胶接和胶接结构装配(技术材料)课件.ppt
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- 结构 装配 技术 材料 课件
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1、机械连接机械连接(铆接、螺接)(铆接、螺接)胶接胶接焊接焊接现代飞机制造的现代飞机制造的3 3大连接技术大连接技术1专业课件第三节第三节 胶接胶接第一节第一节 概述概述第二节胶接原理第二节胶接原理第三节胶粘剂第三节胶粘剂第四节影响胶接强度的因素第四节影响胶接强度的因素2专业课件第一节第一节 概述概述一、胶接技术发展简史一、胶接技术发展简史二、胶粘剂的应用二、胶粘剂的应用三、飞机金属胶接结构件的分类三、飞机金属胶接结构件的分类四、胶接结构典型的型式四、胶接结构典型的型式五、胶接技术的特点五、胶接技术的特点3专业课件一、胶接技术发展简史一、胶接技术发展简史()、古代人类、天然胶粘剂:木汁、血胶、骨
2、胶、石灰、()、古代人类、天然胶粘剂:木汁、血胶、骨胶、石灰、松脂和沥青等;松脂和沥青等;()、()、20世纪,合成高分子材料的出现,胶粘剂工业获得了世纪,合成高分子材料的出现,胶粘剂工业获得了迅速发展;迅速发展;()、()、20世纪世纪40年代后,胶接机理研究获得了迅速的发展年代后,胶接机理研究获得了迅速的发展胶接的三大理论:吸附理论、静电理论、扩散理论。胶接的三大理论:吸附理论、静电理论、扩散理论。()、()、20世纪世纪60年代后,建立并逐步完善了:化学键理论年代后,建立并逐步完善了:化学键理论、弱界面层理论、机械结合理论、胶粘剂流变学理论。、弱界面层理论、机械结合理论、胶粘剂流变学理论
3、。4专业课件二、胶粘剂的应用二、胶粘剂的应用 航空航天工业中,全世界采用胶接结构的飞机有100多种。58重型超声速轰炸机,胶接壁板面积占80(其中蜂窝夹层结构占90,胶用量超过400kg,可取代约50万只铆钉。5专业课件胶膜胶膜2500m密封胶密封胶450kg6专业课件三、飞机金属胶接结构件的分类三、飞机金属胶接结构件的分类7专业课件四、胶接结构典型的型式四、胶接结构典型的型式8专业课件9专业课件10专业课件11专业课件12专业课件13专业课件五、胶接技术的特点五、胶接技术的特点铆接的缺点铆接的缺点()、钉孔对材料的削弱引起应力集中,使疲劳强度降低;()、钉孔对材料的削弱引起应力集中,使疲劳强
4、度降低;()、结构重量增加;()、结构重量增加;()、劳动量大、噪音大;()、劳动量大、噪音大;()、零件阳极化膜因钉孔而受到破坏;()、零件阳极化膜因钉孔而受到破坏;()、孔边的裂纹会引起腐蚀,等等。()、孔边的裂纹会引起腐蚀,等等。14专业课件胶接的优点胶接的优点几乎克服了铆接的缺点几乎克服了铆接的缺点(1)、胶接适用的材料范围广)、胶接适用的材料范围广 可连接不同材料(金属金属、金属非金属)、厚度可连接不同材料(金属金属、金属非金属)、厚度不等、不受装配件厚度(厚度差)的影响、多层;不等、不受装配件厚度(厚度差)的影响、多层;(2)、表面平滑、良好的气动力性能)、表面平滑、良好的气动力性
5、能铆钉头凸起、点焊的凹陷、局部变形铆钉头凸起、点焊的凹陷、局部变形(3)、良好的密封性)、良好的密封性气密座舱、整体油箱等;气密座舱、整体油箱等;(4)、胶接接头耐环境能力强)、胶接接头耐环境能力强胶层对金属防腐、绝缘、防电化学防腐;胶层对金属防腐、绝缘、防电化学防腐;15专业课件 易自动化、成本低,易自动化、成本低,1000kg胶粘剂可节约胶粘剂可节约5000kg金属连接金属连接材料,节省材料,节省500010000个工时。个工时。(5)、胶接构件有效地减轻了重量)、胶接构件有效地减轻了重量受力均匀,可采用薄壁结构受力均匀,可采用薄壁结构-86机减速板铆接改为胶接,重量机减速板铆接改为胶接,
