Bevezetés a ragasztásba
A szerkezeti részek kötésénél a ragasztóanyag segítségével végzett illesztés előnyöket mutat a mechanikus eljárásokkal szemben. A ragasztóanyagok a terheléseket és a feszültségeket a teljes illesztési felületre osztják el, ezáltal a statikus és dinamikus terhelések egyenletesebb eloszlását érik el, ahelyett, hogy ezek erősen igénybevett pontokra koncentrálódnának. Emiatt a ragasztott kötések jobban ellenállnak a hajlító- és vibrációs terheléseknek, mint pl a szegecskötések
A ragasztóanyagok a ragasztott kötéseket egyúttal tömíthetik is, így megelőzhetik azt a korróziót, ami a mechanikus kötéseknél viszont bekövetkezhet. A ragasztóanyagok megkönnyítik a rosszul illeszkedő felületek kötését és így egyszerűbb kötést biztosítanak az alkatrészek méreteinek vagy geometriájának csekély változtatásával (vagy anélkül).
A ragasztóanyagok alkalmazásakor természetesen néhány tényezőt figyelembe kell venni. A ragasztóanyagnak például alkalmazkodnia kell az alkalmazott szerkezeti anyagokhoz és a gyártási eljáráshoz, ezen túl közvetítenie kell a várható üzemi terheléseket, és meg kell felelnie a működési feltételeknek. Ügyelni kell a felület előkészítésre, a felhordási eljárásra és a kikeményítő rendszerekre - mint ahogy figyelembe kell venni ragasztásnál az időtényezőket és a költségvonzatokat is.
Síkfelületek illesztése
A három legfontosabb kötéstípus a következő:
Mechanikus kötés - csavarokkal és szegecsekkel
Termikus kötés - hegesztéssel, kemény- és lágyforrasztással
Kötés vegyi úton - ragasztóanyagokkal
A mechanikus kötés
A csavarkötés ideális kötési mód, ha a kötés gyakori, problémamentes oldására van szükség. A csavarkötések ezenkívül rendszerint nagyon megbízhatóak. Bizonyos körülmények között azonban kilazulhatnak.
Csavar- és szegecskötéseknél furatokat kell készíteni, melyek a szerkezetek gyengüléséhez vezetnek.A furatok környezetében feszültségcsúcsok alakulnak ki, ha a kötést terheléseknek tesszük ki. Ez egyes esetekben az anyag idő előtti kifáradásához vezethet. Emiatt ilyen kötőelemek alkalmazása esetén az anyagvastagságot növelni kell, azért, hogy biztosítva legyen a szükséges stabilitás. Ezen túlmenően a csavar- ill. szegecsfuratok a korrózió veszélyét s növelik. Ezért gyakran szükség van járulékos tömítésre vagy a szerkezeti anyag védelmére, ami többnyire bonyolult és költséges eljárás. Ha eltérő fémekből épül fel a kötés, a kontaktkorrózió és az eltérő hőtágulás veszélye is fennáll.
Termikus kötés
Hegeszteni vagy forrasztani általában csak hasonló szerkezeti anyagokat lehet. Ezeket a kötéseket vagy nem, vagy csak nagy nehézségek árán lehet oldani. A hegesztési és forrasztási műveletek során nagyon magas hőmérséklet alakul ki, amely nemkívánatos feszültségeket okoz, és aminek a szerkezeti elem meghibásodása és a fém szövetszerkezetének a károsodása lehet a következménye.
