Клеевое соединение – неразъемное соединение элементов конструкций с помощью клея, образующего между ними тонкую прослойку (клеевой шов).

Клеевые соединения получили в последние годы широкое распространение во многих отраслях машиностроения благодаря появлению клеящих материалов (конструкционных клеев) на основе синтетических полимеров, которые обладают высокой податливостью и благодаря этому обеспечивают склеивание практически всех материалов промышленного значения (сталей, сплавов, меди, серебра, древесины, пластиков, фарфора, тканей, кожи и многих других). Еще одно их достоинство состоит в возможности склеивания металлов и неметаллов. Благодаря этому клеевые соединения используют для производства новых материалов в форме слоистых листов (металлических листов с пластмассовым покрытием или пластмасс с покрытием из металла и т. д.).

Иногда склеивание представляет собой единственный способ соединения разнородных материалов в ответственных конструкциях. Клеевые соединения позволяют реализовать новые конструкции (слоистые, сотовые и др.), которые не могут быть выполнены с помощью соединений других типов.

Применение клеев в металлических конструкциях позволяет надежно и прочно соединять разнородные металлы разной толщины, исключать более дорогие заклепочные, сварные и болтовые соединения.

Клеевые швы не ослабляют металл, как при сварке или сверлении отверстий под болты, они не подвержены коррозии и часто герметичны без дополнительного уплотнения.

Области и объемы применения силовых клеевых соединений непрерывно растут. Современные самолеты имеют до 500 м², а аэробусы до 1500 м² силовых клеевых соединений (металлических и слоистых неметаллических конструкций).

Клеевые соединения превосходят заклепочные и сварные соединения при работе на срез благодаря сравнительно полному использованию площади сопряжения соединяемых деталей.

Основными недостатками клеевых соединений является:

· старение со временем, вызывающее существенное снижение прочности;

· невысокая теплостойкость (рабочая температура обычно не выше 300 °С), обусловленная органической природой клеев;

· потребность сложной оснастки для изготовления конструкций сложного профиля;

· необходимость тщательной подготовки поверхности под склеивание.

Процесс склеивания содержит следующие операции:

· превращение клеящего вещества в состояние, пригодное для нанесения на поверхность склеиваемого материала (расплавление, приготовление клеящей пленки и т. д.);

· подготовка поверхности склеиваемых материалов (придание шероховатости, различные виды химической или физико-химической обработки);

· нанесение клеящего вещества;

превращение клеящего вещества в клеевой слой, соединяющий материалы при

· соответствующих температуре, давлении и времени выдержки;

· испытание соединения на надежность.

Применение в промышленности получают клеи, обладающие коррозионной неактивностью, нетоксичностью, грибо-, водо- и атмосферостойкие с высоким сопротивлением старению и способностью к длительному хранению (табл. 4.3).

Клеевые соединения конструктивно подобны сварным и в особенности паяным соединениям. Прочность соединений пропорциональна площади склеивания. В нахлесточном соединении большее повышение прочности можно получить за счет увеличения ширины нахлестки, нежели ее длины (из-за неравномерного распределения нагрузки по длине соединения). Благоприятное влияние на прочность соединений оказывают скосы кромок листов и накладки.

При проектировании клеевых соединений следует иметь в виду, что клеевые швы обладают обычно достаточно большой прочностью при сдвиге и невысокой прочностью при «отдире» (изгибе шва). Прочность при сдвиге нахлесточных соединений с различными клеями после двухмесячной выдержки составляет 10 – 33 МПа (табл. 4.4).

Механизм процесса склеивания изучен недостаточно. Установлено, что клеящие свойства полимеров зависят от строения макромолекул, условий образования пленки и ее физико-химических свойств, подготовки поверхности, природы склеиваемого материала и многого другого. Так, при склеивании одним и тем же клеем различных металлов прочность соединений оказывается различной. Например, предел прочности при сдвиге соединений на эпоксидном клее для сталей составляет 34 МПа, а для дуралюмина 21 МПа. Поэтому задачи конструирования и сборки (технологии) связаны между собой и рассматриваются комплексно.

Таблица 4.3 Механические характеристики клеевых соединений и области применения клеев

Таблица 4.4 Прочность при сдвиге соединений алюминиевого сплава различными клеями в условиях повышенной влажности

Прочность клеевого соединения зависит от толщины клеевого слоя. Обычно толщина слоя составляет 0,05 – 0,15 мм и зависит от вязкости клея и давления при склеивании.

Клеевое соединение рассчитывается на прочность при срезе. За расчетную площадь берется площадь соприкосновения соединяемых элементов. Условие прочности при срезе имеет обычный вид:

,

где b и l – ширина и длина нахлестки, мм.

Контроль качества соединений осуществляют разрушающими (разрушением образцов-свидетелей) и неразрушающими (например, рентгеновскими и инфракрасными лучами) методами.