6、重量12.5kg8kg某型机机身胶接,重量减轻某型机机身胶接,重量减轻15%、费用节约用粮、费用节约用粮25%30%某预警飞机雷达罩,重量减轻某预警飞机雷达罩,重量减轻20%(6)、能提高接头的疲劳寿命)、能提高接头的疲劳寿命胶均匀分布、不会产生局部应力集中、疲劳裂纹扩展速度慢。胶均匀分布、不会产生局部应力集中、疲劳裂纹扩展速度慢。(7)、胶接工艺简单)、胶接工艺简单16专业课件 对材料、工艺条件和环境应力极为敏感。胶接的缺点胶接的缺点(1)、粘接强度较低)、粘接强度较低 胶粘剂的主材料一般是高分子材料,粘接强度较低(不适于承受剥离载荷)远不如金属材料;(2)、使用温度较高)、使用温度较高 一
7、般在50度,耐高温胶粘剂可长期150250度,或短期350400度。(3)、接头性能的重复性差、使用寿命有限)、接头性能的重复性差、使用寿命有限(4)、胶接接头强度受影响的因素多)、胶接接头强度受影响的因素多17专业课件第二节胶接原理第二节胶接原理 一、胶接理论的现状一、胶接理论的现状 二、胶接接头的构成二、胶接接头的构成 三、粘附力和粘接机理三、粘附力和粘接机理 四、内聚力和胶粘剂的固化四、内聚力和胶粘剂的固化 五、胶接接头的内应力五、胶接接头的内应力 六、胶接接头的应力分布六、胶接接头的应力分布 七、胶接接头的结构型式七、胶接接头的结构型式 八、飞机上胶接接头的常见形式八、飞机上胶接接头的
8、常见形式18专业课件一、胶接理论的现状一、胶接理论的现状胶接过程胶接过程复杂的物理化学过程复杂的物理化学过程影响胶接强度的因素影响胶接强度的因素胶接强度胶接强度测试结果测试结果1 1、胶粘剂的性质;、胶粘剂的性质;2 2、被粘材料表面的胶接特性;、被粘材料表面的胶接特性;3 3、接头设计、接头成型工艺;、接头设计、接头成型工艺;4 4、周围环境应力等。、周围环境应力等。直接影响直接影响19专业课件需理论解释的问题材料的化学结构材料的化学结构胶接特性胶接特性定量关系定量关系无圆满解释无圆满解释20专业课件二、胶接接头的构成二、胶接接头的构成胶接胶接内聚力内聚力粘附力粘附力通过胶粘剂的作用把被粘物
9、连接在一起,形成胶接接头。通过胶粘剂的作用把被粘物连接在一起,形成胶接接头。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。胶粘剂与被粘表面上不同分子间的作用力。胶粘剂与被粘表面上不同分子间的作用力。21专业课件两种破坏情况:两种破坏情况:“内聚破坏内聚破坏”“粘附破坏粘附破坏”内聚力粘附力内聚力粘附力内聚力粘附力内聚力粘附力界面层破坏界面层破坏胶层或胶粘剂层破坏胶层或胶粘剂层破坏22专业课件三、粘附力和粘接机理三、粘附力和粘接机理1 1、粘附力的形成、粘附力的形成2 2、胶接的几种理论、胶接的几种理论3 3、提高粘附力的必要条件、提高粘附力的必要条件23专业课
10、件1 1、粘附力的形成、粘附力的形成包括胶粘剂与被粘表面之间物理的、化学的、机械的作用。包括胶粘剂与被粘表面之间物理的、化学的、机械的作用。粘附力的形成粘附力的形成24专业课件2 2、胶接的几种理论、胶接的几种理论胶接的几种理论:胶接的几种理论:吸附理论、静电理论、扩散理论、化学结合吸附理论、静电理论、扩散理论、化学结合 理论、机械结合理论。理论、机械结合理论。(1)、吸附理论)、吸附理论(2)、静电理论)、静电理论(3)、扩散理论)、扩散理论(4)、化学结合理论)、化学结合理论(5)、机械结合理论)、机械结合理论25专业课件(1 1)、吸附理论)、吸附理论形成胶接连接的阶段形成胶接连接的阶段
11、第一阶段:第一阶段:胶粘剂中的高分子由于分子热运动而向与被粘表胶粘剂中的高分子由于分子热运动而向与被粘表 面靠近;面靠近;第一阶段:第一阶段:是是“吸附吸附”,当当胶粘剂与被粘物分子间距缩小到胶粘剂与被粘物分子间距缩小到足足 够小时,分子间引力便发生作用,因而产生吸附。够小时,分子间引力便发生作用,因而产生吸附。吸附理论吸附理论解释:吸附力是极性分子间具有更大的分子间吸力。解释:吸附力是极性分子间具有更大的分子间吸力。(吸附理论认为,胶接作用是胶粘分子与被粘分子在界面层上(吸附理论认为,胶接作用是胶粘分子与被粘分子在界面层上相互吸附而产生的,胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用相互吸附而产生的
