Образец для испытания паяных соединений на циклическую нагрузку

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ(71) Заявитель Цумарев Юрий Алексеевич(72) Автор Цумарев Юрий Алексеевич(73) Патентообладатель Цумарев Юрий Алексеевич(57) Образец для испытания паяных соединений на циклическую нагрузку, содержащий две круглые пластины с крепежными отверстиями, расположенными равномерно по окружности, вставку из паяемого материала, соосный со вставкой диск, часть которого размещена в отверстии одной из пластин, при этом торец диска соединен со вставкой испытываемым паяным швом, а диаметр вставки больше диаметра диска, отличающийся тем, что вставка размещена снаружи соответствующей пластины, соединена с пластиной паяным швом, а ее материал имеет коэффициент термического расширения, отличающийся от коэффициента термического расширения материала той пластины, с которой вставка соединена, при этом общая ось вставки и диска смещена относительно оси пластин. 50872009.02.28 Полезная модель относится к исследованию прочностных свойств материалов, а более конкретно к образцам для определения циклической прочности паяных соединений. Известен образец для испытания паяных соединений на циклическую нагрузку, содержащий две круглые пластины с крепежными отверстиями, диск, размещенный между ними и соединенный с каждой из пластин паяным швом 1. Недостатками этого образца являются невысокая достоверность результатов испытаний, а также высокая стоимость при проведении испытаний паяных соединений дорогих цветных металлов и сплавов. Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является образец для испытания паяных соединений на циклическую нагрузку, содержащий две круглые пластины с крепежными отверстиями, расположенными равномерно по окружности, вставку из паяемого материала, размещенную внутри одной из пластин, диск, часть которого размещена в отверстии другой пластины. Торец диска соединен со вставкой испытываемым паяным швом, а вставка и диск установлены соосно друг другу 2. Недостатком образца, принятого за прототип, являются узкие функциональные возможности, в частности невозможность создания в испытываемом паяном шве остаточных напряжений, чтобы определить их влияние на результаты испытаний. Кроме того, в процессе испытаний известного образца невозможно создание в паяном шве циклически изменяющихся касательных напряжений. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей образца. Поставленная задача достигается тем, что в образце, содержащем две круглые пластины с крепежными отверстиями, расположенными равномерно по окружности, вставку из паяемого материала, соосный со вставкой диск, часть которого размещена в отверстии одной из пластин, при этом торец диска соединен со вставкой испытываемым паяным швом,а диаметр вставки больше диаметра диска, согласно полезной модели, вставка размещена снаружи соответствующей пластины, соединена с пластиной паяным швом, а ее материал имеет коэффициент термического расширения, отличающийся от коэффициента термического расширения материала той пластины, с которой вставка соединена, при этом общая ось вставки и диска смещена относительно оси пластин. Благодаря тому, что вставка размещена снаружи соответствующей пластины, соединена с пластиной паяным швом, а ее материал имеет коэффициент термического расширения,отличающийся от коэффициента термического расширения материала той пластины, с которой вставка соединена, после пайки во вставке создается поле термических напряжений. Термические напряжения, обусловленные различием в коэффициентах термического расширения материалов вставки и пластины, распределяясь по объему вставки, достигают испытываемого паяного шва и влияют на прочность при циклическом нагружениии. Это,в свою очередь, позволяет определять влияние остаточных термических напряжений на работоспособность паяного шва в условиях циклического нагружения. Благодаря тому, что общая ось вставки и диска смещена относительно оси пластин, в испытываемом паяном шве, кроме нормальных напряжений, в процессе испытания создаются касательные напряжения, обусловленные крутящим моментом. Поэтому появляется возможность исследовать влияние касательных напряжений на циклическую прочность паяных соединений. Таким образом, заявляемые отличительные признаки позволяют проводить испытания в условиях воздействия дополнительных факторов - остаточных термических напряжений и циклически изменяющихся касательных напряжений. Тем самым отличительные признаки расширяют функциональные возможности образца, решая поставленную задачу полезной модели. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез заявляемого образца. 50872009.02.28 Заявляемый образец для испытания паяных соединений на циклическую нагрузку содержит круглую пластину 1 и круглую пластину 2 с крепежными отверстиями 3, расположенными равномерно по окружности пластин. Кроме того, в конструкции образца имеются диск 4 и вставка 5, изготовленные из паяемого материала. Диск 4 и вставка 5 установлены соосно друг другу, а их общая ось смещена относительно оси пластин 1 и 2 на величину эксцентриситета е. Торец диска 4 соединен со вставкой 5 испытываемым паяным швом 6. Часть диска 4 размещена в отверстии пластины 2, а вставка 5 размещена снаружи круглой пластины 1 и соединена с ней паяным швом 7. Круглая пластина 1 изготовлена из материала, коэффициент термического расширения которой отличается от коэффициента термического расширения вставки 5. Заявляемое устройство работает следующим образом. При проведении испытаний круглую пластину 1 с помощью крепежных отверстий 3 скрепляют с приводом вращения испытательной машины, а круглую пластину 2 аналогичным образом соединяют с нагружающим устройством. При вращении образца в каждой точке испытываемого паяного шва 6 возникают нормальные и касательные напряжения, изменяющиеся по мере поворота образца, что позволяет реализовать симметричный цикл изменения как касательных,так и нормальных напряжений. Распределение касательных напряжений по сечению паяного шва таково, что они достигают максимума на краю паяного шва там же, где максимальны нормальные напряжения. Максимальное значение касательных напряжений за время цикла испытаний пропорционально весу груза и эксцентриситету е. Таким образом, варьируя величиной эксцентриситета е можно реализовывать различное соотношение между уровнем нормальных и касательных напряжений, что существенно расширяет функциональные возможности образца. Диаметр паяного шва 7, соединяющего вставку с пластиной, значительно превышает диаметр испытываемого паяного шва 6, что обеспечивает достаточную прочность и гарантирует разрушение именно испытываемого паяного шва 6 в процессе испытаний на циклическую нагрузку. Из-за разницы в коэффициентах термического расширения материалов вставки 5 и пластины 1 в этих деталях после их охлаждения, обусловленного термическим циклом пайки, возникают термические напряжения. Поле этих напряжений захватывает область испытываемого паяного шва 6, поэтому остаточные термические напряжения влияют на результаты проводимых испытаний. Уровень остаточных термических напряжений, действующих в зоне испытываемого паяного шва 6, увеличивается с уменьшением толщины вставки 5 и увеличением разницы в коэффициентах термического расширения материалов вставки 5 и пластины 1. Поэтому, варьируя толщиной вставки 5 и подбирая материалы с различной величиной коэффициента термического расширения для изготовления пластины 1, можно изменять уровень остаточных термических напряжений, наводимых в зоне паяного шва. Тем самым можно определять зависимость прочности при циклическом нагружении от уровня остаточных термических напряжений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3