Ragasztott kötések
A ragasztott kötések növelik a konstrukciós mozgásteret, mivel az alábbi előnyöket nyújtják:
- Egyenletes feszültségeloszlás: a furatoknál jelentkező feszültségcsúcsok elmaradnak
- A szerkezeti anyagok nem károsodnak: Az anyagok tulajdonságai nem csorbulnak, mint ahogy az a hegesztésnél előfordulhat
- Az illesztett alkatrész nem vetemedik: mivel az alkatrészek nincsenek felhevítve, mint hegesztésnél, eltérő tömegű és nagyságú elemek gond nélkül illeszthetők
- Eltérő szerkezeti anyagok kombinációja: lehetővé teszi a konstruktőrök számára az anyagok olyan kiválasztását és kombinálását, hogy azok tulajdonságait optimálisan kihasználják
- Osztósík tömítése: a ragasztóanyagok tömítőanyagként is hatnak. A csavar- és szegecskötések gyakran tömítést is igényelnek - ez járulékos munkát és költséget jelent
- Szigetelés: eltérő elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkező fémek illeszthetők. Korrózió, súrlódási erózió, kifáradási korrózió nem alakul ki
- Kevesebb szerkezeti elem: csapok, csavarok, szegecsek, szorító elemek válnak feleslegessé
- Esztétikusabb termékmegjelenés: a ragasztott kötések zártabb megjelenési képet nyújtanak. Ellentétben a hegesztett varratokkal a kötési helyek illesztés után többé nem láthatóak. Ez az előny a konstruktőrök számára számtalan lehetőséget biztosít a termékek megjelenésének javításához
Konstrukciós megfontolások ragasztott kötéseknél
A ragasztott kötések szilárdságát és tartós ellenálló képességét elsősorban az alábbi paraméterek befolyásolják:
- Ragasztóanyag
- Szerkezeti anyag
- Működési feltételek
- Ragasztási hézag geometriája
- Terhelés
A ragasztóanyag fizikai és kémiai tulajdonságai meghatározzák a ragasztott kötésekben a tapadó képességet és a belső szilárdságot. Ugyanúgy erősen függ a ragasztóanyag fajtájától a tartós ellenálló képesség is. Az eltérő ragasztóanyag-technológiák nem csupán eltérő szilárdsági osztályok és rugalmassági modulusok, hanem a legjobb tapadási tulajdonságok kiválasztását is lehetővé teszik.
Gyakran a szerkezeti anyag fajtája és felületminősége jelenti az elsődleges kiválasztási szempontot az optimális ragasztóanyag vagy a ragasztási hézag kialakításának vonatkozásában; de a szerkezeti elemek merevsége és mechanikai tulajdonságai is fontos kritériumai a legalkalmasabb ragasztóanyag kiválasztásának.
A ragasztott kötés működési feltételei (hőmérséklet, vegyszerek/oldószerek, nedvesség, stb) közvetlenül befolyásolják a ragasztóanyag kiválasztását. A tartós ellenálló képesség vonatkozásában a működési feltételek és a ható erők jelentik a legfontosabb paramétereket.
A kiválasztott ragasztóanyag optimális alkalmazása szempontjából a ragasztási hézag kialakítását tekintjük a legfontosabb paraméternek. A kialakítást a ragasztóanyag korlátaihoz kell igazítani (pl. átkeményedés mélysége, hézagkitöltés, stb) és messzemenőkig optimalizálni, a ragasztott kötés számára káros terheléseket (ütő és lefejtő igénybevétel) el kell kerülni.
Erők és a keletkezett igénybevételek
A ragasztott kötésekre ható erők a feszültségek különböző fajtáit idézik elő, melyeket rendszerint N/mm2-ben adunk meg. tisztán húzó- és tisztán nyomó igénybevétel esetén a ragasztási hézagban nagyon egyenletes a feszültségeloszlás. Így a ragasztási felület mindegyik részére ugyanaz a terhelés hat, és a feszültségek számításakor egyszerűen az erő nagyságát osztjuk a ragasztási felülettel. A valóságban csak nagyon ritkán lép fel tisztán húzó- és tisztán nyomó igénybevétel, gyakrabban jelennek meg nyíró-, ütő- és lefejtő igénybevételek. A ragasztási hézagban az ebből adódó feszültségeloszlás nem egyenletes, és ezért a kötés egy meghatározott helyén nehezebb kiszámítani az értékét. A nyíró igénybevételek oly módon oszlanak meg a ragasztási hézagban, hogy feszültségcsúcsok alakulnak ki. A ragasztás végeinek nagyobb terheléseket kell elviselniük, mint a középső résznek. Ha a ragasztott kötés ütő-, vagy lefejtő igénybevételnek van kitéve, a terhelés legnagyobb része az egyik végpontra koncentrálódik.