12、,胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果,而物理吸附则是胶接作用的普遍性原因。)的结果,而物理吸附则是胶接作用的普遍性原因。)26专业课件(2 2)、静电理论)、静电理论静电理论静电理论解释:解释:两种不同的高分子化合物表面紧密接触时,会产生双电两种不同的高分子化合物表面紧密接触时,会产生双电层(象电容器的两个极片一样),而产生静电引力。层(象电容器的两个极片一样),而产生静电引力。缺陷缺陷不能解释导电胶也能很好地结合。不能解释导电胶也能很好地结合。(静电理论认为,在胶接接头中存在双电层,胶接力主要来自(静电理论认为,在胶接接头中存在双电层,胶接力主要来自双电层的静电引力。)双电层的静电引
13、力。)27专业课件(3 3)、扩散理论)、扩散理论扩散理论扩散理论解释:解释:胶粘剂和被粘物分子通过互相扩散而形成牢固的胶接头。胶粘剂和被粘物分子通过互相扩散而形成牢固的胶接头。28专业课件(4 4)、化学结合理论)、化学结合理论化学结合理论化学结合理论解释:解释:胶粘剂和被粘物通过化学反应而达到良好的结合。胶粘剂和被粘物通过化学反应而达到良好的结合。29专业课件(5 5)、机械结合理论)、机械结合理论胶粘剂(液态)渗入被粘物表面的缝隙或凹陷处,固化后,在界面区产生齿合或镶嵌连接。30专业课件3 3、提高粘附力的必要条件、提高粘附力的必要条件胶粘剂整个表面的良好接触,充分浸润,接触角,固、液胶
14、粘剂整个表面的良好接触,充分浸润,接触角,固、液体分子间吸引力体分子间吸引力接触角接触角31专业课件四、内聚力和胶粘剂的固化四、内聚力和胶粘剂的固化胶粘剂(液体)在浸润被粘物表面后,必须通过适当的方法胶粘剂(液体)在浸润被粘物表面后,必须通过适当的方法使它变成固体的过程。使它变成固体的过程。()、胶粘剂本身产生足够强的内聚力;()、胶粘剂本身产生足够强的内聚力;()、承受载荷。()、承受载荷。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。胶粘剂本身分子间相互束缚在一起的作用力。内聚力内聚力胶粘剂的固化胶粘剂的固化固化的必要性固化的必要性32专业课件2 2、加温、加压、加温、加压胶粘剂固化的方法胶粘剂
15、固化的方法1、冷凝或溶剂的挥发、冷凝或溶剂的挥发“热塑性高分子化合物热塑性高分子化合物”(加热会熔融)(加热会熔融)通过冷凝或溶剂的挥发物理变化完成固化。通过冷凝或溶剂的挥发物理变化完成固化。“热固性热固性高分子化合物高分子化合物”通过化学反应,聚合成不熔化也不溶解的、具有一定通过化学反应,聚合成不熔化也不溶解的、具有一定机械强度的固体高分子结构物质。机械强度的固体高分子结构物质。33专业课件五、胶接接头的内应力五、胶接接头的内应力()、胶粘剂固化过程中,由于体积收缩造成的收缩应力;()、胶粘剂固化过程中,由于体积收缩造成的收缩应力;()、胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同,在温度变化时产()、胶
16、粘剂和被粘物的热膨胀系数不同,在温度变化时产 生热应力。生热应力。胶接强度胶接强度 耐久性耐久性胶接接头内应力胶接接头内应力影响影响内应力的来源内应力的来源34专业课件第三节胶粘剂第三节胶粘剂一、胶粘剂的组分一、胶粘剂的组分二、结构胶粘剂的类型和性能二、结构胶粘剂的类型和性能35专业课件一、胶粘剂的组分一、胶粘剂的组分胶粘剂胶粘剂结构胶粘剂结构胶粘剂(飞机用)胶粘剂的要求(飞机用)胶粘剂的要求非结构胶粘剂非结构胶粘剂是否是否“承载承载”?1、在使用温度范围内,满足剪切强度、剪切疲劳强度、剥离、在使用温度范围内,满足剪切强度、剪切疲劳强度、剥离或不均匀扯离强度、持久强度。或不均匀扯离强度、持久强
