пайке соединений радиоэлектронной аппа ратуры и разнообразных электрических установок, т.к. высокая электропровод ность меди соответствующим образом снижает электрическое сопротивление спая и тем самым сокращает непроизводительные потери электроэнергии /21/.

5 Разработанные методики проведения испытаний на смачивание припо ями паяемых материалов, составы паяльных флюсов, содержащих отходы про изводства капролактама, а также конструктивные элементы паяных соедине ний рекомендуются для использования в учебном процессе Белорусско Российского университета при чтении лекций и проведении лабораторных ра бот по дисциплинам «Микросварка и пайка», «Ресурсосберегающие технологии в сварочном производстве».

Список публикаций по теме диссертации Статьи в научных журналах 1. Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А. Анализ критериев оценки смачивающей способности материалов при испытаниях на паяемость // Сварочное производ ство, 2007, № 2.- с. 18 – 22.

2. Латыпова Е.Ю. Расчет осевой составляющей термических напряжений в телескопических паяных соединениях разнородных материалов // Сварка и родственные технологии. Мн., 2006.- с. 12 – 14.

3. Латыпова Е.Ю., Шелег В.К., Цумарев Ю.А. Расчет геометрических ха рактеристик капель при растекании припоев // Сварка и родственные техноло гические процессы, №, 2006.- с. 31 – 35.

4. Latypova E. Yu., Tsumarev Yu. A. Analysis of the criteria for evaluating the wetting capacity of materials in brazeability tests //Welding International, 2007, № 9.- s. 675 – 679.

5. Цумарев Ю.А., Латун Т.С., Павлюк С.С., Латыпова Е.Ю. Эффективность использования закрученных потоков жидкостей и газов в сварочных процессах.

Вестник Белорусско-Российского университета.- 2008, № 4.

Статьи в других журналах 6. Тарасенко И.В., Латыпова Е.Ю. Новый флюс для низкотемпературной пайки меди // Сварочные технологии и оборудование.- Мн.- октябрь-декабрь 2005- с. 28 – 30.

7. Цумарев, Ю.А., Логвина Е.В., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С.. Экономия при поев при производстве паяных конструкций // Сварочные технологии и оборудова ние.- Мн. -январь – февраль 2004.- с. 15-21.

8. Шелег В.К. Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А. К вопросу смачивания ма териалов припоями // Сварочные технологии и оборудование.- Мн.- май – июнь 2004.- с. 22-24.

9. Латыпова Е.Ю., Шелег В.К., Цумарев Ю.А. Выбор информационных па раметров при проведении испытаний паяных соединений // Новости стандар тизации и сертификации, 2006, № 2.- с. 46 – 49.

10. Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А., Латун Т.С., Котликов А.М. Расчет осе вой составляющей остаточных напряжений в паяных телескопических соеди нениях разнородных материалов // Сварочные технологии и оборудование.

Мн.- август-сентябрь 2004.- с. 39-40.

11. Цумарев Ю.А., Павлюк С.С.,Логвина Е.В., Латыпова Е.Ю., Латун Т.С.

Повышение эффективости работы сварочного оборудования закручиванием используемых в нем потоков жидкости или газа // Сварочные технологии и оборудование.- ноябрь – декабрь 2004.- с. 33-37.

12. Цумарев, Ю. А. Оптимальная конструкция паяного телескопического соединения / Ю. А. Цумарев, Т. С. Латун, В. К. Шелег, Е. Ю. Латыпова. — Мо гилев, 2008. — 19 с. — Библиогр.: (3 назв.). —Деп. в ГУ «БелИСА» 10.07. г., № Д200826.

Материалы и тезисы конференций 13. Тарасенко И.В., Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А. Оценка результатов ме ханических испытаний // Новые конкурентноспособные и прогрессивные тех нологии, машины и механизмы в условиях современного рынка: Материалы международной научно-технической конференции. – Могилев, 18 - 19мая 2000г. С. 225.

14. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Тарасенко И.В., Герасимов И.И. Расчет осевых напряжений в трубах из разнородных материалов, соединяемых пайкой.

Создание и применение высокоэффективных наукоемких ресурсосберегающих технологий, машин и комплексов. Материалы международной НТК, Могилев, 2001 г.

15. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С., Щемелев С.Л. Длитель ная прочность соединений, паянных по никелевому покрытию. Материалы международной НТК «Современные технологии, материалы, машины и обору дование»,Могилев, 2002г.- с. 239.

16. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Тарасенко И.В. Расчет термических напряжений в паяных телескопических соединениях разнородных материалов.

Материалы 4 международного симпозиума «Технология, оборудование, каче ство», Мн.: Экспофорум, 2001, стр. 145-146.

17. Латун Т.С., Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А.Расчет осевой составляющей остаточных напряжений в паяных телескопических соединениях разнородных материалов. Материалы международной НТК «Материалы, оборудование и ре сурсосберегающие технологии», ч. 1, Могилев, 19 – 20 апреля 2004 г. – с. 241.

18. Латыпова Е.Ю. Ресурсосберегающие мероприятия в производстве паяных конструкций. Материалы республиканской НТК аспирантов, магистрантов и студентов. «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленно сти», Могилев, 2005 г. с.- 124.

19. Латыпова Е.Ю. Использование отходов производства Гродненского ПО «АЗОТ» в качестве компонентов паяльных флюсов. Материалы республикан ской НТК аспирантов, магистрантов и студентов. «Новые материалы, оборудо вание и технологии в промышленности», Могилев, 2006 г. с.- 97.

20. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю. Поверхностное натяжение и его роль в явлении смачивания. Материалы международной НТК «Материалы, оборудо вание и ресурсосберегающие технологии», ч.1. с.- 278-279. Могилев, 20-21 ап реля 2006 г.

21. Латыпова Е.Ю., Тарасенко И.В., Цумарев Ю.А. Влияние капрола-М на механические свойства соединений, паянных композитным припоем. Материа лы международной НТК «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии», ч. 1, Могилев, 19 – 20 апреля 2007 г. – с. 242.

Патенты на изобретения 22. Тарасенко И.В., Березиенко В.П., Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А. Со ставной образец для определения циклической прочности паяных соединений.

Патент № 6996 (С1), (BY), МПК G 01 N 3/32, заявка № а 20000508 от 01.06.2000 г., опубл. 30.12. 2001 г.

23. Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А., Леванович Н.А., Тарасенко И.В., Обра зец для испытания паяных соединений на циклическую прочность. Патент № 6822 (С1), (BY), МПК G 01 N 3/32, заявка № а 20000749 от 08.08.2000 г., опубл. 30.03. 2005 г.

24. Цумарев Ю.А., Тарасенко И.В., Латыпова Е.Ю. Образец для определе ния циклической прочности паяных соединений. Патент № 6270 (С1), (BY), МПК G 01 N 3/32, заявка № а 20000751 от 08.08.2000 г., опубл. 30.06. 2004 г.

25. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С. Образец для определе ния циклической прочности паяных соединений. Патент № 6052 (С1), (BY), МПК G 01 N 3/32, зявка № а 20010890 от 24.10.2001 г., опубл. 30.03.2004.

26. Тарасенко И.В., Латыпова Е.Ю., Березиенко В.П.,., Цумарев Ю.А., Фурманов С.М. Способ испытания на циклическую прочность неразъемных со единений и устройство для его осуществления. Патент № 6823 (С1), (BY), МПК G 01 N 27/61, заявка № а 20001003 от 08.11.2000 г., опубл. 30.03. 27. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С. Способ подготовки об разца телескопического паяного соединения к испытанию. Патент № (С1), (BY), МПК G01 N 1/28.- № а 20010600;

Заявл. 10.07.2001;

Опубл.

30.03.2004.

28. Шелег В.К., Латыпова Е. Ю., Цумарев Ю.А., Борд Н.Ю. Способ опреде ления краевого угла смачивания. Решение о выдаче патента по заявке № а 20041110, МПК G01 N 13/00. Приоритет от 30.11.2004.

29. Шелег В.К., Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А. Способ испытания на сма чивание материала припоем. Патент № 9955 (С1), BY. Заявка № а 20040981.

МПК G 01 N 13/00. Опубл. 30.10.2007.

30. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С. Конструкция паяного со единения. Патент № 6248 (С1), (BY), МПК В 23 К 3/00.- № а 20010891;

Заявл.

24.10.2001;

Опубл. 30.06.2004.

31. Шелег В.К., Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Борд Н.Ю. Стыковое пая ное соединение. Патент № 10034 (С1), (BY), МПК В 23 К 3/00. Заявл.

