Паяные соединения встык работают под нагрузкой аналогично сварным с мягкой прослойкой. Особенности паяных соединений встык следующие: предел текучести паяного шва - мягкой прослойки - меньше предела текучести основного металла соединяемых частей; модуль упругости паяного шва Е' меньше модуля упругости основного металла Е. В мягких прослойках при сварке, как правило, Е' мало отличается от Е.

При работе соединения встык в пределах упругих деформаций прослойка испытывает упрочнение. В результате диффузии основного металла в припой повышаются прочностные свойства последнего, в частности, возрастает его предел текучести. Продольные деформации в основном металле ε_z = σ_z/Е вызывают поперечное сужение, равное με_z; продольные деформации в прослойке ε'_z = σ_z/Е' обусловливают поперечное сужение прослойки με_z', которое больше με_z (μ - коэффициент Пуассона).

В паяных соединениях стержней круглых поперечных сечений в результате неодинакового поперечного сужения стержня и прослойки на границе в стержне возникают сжимающие напряжения.

Кольцевая прослойка подвергается равномерному растяжению по радиальным направлениям при напряжениях

σ_r = Е'(ε_z'-ε_z)μ

В прослойке образуются также растягивающие напряжения в окружном направлении σ_t = σ_r.

Таким образом, в пределах упругих деформаций в кольцевой прослойке реализуется трехосное растяжение, вызывающее концентрацию. Концентрация невелика, так как напряжения σ_r и σ_t значительно меньше σ_z, но их возникновение способствует повышению предела текучести и понижению пластичности прослойки.

В пластическом состоянии поле напряжений в мягкой прослойке толщиной δ₀ (рис. 2) изображено на рис. 3. Предел текучести прослойки при одноосном напряженном состоянии обозначим σ_t.

Рис. 2. Паяное соединение встык с мягкой прослойкой.

Из теории пластичности известно, что наибольшие по величине напряжения возникают в прослойке на контактных поверхностях.

Если допустить, что модули упругости прослойки Е' и основного металла Е близки, то нормальные напряжения в прослойке:

 

Напряжения по радиусу и касательной:

где R - радиус стержня цилиндрической формы; δ - толщина зоны сплавления; r - радиус, определяющий положение точки в сечении.

Наибольшие напряжения при r = 0, т. е.

Так как в тонких прослойках, имеющих место при пайке, отношение r/δ очень велико, то напряженное состояние, описываемое формулами (10) и (11), невозможно.

Задолго до образования в сечении полной текучести напряжения σ_z достигают такой величины, при которой происходит разрушение стержня, т. е. пластический характер разрушений невозможен.

Разрушение прослойки хрупкое. Аналогичное явление наблюдается в стержнях с поперечными сечениями некруглой формы.

Характер работы паяной прослойки при модуле упругости Е', приближающемся к весьма малой величине, отличается от рассмотренного при Е' = Е.

Однако и в этом случае текучесть на контактных поверхностях возможна лишь при весьма больших значениях σ_z, ведущих к разрушению стержней. Таким образом, при всех значениях Е' ≠ Е мягкие прослойки при пайке встык разрушаются хрупко.

Рис. 3. Поле напряжений на контактных поверхностях соединения встык с мягкой прослойкой.