17、度。2、良好的耐介质、耐冷热交变、耐湿热老化、耐大气老化等、良好的耐介质、耐冷热交变、耐湿热老化、耐大气老化等性能。性能。36专业课件(1)粘料;)粘料;(2)固化剂;)固化剂;(3)填料;)填料;(4)稀释剂和溶剂。)稀释剂和溶剂。胶粘剂的组分胶粘剂的组分37专业课件粘料粘料(基料):是胶粘剂具有所要求的基本性能的主要成分。(基料):是胶粘剂具有所要求的基本性能的主要成分。固化剂固化剂:促进胶粘剂的固化。:促进胶粘剂的固化。填料填料:减少胶层收缩和调节胶粘剂与被粘物之间弹性系数的:减少胶层收缩和调节胶粘剂与被粘物之间弹性系数的 差别。改善胶粘剂的性能(提高弹性系数、冲击韧性、差别。改善胶粘剂
18、的性能(提高弹性系数、冲击韧性、耐热性、减少收缩率等。)耐热性、减少收缩率等。)稀释剂稀释剂:能降低胶粘剂粘度的易流动液体。改善胶粘剂的工:能降低胶粘剂粘度的易流动液体。改善胶粘剂的工 艺性能,降低胶粘剂,从而延长胶粘剂的使用期。艺性能,降低胶粘剂,从而延长胶粘剂的使用期。38专业课件39专业课件第四节影响胶接强度的因素第四节影响胶接强度的因素一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响二、影响胶缝强度的主要工艺因素二、影响胶缝强度的主要工艺因素40专业课件一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响一、胶缝结构形式对胶缝强度的影响胶接接头四种受力形式胶接接头四种受力形式、均匀扯离(拉
19、伸)、均匀扯离(拉伸)、剪切、剪切、不均匀扯离(劈裂)、不均匀扯离(劈裂)、剥离、剥离41专业课件.均匀扯离(拉伸)均匀扯离(拉伸)拉伸的特征:拉伸的特征:外力作用线垂直胶缝。外力作用线垂直胶缝。当被粘零件较厚或刚度较当被粘零件较厚或刚度较大时,受载时不产生挠曲变形,大时,受载时不产生挠曲变形,拉应力分布比较均匀;拉应力分布比较均匀;当被粘零件较薄或集中力当被粘零件较薄或集中力偏心时,拉应力分布不均匀,偏心时,拉应力分布不均匀,易造成胶缝破坏;易造成胶缝破坏;拉伸拉伸42专业课件.剪切剪切剪切的特征:剪切的特征:外力作用线平行胶缝。外力作用线平行胶缝。剪切剪切43专业课件 剪切剪切是胶接接头是
20、胶接接头最好的受力形式,胶最好的受力形式,胶接强度最高。接强度最高。剪应力剪应力拉应力44专业课件 增加搭接长度,接头所能承受的破坏载荷有所提高,但增增加搭接长度,接头所能承受的破坏载荷有所提高,但增到一定长度后,承载能力很难提高。到一定长度后,承载能力很难提高。搭接长度与承载能力的关系搭接长度与承载能力的关系搭接宽度与承载能力的关系搭接宽度与承载能力的关系 增加宽度长度,承载能力直线上升。增加宽度长度,承载能力直线上升。45专业课件搭接长厚比宽度与承载能力的关系(承剪情况)搭接长厚比宽度与承载能力的关系(承剪情况)46专业课件、不均匀扯离(劈裂)、不均匀扯离(劈裂)不均匀扯离不均匀扯离胶接强
21、度较低。胶接强度较低。如:机翼与翼肋、长桁的连接如:机翼与翼肋、长桁的连接受力特征:受力特征:边缘处形成劈裂力,较复边缘处形成劈裂力,较复杂,受载端缝表现为拉应杂,受载端缝表现为拉应力,有较大的应力集中。力,有较大的应力集中。47专业课件、剥离现象、剥离现象胶接强度最低。胶接强度最低。受力特征:受力特征:边缘处形成外张力,应力非常集中。边缘处形成外张力,应力非常集中。48专业课件胶接强度的强弱依此为:胶接强度的强弱依此为:均匀扯离(拉伸)均匀扯离(拉伸)剪切剪切不均匀扯离(劈裂)不均匀扯离(劈裂)剥离剥离提高胶接强度的方法:提高胶接强度的方法:1、加大胶接面积;、加大胶接面积;2、提高边缘零件
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