Az optimális ragasztási hézag kialakításának célja a homogén feszültségeloszlás elérése. Ezért a tervezőknek jól kell ismerniük azt, hogy erőhatáskor hogyan alakul a feszültségeloszlás a ragasztási hézagban. Ragasztott kötések tervezésekor bizonyos irányvonalakat szem előtt kell tartani.
Az ütő és lefejtő igénybevételt a lehető legkisebbre kell csökkenteni, a ragasztási felületet a lehető legnagyobbra kell növelni!
Egy további egyszerű, de nagyon fontos lehetőség a ragasztott kötés javítására, vagy a konstrukció olyan megváltoztatására, hogy alkalmassá váljon a ragasztásra, az, hogy a ragasztási felületet megnöveljük. Gyakran olyan kicsi a ragasztási felület, hogy túl nagy lefejtő- vagy ütőterhelés alakul ki. A szerkezeti elemek és a ragasztóanyag minősége befolyásolja a ragasztott kötések szakítóterhelését. Általánosan érvényes: minél merevebb egy alkatrész, annál kisebb a ragasztási hézag geometriájának hatása a ragasztás szilárdságára.
Átlapolt ragasztási hézag optimalizálása
Az excentrikus erőhatások kialakulását el kell kerülni: Az egyszeresen átlapolt ragasztott kötés több szempontból nem mutat egyenletes nyírófeszültség-eloszlást. Egyik okát ennek az excentrikusan támadó erők jelentik, melyek az ilyen kötésnél hajlító nyomatékot hoznak létre. Ez a hajlító nyomaték további húzófeszültségeket ébreszt, különösen a ragasztási hely végpontjainál.
A ragasztási hézag szélességének növelése: A tangenciális feszültség eloszlását a ragasztási hézag szélesebbé tétele nem befolyásolja. Ez azt jelenti, hogy az átlapolt kötések szakítóterhelése a ragasztási hézag szélességével arányosan növekszik, vagyis a kétszer akkora ragasztási hézagszélesség a szakítóterhelés megduplázódását okozza.
Az átlapolás optimalizálása: Az illesztés átlapolásának optimalizálása nem egyszerűen azt jelenti, hogy a ragasztási hézagot a lehető legnagyobb mértékben meghosszabbítjuk, hiszen a szakítóterhelés nem nő arányosan a ragasztási hézag hosszával vagy a ragasztási felülettel. A nyíró igénybevétel eloszlási görbéjéből látható, hogy a ragasztás végpontjai nagyobb igénybevételt állnak ki, mint a ragasztási hézag középső része. Ha jelentősen megnöveljük az átlapolási hosszt, az valószínűleg csak csekély, vagy egyáltalán semmilyen hatást sem gyakorol a szakítóterhelésre. Ez arra vezethető vissza, hogy a ragasztási hézag az átlapolás végpontjain - ott, ahol a ragasztóanyag tapadási- vagy kohéziós szilárdságát túllépjük - kezd megtörni. Az átlapolási hossz növelésével a tangenciális feszültség átlagértéke csökken, és ez a szakítóterhelés aránytalan növekedéséhez vezet. Ha nagyobb ragasztási felületekre van szükség a terhelések viseléséhez, célszerűbb inkább a ragasztási hézag szélességének, mint az átlapolás hosszának növelése
Ragasztóréteg vastagsága: Nagyobb ragasztóanyag-rétegvastagsággal a ragasztott kötések a nyíró igénybevételekkel szemben rugalmasabb viselkedést mutatnak. A vastagabb ragasztóanyag-réteg a nyíróterhelést nagyobb területen osztja szét. Ez a ragasztóanyag kisebb fajlagos deformálódását eredményezi, és ezért a feszültségcsúcsok csökkenéséhez vezet. Ez hasonló egy kisebb E-modullal rendelkező ragasztóanyag alkalmazásához; mindkét esetben rugalmasabb ragasztott kötés jön létre.