Войти
Клеевое соединение - это процесс, при котором соединяются два элемента одинакового или разного состава. Он используется вместо или в дополнение к другим методам соединения, таким как механическое закрепление, с использованием гвоздей, заклепок, винтов или болтов и многих сварочных процессов. Использование клея дает много преимуществ перед сваркой и механическим креплением стальных конструкций; тем не менее, все еще существует множество проблем, из-за которых использование адгезивов в стальных конструкционных элементах очень ограничено.
Структурные клеи - это термин, который впервые был введен для описания термореактивных клеев с высоким модулем упругости, используемых в несущих металлических конструкциях. Конструкционные клеи можно использовать для создания несущих швов. Хотя многие клеи, такие как герметики, термоплавкие клеи и даже ленты из акриловой пены, могут выдерживать нагрузки, термин структурный клей обычно используется там, где соединения будут иметь прочность на сдвиг внахлестку более 1450 фунтов на квадратный дюйм. К различным типам конструкционных клеев относятся:
Какой клей использовать, обычно зависит от соединяемых материалов и условий эксплуатации, так как некоторые из них будут работать лучше, чем другие в определенных ситуациях.
Использование клеев вместо механических креплений для соединения двух или более элементов дает множество преимуществ. Некоторые из этих преимуществ включают:
По сравнению с термическими процессами, такими как сварка и пайка, соединение с помощью клея также имеет несколько существенных преимуществ. Некоторые
Структурные клеи также обладают значительным преимуществом из-за их способности соединять композитные материалы, которые постоянно развиваются для увеличения жесткости и снижения веса многих конструкций, особенно в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Значительное количество композитов не соединяются сваркой, а сверление с использованием механического крепления может повредить материал.
Разработка клеев с более высокой прочностью на сдвиг позволила автомобильной промышленности использовать композитные материалы при строительстве автомобилей, автобусов и других транспортных средств. Полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), широко используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности из-за их высокого отношения прочности к весу. Этот материал нельзя сваривать или паять. Использование крепежа потребует сверления или перфорации, которые могут повредить этот материал. Клеи - единственная жизнеспособная альтернатива для соединения CRFP со сталью, алюминием и другими материалами.
Помимо снижения веса автомобиля и поддержания или повышения прочности соединения, использование углепластика, соединенного с металлами с помощью клея, может помочь улучшить усталостную долговечность соединения. Изучение поведения клеевых соединений стали с углепластиком предложило новое соединение, которое соединяет пять стальных элементов с использованием узла углепластика.
В исследовании П. Гальвеза сложный сварной шов заменен узлом из углепластика. Узел был приклеен к стальным балкам. С изменениями конструкции, которые подвергали клеевой шов чистому сдвигу и отсутствовали напряжения отслаивания, которые являются наиболее вредными для всех клеев, новое соединение смогло выдержать все нагрузки, которые будут передаваться через соединение. Исключение сварных швов позволило избавиться от термических циклов, начала и окончания сварки, а также от возможных разрывов сварных швов, таких как подрезы, нахлест и трещины, которые могут значительно снизить усталостную долговечность конструкции.
Все вышеупомянутые преимущества делают соединение клеев очень выгодным во многих областях применения. Однако использование клеев в тяжелых конструкционных сталях не было установлено в основном из-за сомнений инженеров, архитекторов и подрядчиков в отношении несущей способности клеев и их эксплуатационных характеристик в неблагоприятных условиях.
Преимущество сварки как процесса соединения стали заключается в том, что она создает соединение, которое почти всегда прочнее, чем компоненты, которые она соединяет. Вот почему сварка может использоваться для соединения швов сосудов под давлением и для выполнения полных сварных швов с проплавлением на конструктивных элементах, требующих высокой прочности на разрыв. При соблюдении соответствующих процедур сварки соединение будет прочнее основного металла.