29.07.2005 опубл. 27.08.2007 г.

32. Латыпова Е.Ю., Шелег В.К., Цумарев Ю.А., Борд Н.Ю. Паяное соеди нение встык. Решение о выдаче патента по заявке № а 20050536, (BY), МПК В 23 К 3/00. Заявл. 31.05.2005.

33. Латыпова Е.Ю., Шелег В.К., Цумарев Ю.А., Борд Н.Ю. Косостыковое паяное соединение. Решение о выдаче патента по заявке № а 20050535, (BY), МПК В 23 К 3/00. Заявл. 31.05.2005.

34. Березиенко В.П. Папсуев С.Л., Латыпова Е.Ю., Червякова Ю.В. Резак для кислородной резки металлов. Патент № 5366 (С1), (BY), МПК В 23 К 7/02. № а 19991086;

Заявл. 07.12.1999;

Опубл. 30.09.2003.

Патенты на полезные модели 35. Латыпова Е.Ю. Паяный образец для испытания на циклическую проч ность. Патент № 2724 (U), (BY), МПК G01 N 3/32.- № u 20050590;

Заявл.

10.10.2005;

Опубл. 30.06.2006.

36. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю. Цумарева Т.С., Щемелев С.Л. Устрой ство для проведения испытаний паяных соединений на длительную прочность.

Патент № 747 (U), (BY), МПК G 01 N 3/32.- № u 20020103;

Заявл. 11.04.2002;

Опубл. 30.12.2002.

37. Цумарев Ю.А., Кузменко И.М., Латыпова Е.Ю., Хатамцов С.В., Моги левчик А.В. устройство для испытания паяных соединений на длительную прочность. Патент № 919 (U), (BY), МПК G01 N 3/32.- № u 20020357;

Заявл.

27.11.2002;

Опубл. 30.06.2003.

38. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С. Лозовцов Д.В. Телеско пическое паяное соединение. Патент № 748 (U), (BY), МПК В 23 К 3/00.- № u 20020104;

Заявл. 11.04.2002;

Опубл. 30.12.2002.

39. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Решетников В.Н. Паяное соединение.

Патент № 3411 (U), (BY), МПК В 23 К 3/00.- № u 20060486;

Заявл. 25.07.2006;

Опубл. 30.04.2007.

40. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С. Клепча В.В., Ульянова А. А. Паяное соединение труб. Патент № 749 (U), (BY), МПК В 23 К 3/00.- № u 20020107;

Заявл. 12.04.2002;

Опубл. 30.12.2002.

41. Шелег В.К., Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А., Борд Н.Ю. Паяное соеди нение внахлестку. Патент № 2126 (U), (BY), МПК В 23 К 3/00.- № u 20040630;

Заявл. 24.12.2004;

Опубл. 30.09. 42. Латыпова Е.Ю., Цумарев Ю.А., Кибкова Д.П., Тарасенко И.В., Рад ченко А.А. Соединение встык пайкой. Патент № 4392 (U), BY, МПК В 23 К 3/00. Заявл. 20.09.2007, опубл. 3.03.2008 г.

43. Цумарев Ю.А., Зинкевич Л.Я., Червякова Е.В., Латыпова Е.Ю., Цума рева Т.С., Трифунтов В.А. Нахлесточное паяное соединение. Патент № 784 (U), (BY), МПК В 23 К 1/00. Заявл. 2.04.2002, опубл. 30.03.2003 г.

44. Латыпова Е.Ю., Мешкова Е.В., Цумарев Ю.А., Цумарева Т.С., Бансю кова Е.Л, Шевченко А.А. Горелка для газовой сварки и пайки. Патент № (U), (BY), МПК В 23 К 5/00.- № u 20030158;

Заявл. 9.04.2001, опубл. 30.03.2004.

45. Цумарев Ю.А., Павлюк С.С., Латыпова Е.Ю., Ульянова А.А., Цумарева Т.С. Газопламенная горелка. Патент № 1059 (U), МПК В 23 К 7/00.- № u 20030021. Заявл. 22.01.2003, опубл. 30.12.2003.

46. Латыпова Е.Ю. Образец для испытания паяных соединений на цик лическую прочность Патент № 2725 (U), (BY), МПК G 01 N 3/32.- № u 20050591. Заявл. 10.10.2005, опубл. 30.06. 2006.

