Құрылымдық болатта желімдерді қолдану - Use of adhesives in structural steel applications

Жабысқақ байланыстыру - тең немесе ұқсас емес құрамдағы екі мүше қосылатын процесс. Ол тырнақтарды, тойтармаларды, бұрандаларды немесе болттарды және көптеген дәнекерлеу процестерін механикалық аштықпен байланыстырудың басқа әдістерінің орнына қолданылады.[1] Желімдерді қолдану болат конструкциясында дәнекерлеу мен механикалық бекітуге қарағанда көптеген артықшылықтар береді; дегенмен, құрылымдық болат компоненттерінде желімдерді қолдану өте шектеулі болған көптеген қиындықтар әлі де бар.

Құрылымдық желімдердің түрлері

Структуралық желімдер - бұл термореактивті желімдерге алғашқы жүктеме металл құрылымдарында қолданылатын серпімділіктің жоғары модулі бар сипаттамалары.[2] Жүк көтеретін қосылыстар жасау үшін құрылымдық желімдерді қолдануға болады. Тығыздағыштар, ыстық балқымалы желімдер және тіпті акрил көбік таспалары сияқты көптеген желімдер жүктемені көтере алатынына қарамастан, құрылымдық желім деген термин әдетте буындардың ығысу күші 1450 псс-ден жоғары болатын жерде қолданылады.[3] Құрылымдық желімдердің әр түрлі түрлері:

Қандай желімді қолдану әдетте біріктірілген материалдарға және қызмет көрсету шарттарына негізделген, өйткені кейбіреулер басқаларға қарағанда белгілі бір жағдайларда жақсы жұмыс істейді.

Артықшылықтары

Екі немесе одан да көп мүшелерді біріктіру үшін механикалық бекіткіштердің орнына желімдерді қолданудың көптеген артықшылықтары бар.[4] Осы артықшылықтардың кейбіреулері:

  • Желімнің жүктемелерді байланыстыру желісі бойынша біркелкі бөлу қабілеті, ал механикалық бекітпелер кернеудің жоғары концентрациясы бар аймақтарды тудырады.
  • Қосылатын мүшелердегі бұрғылау немесе тесу тесіктерінің қымбат жұмысын жояды.
  • Салмақты төмендету және жақсы эстетика

Дәнекерлеу және дәнекерлеу сияқты термиялық процестермен салыстырғанда, желімдермен қосылу бірнеше маңызды артықшылықтарға ие. Кейбіреулері

  • Бір-біріне ұқсамайтын металдарды қосудың қарапайымдылығы
  • Жылу кіруіне байланысты бөлшектердің бұрмалануы немесе бұзылуы болмайды
  • Ұнтақтау және жылтырату сияқты қосымша операцияларды азайту
  • Дәнекерлеу мен дәнекерлеумен салыстырғанда айтарлықтай аз шеберлік қажет

Құрылымдық желімдер көптеген құрылымдарда, әсіресе аэроғарыштық және автомобиль өнеркәсібінде қаттылықты жоғарылату және салмақты азайту үшін үздіксіз дамып келе жатқан композициялық материалдарды біріктіру қабілетінің арқасында айтарлықтай артықшылыққа ие. Композициялардың едәуір бөлігі дәнекерлеу және бұрғылау арқылы біріктірілмейді, механикалық бекіту материалды зақымдауы мүмкін.[5]

Жоғары ығысуға беріктік желімдерінің дамуы автомобиль өнеркәсібіне автомобильдер, автобустар және басқа да көлік құралдары құрастырылған кезде композициялық материалдардың артықшылығын алуға мүмкіндік берді. Көміртекті талшықпен нығайтылған полимерлер (CFRP) салмақ пен салмақтың жоғары арақатынасына байланысты автомобиль және аэроғарыш өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Бұл материалды дәнекерлеу немесе дәнекерлеу мүмкін емес. Бекіткіштерді пайдалану бұрғылауды немесе тесуді қажет етеді, бұл материалды зақымдауы мүмкін. Желімдер - CRFP-ді болат, алюминий және басқа материалдарға қосудың бірден-бір тиімді баламасы.

Көлік құралының салмағын төмендетуден және буынның беріктігін ұстап тұрудан немесе жоғарылатудан басқа, металдарға желімдермен біріктірілген CFRP қолдану буынның шаршау мерзімін жақсартуға көмектеседі. CFRP-мен болаттың жабысқақ қосылыстарының мінез-құлқын зерттеу бес болат мүшені CFRP түйінімен байланыстыратын жаңа түйісуді ұсынды.[6]

П.Гальвестің зерттеуі күрделі дәнекерленген қосылысты CFRP түйінімен алмастырды. Түйін болат арқалықтармен адгезиямен байланған.

Жабысқақ буынды таза ығысу жағдайында орналастыратын және барлық желімдер үшін ең зиянды болатын қабыршықтың кернеулері болатын дизайн өзгерісімен, жаңа буын буын арқылы берілетін барлық жүктемелерді көтере алды. Дәнекерлеуді жою жылу циклдарынан, дәнекерлеудің басталуынан және тоқтауларынан, сонымен қатар құрылымның қажу мерзімін едәуір төмендететін жік, қабаттасу және жарықтар сияқты дәнекерлеу үзілістерінен арылды.

Жоғарыда аталған барлық артықшылықтар желімдермен қосылуды көптеген қосымшаларда өте тиімді етеді. Желімді желімнің ауыр құрылымдық қосымшаларында қолдану негізінен инженерлердің, сәулетшілердің және мердігерлердің желімдердің жүк көтеру қабілеттілігі мен өнімділігіне деген күмәні салдарынан анықталған жоқ.[7]

Дәнекерлеудің болатқа қосылу процесі ретіндегі артықшылығы, ол байланыстыратын компоненттерден әрдайым дерлік мықты байланыс жасайды. Сондықтан дәнекерлеуді қысыммен жұмыс істейтін ыдыстардың тігістерін біріктіру үшін қолдануға болады және жоғары созылу беріктігін қажет ететін құрылымдық бөлшектерде толық түйіспелі дәнекерлеу жұмыстарын орындау үшін қолдануға болады. Дәнекерлеу процедуралары сақталған кезде түйіспе негізгі металдан күшті болады.

Жабысқақ заттар бүгінде дәнекерленген қосылыстың күшін қамтамасыз ете алмайды, ол әдетте ең төменгі созылу күшіне 60 000 пси және одан жоғары болады. Алайда, болат конструкциясында желімдерді қолдануға болатын көптеген қосымшалар бар. Көптеген жағдайларда дәнекерленген қосылыстар толтырғыш металдың толық беріктігін қажет етпейді. Басқа уақыттарда, егер қолданылатын кернеу дәнекерлеудің осіне параллель кернеу немесе қысу болған жағдайда, дәнекерлеудің беріктігі дизайнды ескермейді.[8]

Дәнекерлеудің орнына желімдермен байланыстырудың маңызды артықшылығы термопроциклдің әсерінен кез-келген жағымсыз эффекттерді жасау үшін жылу жеткіліксіз. Дәнекерлеу дәнекерлеу металы мен негізгі металдың біркелкі емес кеңеюі мен қысылуын тудырады. Бұл кеңею мен жиырылу циклі бірнеше проблемалар тудыруы мүмкін, соның ішінде бұрмалану, жылуға әсер ететін аймақтың мортылығы және қалдық кернеулер.[9] Мұның бәрі жоғарыда қарастырылған жағдайдағыдай емес, дәнекерленген қосылыс CFRP түйінімен ауыстырылды.