Клеи сегодня не могут обеспечить такую прочность сварного соединения, которое обычно имеет минимальную прочность на разрыв 60 000 фунтов на квадратный дюйм и выше. Однако есть много применений в стальных конструкциях, где использование клея было бы приемлемым. Часто сварные соединения не требуют полной прочности присадочного металла. В других случаях, например, в случае, когда приложенное напряжение представляет собой растяжение или сжатие, параллельное оси сварного шва, прочность сварного шва не учитывается при проектировании.
Существенным преимуществом склеивания клеем вместо сварки является то, что не выделяется достаточно тепла для создания каких-либо нежелательных эффектов из-за циклического нагрева. Сварка создает неравномерное расширение и сжатие металла шва и основного металла. Этот цикл расширения и сжатия может создать несколько проблем, включая деформацию, охрупчивание зоны термического влияния и остаточные напряжения. Всего этого нет, как в рассмотренном выше случае, когда сварное соединение было заменено узлом из углепластика.
Основные проблемы, связанные с заменой сварки или механического крепления клеями, связаны с долговечностью клеевых соединений в неблагоприятных условиях. Разница в прочности хорошо известна и может быть устранена с помощью правильного проектирования и знания, когда не следует использовать клеи. Однако знание того, как клей будет вести себя в различных условиях эксплуатации, остается областью с определенной степенью неопределенности. При рассмотрении вопроса о целесообразности использования клея необходимо учитывать следующие переменные.
Еще одна проблема, которую следует учитывать при рассмотрении вопроса о замене сварки или механического крепления клеевым соединением, - это время, которое требуется для того, чтобы клей смог удерживать детали на месте без необходимости их удержания на месте с помощью приспособлений, зажимов или других устройств. Клеям требуется определенное время с момента их нанесения до того момента, когда с ними можно будет работать без смещения соединяемых частей. Это означает, что как только клей наносится на соединяемые элементы, детали должны удерживаться на месте до тех пор, пока клей не достигнет своей прочности при обращении (прочность в сыром виде). Это может значительно увеличить время изготовления. Детали, соединенные сваркой, в большинстве случаев можно обрабатывать сразу.
Использование клея для соединения стали все шире, но используется в основном для очень тонких профилей. Что касается тяжелой конструкционной стали, она в основном используется в качестве дополнения к другим процессам соединения, таким как сварка и установка болтов. Однако его использование не регулируется кодом, поэтому многие инженеры и дизайнеры уклоняются от его использования. Структурные нормы и правила позволяют использовать другие процессы соединения, но возлагают ответственность за разработку, тестирование и утверждение такой процедуры соединения на ответственного инженера.
Задача инженера - найти достаточно данных, касающихся клеев и их конкретного применения. Инженеры, которые в значительной степени полагаются на руководство AISC для стальных конструкций и AWS D1.1 в качестве руководства, обнаружили, что слово «клей» встречается только три раза в 604-страничном Кодексе по сварке конструкций AWS D1.1 / D1.1M: 2015. - Сталь и только как часть названия эталонного стандарта (AWS A3.0, Стандартные сварки Термины и определения, включая условия для клеевых Bonding, Пайка, Пайка, термической резки и термического напыления). Слово «клей» ни разу не встречается в Спецификации ANSI / AISC 360-16 для зданий из конструкционной стали. В этой спецификации изложены требования к проектированию, а также требования к изготовлению и возведению стальных зданий.
Из-за этой ответственности и потенциальной ответственности клеи в конструкционной стали используются нечасто. Даже в том случае, когда его можно использовать в сочетании с механическим креплением, как в случае болтов, вычисление общей несущей способности соединения не так просто, как сложение несущей способности клея и болтов. Это похоже на смешивание сварных швов с болтами в конструктивных соединениях. Предположение, что прочность соединения является суммой отдельных компонентов, не консервативно и может оказаться катастрофическим.
Другие проблемы существуют с использованием клеев в конструкционной стали, некоторые из них включают:
