Klejenie kontra inne technologie połączeń
Wady tradycyjnych metod łączenia
Tradycyjne metody łączenia kiedyś również były nowe. Jeszcze niedawno spawanie uważane było za nowoczesną technologię (wieża Eiffla jest nitowana). …
Spawanie
Spawanie jest znakomitym sposobem łączenia metali, jednak :
· wprowadza naprężenia spawalnicze, które powodują odkształcenie cienkich elementów (np. cienkie blachy, tuleje),
· nie można spawać niektórych zestawień metali i materiałów !!! (np. aluminium ze stalą nierdzewną, stal z drewnem, itp.),
· przy łączeniu aluminium i stali nierdzewnych wymaga się stosowania osłony gazów obojętnych,
· niszczy powłokę galwaniczną na blasze ocynkowanej i powoduje wydzielanie trujących gazów,
· są trudności w spawaniu miedzi ze względu na odprowadzanie ciepła,
· spawanie żeliwa rzadko daje dobre efekty bez dodatkowej obróbki cieplnej lub stosowania specjalnych elektrod.
Nitowanie
Nitowanie, szczególnie za pomocą nitów jednostronnie zrywanych ma wielu zwolenników, jednak :
· powoduje nierównomierny rozkład naprężeń, w miejscach łączenia nitów powstają spiętrzenia naprężeń,
· nie zapewnia szczelności,
· aluminium nity zwykle wyrywają rodzimy materiał, powodują rozbijanie otworów pod nitami,
· nie zabezpiecza przed korozją bimetaliczną.
Lutowanie
Lutowanie przypomina klejenie, jednak :
· lutowanie lutem miękkim daje spoinę niewiele mocniejszą niż kleje strukturalne,
· nie wszystkie materiały dają się lutować.
Łączenie śrubami
Jest powszechnie stosowaną techniką, ale :
· łączniki śrubowe są kosztowne,
· nie zapewnia szczelności,
· nie zabezpiecza przed korozją bimetaliczną.
Zgrzewanie
· wymaga stosowania specjalnych urządzeń,
· trudno jest uzyskać szczelne połączenie,
· zgrzewanie punktowe powoduje spiętrzenia naprężeń.
Połączenia wciskowe
· przy małych grubościach elementów nie dają wystarczających sił mocujących,
· powodują zniekształcenia elementów,
· szczelność jest trudna do uzyskania,
· konieczna jest dokładna dodatkowa obróbka powierzchni,
· osiągany jest zwykle mały udział nośny (rzadko powyżej 30%)
Wady i zalety klejenia.
| Silne strony | Słabe strony. |
| 1. Wytrzymałość – klejenie skutecznie konkuruje ze spawaniem, nitowaniem itp. 2. Uniwersalność – można kleić wiele materiałów, nieraz sprawiających trudności w łączeniu innymi metodami, jak łączenie metali ze szkłem lub tworzywami sztucznymi. 3. Możliwość łatwego łączenia grubych elementów z cienkimi. 4. Złącze klejowe nie powoduje korozji bimetalicznej, np. przy łączeniu metali o różnych potencjałach elektrochemicznych, jak miedź i jej stopy ze stalą. 5. Nie wprowadza naprężeń. 6. Nie narusza struktury łączonych materiałów, jak np. spawanie, zgrzewanie, nitowanie. 7. W złączu klejowym pod obciążeniem naprężenia są równomiernie rozłożone – nie ma zjawiska koncentracji naprężeń. 8. Wytrzymałość na uderzenia i wibracje. 9. Poprawia sztywność złącza. 10. Konstrukcja klejona jest lżejsza niż wykonana inną technologią. 11. Estetyka – klejenie można wprowadzać jako końcowy etap obróbki, po pokryciu części np. powłokami galwanicznymi. 12. Szczelność – klejenie spełnia wymagania szczelności bez szkody dla swojej podstawowej funkcji. 13. Uproszczenie konstrukcji – można uzyskiwać bardziej złożone kształty przy mniejszym nakładzie pracy, np. forma odlewnicza, skrzynia itp. 14. Nie wymaga dodatkowych zabiegów obróbczych. 15. Automatyzacja procesów – do dozowania klejów wystarczają często proste urządzenia. 16. Koszty – jest to zwykle najtańsza metoda wytwarzania. |
1. Niska wytrzymałość termiczna – najczęściej do 200°C.2. Ze względu na niższą wytrzymałość kleju niż metali należy uwzględnić rozwinięcie powierzchni (schropowacenie).3. Szkodliwość substancji chemicznych powoduje konieczność stosowania zabezpieczeń ochronnych.4. Przygotowanie powierzchni – piaskowanie, odtłuszczanie, trawienie są często uważane za uciążliwe operacje.5. Anizotropowość.6. Trudny demontaż w niektórych przypadkach. 7. Czas wiązania – jest niewątpliwie rygorem, który należy uwzględnić w projektowaniu procesu technologicznego. Niemniej często klejenie okazuje się szybsze niż wiele tradycyjnych technologii (np. klejenie blach, montaż mebli metalowych, wklejanie elementów cylindrycznych, itd.). |
Zalety metody łączenia metali i tworzyw sztucznych za pomocą klejenia należy rozpatrywać pod trzema zasadniczymi względami.
1) Najważniejsze i najbardziej zasadnicze jest zagadnienie wytrzymałości połączenia. Części klejone wykazują wytrzymałość zbliżoną do wytrzymałości materiału rodzimego (tworzywa). Siły działające w konstrukcjach klejonych przenoszone są przez całą powierzchnię klejenia i ta równomierność ich rozkładu stawia wyżej konstrukcje łączone za pomocą klejenia od konstrukcji nitowanych czy też spawanych. Wielkie znaczenie ma również to, że przy klejeniu istnieje ciągłość pracującej powierzchni i nie zachodzi zmniejszenie jej przez otwory, jak to ma miejsce w przypadku nitowania.
2) W przypadku konstrukcji klejonych nie ma obawy powstawania korozji w czasie eksploatacji. Nawet w przypadku takich zestawień, jak łączenie stopów aluminium ze stopami miedzi, nie należy obawiać się korozji, co ułatwia również dobór materiałów w konstrukcjach warstwowych, oraz przy stosowaniu pokryć przeciwoblodzeniowych ogrzewanych elektrycznie.
3) Następny aspekt jest natury ekonomicznej- mała pracochłonność metod klejenia oraz prostota środków oprzyrządowania. Następstwem tego jest znaczne zmniejszenie kosztów w stosunku do innych metod wymagających bardziej złożonego wyposażenia produkcyjnego. Ważną zaletą ekonomiczną klejenia jest to, że można kleić metale o dużej chropowatości, niedokładnościach wykonania, co eliminuje dodatkowe obróbki i zmniejsza czas wykonania. Klejenie metali obniża ciężar konstrukcji, co ma ogromne znaczenie w lotnictwie.
autor artykułu: Marek Bernaciak