Қиындықтар

Дәнекерлеуді немесе механикалық бекітуді желіммен алмастырудың маңызды мәселелері қолайсыз байланыстырылған қосылыстардың қолайсыз жағдайларда беріктігіне байланысты. Беріктік айырмашылығы белгілі және оны дұрыс жобалаумен және желімдерді қолданбау уақытын біле отырып басқаруға болады. Алайда, желімнің әртүрлі қызмет көрсету жағдайында қалай әрекет ететіндігін білу белгілі бір дәрежеде белгісіздікке ие аймақ болып қалады. Желімдерді қолдану тиімді нұсқа екендігін қарастырған кезде келесі айнымалыларды ескеру қажет.

  • Қызмет көрсету шарттары - бұл температура диапазоны, ылғалдылық, үйде / сыртта пайдалану, ультрафиолет сәулелерінің әсерін қамтиды
  • Химиялық заттарға төзімділік - буын байланыстың құрылымдық тұтастығына әсер етуі мүмкін химиялық заттармен байланысқа түседі (мысалы, май, бензин, қышқылдар және т.б.).
  • Механикалық қиындықтар - байланыстырылған түйіспелер қажалу, соққы, діріл, шаршау жүктемесіне ұшырайды. Мұнда жылу циклдары да қарастырылады.
  • Стресс түрі мен шамасы (ығысу, созылу, сығылу және т.б.)[5]

Дәнекерлеуді немесе механикалық бекітуді жабысқақ байланыстырумен ауыстыру туралы ойланатын тағы бір мәселе - бұл желімнің бөлшектерді бекітпелермен, қапсырмалармен немесе басқа құрылғылармен ұстамай тұрып қалуы үшін қажет уақыт. Желімдеу материалдары қолданылғаннан бастап, оларды бөлшектері орнынан қозғалмай өңделгенге дейін белгілі бір уақытты қажет етеді. Бұл дегеніміз, желім біріктірілген мүшелерге жабыстырылғаннан кейін, бөлшектер оны желімнің беріктікке (жасыл беріктікке) жеткенше ұсталуы керек. Бұл өндіріс процесіне айтарлықтай уақыт қосуы мүмкін. Дәнекерлеу арқылы біріктірілген бөлшектерді көп жағдайда бірден өңдеуге болады.

Болатты біріктіру үшін желімдерді қолдану артып келеді, бірақ ол негізінен өте жұқа бөліктерде қолданылады. Ауыр құрылымдық болатты қарау кезінде негізінен дәнекерлеу және болттау сияқты басқа қосылыс процестерін толықтырады. Алайда, оны қолдану кодекспен реттелмейді, сондықтан көптеген инженерлер мен дизайнерлер оны қолданудан қашады. Құрылымдық кодтар басқа қосылу процестерін пайдалануға мүмкіндік береді, бірақ мұндай қосылу процедурасын әзірлеу, тексеру және бекіту жауапты инженерге жүктеледі.

Инженер үшін қиындық желімнің және олардың арнайы қолданылуына байланысты жеткілікті деректерді табу болып табылады. Болат құрылысына арналған AISC нұсқаулығына және AWS D1.1 нұсқауларына сүйенетін инженерлер 604 беттік AWS D1.1 / D1.1M: 2015 құрылымдық дәнекерлеу кодексінде «жабысқақ» сөзінің тек үш рет кездесетінін анықтады. - болат және тек анықтамалық стандарттың атауы ретінде (AWS A3.0, дәнекерлеудің стандартты шарттары мен анықтамалары, оның ішінде Жабысқақ Дәнекерлеу, дәнекерлеу, дәнекерлеу, термиялық кесу және термиялық бүрку). «Жабысқақ» сөзі ANSI / AISC 360-16 құрылымдық болат құрылыстарына арналған спецификациясында бір рет те кездеспейді. Бұл спецификацияда жобалау талаптары, сондай-ақ болат ғимараттардың құрылысын салу және тұрғызу талаптары жазылған.