47. Цумарев Ю.А., Латыпова Е.Ю., Цумарева Т.С., Кулешов В.А. Образец для испытания паяных соединений на циклическую прочность. Патент № (U). МПК G 01 N 3/32.- № u 20020108. Заявл. 12.04.2002, опубл. 30.12. 2002.

РЭЗЮМЭ Латыпава Алена Юреўна Канструктыуныя элементы, кампазiцыйныя прыпоi i флюсы для нiзкатэмпературнай пайкi тэлескапiчных, стыкавых i нахлёстачных злучэнняў Ключавыя словы: пайка, паяныя злучэннi, канструктыўныя элементы, прыпой, флюс, мадэлiраванне, астаткавыя тэрмiчныя напружаннi, канцэнтра цыя напружанняў, трываласць, працаздольнасць, тэхналогiя.

Мэтай працы зяўляецца распрацоўка канструктыўных элементаў, кам пазiцыйных прыпояў i флюсаў, павышаючых працаздольнасць тэлескапiчных, стыкавых i нахлёстачных нiзкатэмпературных паяных злучэнняў.

Тэарэтычная частка працы зроблена на аснове выкарыстання фундамен тальных палажэнняў тэорыi пругкасцi, пластычнасцi, механiкi безупыўнага асяроддзя. Лiчбавыя разлiкi выконвалiся з выкарыстаннем сучасных прыклад ных праграм i сродкаў вылiчальнай тэхнiкi. Пры правядзенi эксперыменталь ных даследаванняў i выпрабаванняў выкарыстовывалася прамысловае абсталя ванне i спецыяльна распрацаваныя ўстройствы i аснастка. Для паскарэння вы прабаванняў, якiя адрозниваюцца значнай працягласцю, былi распрацаваны новыя методыкi, канструкцыi установак и абразцоў.

Атрыманыя формулы для разлiку астаткавых тэрмiчных напружанняў у злучаемых элементах паянага тэлескапiчнага злучэння разнародных матэрыялаў, абумоўленыя рознiцай у каэфiцыентах тэрмiчнага расшырэння матэрыялаў. Распрацаваны матэматычныя мадэлi для аналiзу астаткавых i пра цоўных напружанняў, заснаваныя на метадзе канечных элементаў i пакеце прыкладных праграм «Cosmos - M». Распрацаваны эфектыўныя методыкi даследавання працэсаў змочвання i правядзення выпрабаванняў на цыклiчную i працяглую трываласць.

Распрацаваны шэраг новых конструктыўных элементаў паяных злучэн няў стыкавога, нахлёстачнага i тэлескапiчнага тыпаў, якiя валодаюць больш раўнамерным полем працоўных напружанняў. Паказана, што гэтыя канструк тыўныя элементы валодаюць павышанымi характарыстыкамi працаздольнасцi пры iх эксплуатацыi ва ўмовах статычнай, ударнай, цыклiчнай нагрузкi, працяглага нагружэння i ўздеяння каразiйна-актыўнага асяроддзя.

Прапанаваны кампазiцыйныя прыпоi i флюсы, якiя дазваляюць атры маць паяныя злучэннi з высокiмi характарыстыкамi працаздольнасцi. На базе новых матэрыялаў i канструктыўных элементаў паяных злучэнняў распрацава ны рэсурсазберегаючыя тэхналагiчныя працэсы, а таксама апаратура для га заполымнай апрацоўкi, якiя выкарыстоўваюцца на прадпрыемствах, а таксама ў даследчых установах i вышэйшых навучальных установах Рэспублiкi Бела русь i Расiйскай Федэрацыi.

Вынiкi працы могуць быць выкарыстаны ў розных галiнах машынабуда вання.

РЕЗЮМЕ Латыпова Елена Юрьевна Конструктивные элементы, композиционные припои и флюсы для низкотемпературной пайки телескопических, стыковых и нахлесточных соединений Ключевые слова: пайка, паяные соединения, конструктивные элементы, припой, флюс, моделирование, остаточные термические напряжения, концен трация напряжений, прочность, работоспособность, технология.

Целью работы является разработка конструктивных элементов, компози ционных припоев и флюсов, повышающих работоспособность телескопиче ских, стыковых и нахлесточных низкотемпературных паяных соединений.