Осыған байланысты құрылымдық болаттағы желімдер өте жиі қолданылмайды. Болт сияқты механикалық бекітумен бірге қолдануға болатын жағдайда да, қосылыстың жалпы сыйымдылығын есептеу желімнің және болттардың көтергіштігін қосу сияқты қарапайым емес. Бұл құрылымдық қосылыстардағы болттарды дәнекерлеуді араластыруға ұқсас. Байланыстың күші жекелеген компоненттердің қосындысы деп есептесек, консервативті емес және апатты болуы мүмкін[10]

Басқа қиындықтар

Құрылымдық болаттағы желімдерді қолданудың басқа қиындықтары бар, олардың кейбіреулері:

  • Буын түйіспелерімен салыстырғанда көп материал қажет болатын материалды қабаттастыру қажет.
  • Тексеру қиынға соғуы мүмкін - визуалды тексеру өте шектеулі және NDE әдетте ультрадыбыстық тестілеуді қажет етеді.[11]
  • Жабысқақ материалдарды қолдануға арналған бетті дайындау материал элементтерге әсер ететін өрісте күрделене алады және тот пен оксид қабаттарын салыстырмалы түрде тез дамыта алады.
  • Емдеуге уақыт қосылды - кейбір желімдер өндіруді тоқтатуы немесе кейінге қалдыруы мүмкін ұзақ уақытты қажет етеді.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Pocius, Alphonsus (2012). Жабысқақ және желім технологиясы: кіріспе. Hanser жарияланымдары. 1-2 беттер. ISBN  978-1-56990-511-1.
  2. ^ Ішкі комитет әзірлеген: D14.04 (2015). ASTM D 907 Желімдердің стандартты терминологиясы. West Conshohocken, PA: ASTM International.
  3. ^ «Құрылымдық желім дегеніміз не». http://www.twi-global.com. Сыртқы сілтеме | веб-сайт = (Көмектесіңдер)
  4. ^ Henkel корпорациясының инженерлік желімдері. «Металлдарды байланыстыруға арналған дизайн бойынша нұсқаулық» (PDF). http://www.henkelna.com/loctite. Сыртқы сілтеме | веб-сайт = (Көмектесіңдер)
  5. ^ а б Өндірістік желімдер мен ленталар бөлімі (2012). «Құрылымдық желімді таңдау және қолдану» (PDF).
  6. ^ Галвез, Педро; Кесада, Алехандро; Мартинес, Мигель Анхель; Абеноджар, Хуана; Боада, Мария Хесус Л.; Диас, Висенте (2017). «Автобустық құрылымдарда қолдану үшін болаттың CFRP-мен жабысатын қосылыстарының әрекетін зерттеу». Композициялар B бөлімі: Инженерлік. 129: 41–46. дои:10.1016 / j.compositesb.2017.07.018.
  7. ^ Цюпак, Ивонне; Пастернак, Хартмут; Шиель, Мануэль; Ince, Erdeniz (2014). «Болат құрылымдардағы жабысқақ байланыстырушы қосылыстар». Болат құрылысы. 7 (3): 178–182. дои:10.1002 / stco.201410029.
  8. ^ D1.1 / D1.1M: 2015 Құрылымдық дәнекерлеу коды - болат. Американдық дәнекерлеу қоғамы. 2015. 17 бет, 2.3 кесте.
  9. ^ Бұрмалануды азайту және бұрмаланған мүшелерді түзетудің дәлелденген әдістері Омер Блоджетт, Ph.D., P.E., Дуан К.Миллер, Ph.D., P.E. (Линкольн электр компаниясы)
  10. ^ Миллер, Дуэйн К. (2001). «Дәнекерлеу мен болттарды араластыру, І бөлім». Дәнекерлеу инновациясы журналы. XVIII: 1–2.
  11. ^ Гоглио, Лука; Россетто, Массимо (1999). «Жіңішке металл қаңылтырдың жабысқақ байланысын ультрадыбыстық сынау». NDT & E International. 32 (6): 323–331. дои:10.1016 / S0963-8695 (98) 00076-0.