Теоретическая часть работы выполнена на основе использования фунда ментальных положений теории упругости, пластичности, механики сплошной среды. Численные расчеты выполнялись с использованием современных при кладных программ и средств вычислительной техники. При проведении экспе риментальных исследований и испытаний использовалось промышленное обо рудование и специально разработанные устройства и оснастка. Для ускорения испытаний, отличающихся большой длительностью, были разработаны новые методики, конструкции установок и образцов.

Получены формулы для расчета остаточных термических напряжений в соединяемых элементах паяного телескопического соединения разнородных материалов, обусловленные различием в коэффициентах термического расши рения материалов. Разработаны математические модели для анализа остаточ ных и рабочих напряжений, основанные на методе конечных элементов и паке те прикладных программ «Cosmos - M». Разработаны эффективные методики исследования процессов смачивания и проведения испытаний на циклическую и длительную прочность.

Разработан ряд новых конструктивных элементов паяных соединений стыкового, нахлесточного и телескопического типов, обладающих более рав номерным полем рабочих напряжений. Показано, что эти конструктивные эле менты обладают повышенными характеристиками работоспособности при их эксплуатации в условиях статической, ударной, циклической нагрузок, дли тельного нагружения и воздействия коррозионно-активных сред.

Предложены композиционные припои и флюсы, позволяющие получить паяные соединения с высокими характеристиками работоспособности. На базе новых материалов и конструктивных элементов паяных соединений разработа ны ресурсосберегающие технологические процессы, а также аппаратура для газопламенной обработки, использующиеся на предприятиях, а также в иссле довательских организациях и высших учебных заведениях Республики Бела русь и Российской Федерации.

Результаты работы могут быть использованы в различных отраслях ма шиностроения.

SUMMARY Latypova Elena Yuryevna Structural elements, composite solders and fluxes for lowtemperature soldering of telescopic, butt and lap joints Keywords: soldering, soldered joints, composite elements, solder, flux, simula tion, residual stress, stress concentration, strength, servicablity, technology The aim of the research work is to develop structural elements, composite sol ders and fluxes increasing the servicability of telescopic, butt and lap lowtemperature soldered joints.

Theoretical part of the research was carried out on the basis of application of fundamental principles of the theory of elasticity, plasticity, mechanics of a continu ous medium. Number calculations were made throungh using modern application programs and computer technology. While making experimental research and testing, an idustrial equipment were used. New techniques, structuresand samples have been developed to speed up the testing distinquished by longer duration.

Tnere have been made formulas for calculating of residual thermal stress in joined elements of the soldered telescopic joint of dissimilar materials having differ ent coefficients of thermal expansion. Mathematical nodels for the analysis of the re sidual and working stresses based on the method of finite elements and software package «COSMOS-M» have been developed. Efficient research techniques of wet ting processes and testing for ciclic and long strength have been used.

The number of new structural elements of soldered joints of a butt, lap and tel escopic type possessing more uniform field of working stresses have been developed.

It has been chown that these structural elements possess increased characteristics of working capacity under conditions of static, impact, cyclic loads, long loading and the influenct of the corrosions-active media.

Composite solders and fluxes enabling to obtain soldtred joints with high char acteristics of servicability are offered. On the basis of new materials and structural el ements of soldered joins there have been developed resource –saving technological processes as well as the apparatus for gas-plaming treatment which are used at enter prises and research organizations, higher educational establishments in the Republic of Belarus and Russian Federation.

The results of the work can be used in different fields of mechanical engineer ing.

ЛАТЫПОВА Елена Юрьевна КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПРИПОИ И ФЛЮСЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ, СТЫКОВЫХ И НАХЛЕСТОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Технологии и машины сварочного производства Ответственный за выпуск Н.В. Скок Технический редактор И.В. Голубцова Компьютерная верстка И.А. Алексееюс Подписано в печать 18.02.2009. Формат 60х84 Бумага офсетная Ризография. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1, 63. Уч.-изд. л. 1,6. Тираж 75 экз. Заказ № Издатель и полиграфическое исполнение:

Государственное учреждение высшего профессионального образования «Белорусско-Российский университет» Лицензия ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212030, г. Могилев, пр. Мира,.© ГУВПО «Белорусско-Российский университет»,