Использование клея в применении конструкционной стали

Клейкая связь - это процесс, посредством которого объединяются два члена равной или разнородной композиции. Он используется вместо или дополняет другие методы соединения, такие как механический пост используемыми гвоздями, заклепками, винтами или болтами и многими процессами сварки. ^{[ 1 ]} Использование клея обеспечивает много преимуществ по сравнению с сваркой и механическим креплением в стальной конструкции; Тем не менее, все еще существует много проблем, которые сделали использование клея в компонентах конструкционной стали очень ограниченным.

Типы структурных клея

Структурные клеев-это термин, который впервые был введен в описанные терморевно-клеевые клеевые с высоким модулем эластичности, используемой в металлических структурах с нагрузкой. ^{[ 2 ]} Структурные клеев могут использоваться для создания суставов с нагрузкой. Хотя многие клей, такие как герметики, жаркие клеевые клеевые и даже акриловые пены, могут нести нагрузки, термин структурный клей обычно используется там, где суставы будут иметь прочность на сдвиг круга, превышающую 1450 фунтов на квадратный дюйм. ^{[ 3 ]} Различные типы структурных клеев:

Эпоксидные
Ужесточенные акрилы
Полиуретаны
Цианоакрилаты
Анаэробная
Фенольные
Винилацетаты

Какой клей для использования обычно основан на соединенных материалах и условиях обслуживания, поскольку некоторые будут работать лучше, чем другие в определенных ситуациях.

Преимущества

Существует много преимуществ использования клея вместо механических крепежных элементов для объединения двух или более членов. ^{[ 4 ]} Некоторые из этих преимуществ включают в себя:

Способность клея равномерно распределять нагрузки по всей линии связи, в то время как механические застежки генерируют области более высокой концентрации напряжения.
Устраняет дорогостоящую работу буровых или ударов в удары в членах, которые должны быть подключены.
Снижение веса и лучшая эстетика

По сравнению с тепловыми процессами, такими как сварка и пая, соединение с клеями также имеет несколько значительных преимуществ. Некоторые

Простота присоединения к разнородным металлам
Нет искажений или борьбы с частями из -за теплового входа
Снижение дополнительных операций, таких как шлифование и полировка
Значительно меньше навыков требуется по сравнению с сваркой и пайками

Структурные клеевые также представляют существенное преимущество благодаря их способности соединять композитные материалы, которые постоянно развиваются для повышения жесткости и снижения веса во многих структурах, особенно в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Значительное количество композитов не подлежит объединению сварки, а бурение для использования механического крепления может повредить материал. ^{[ 5 ]}

Разработка клеев с более высокой прочностью сдвига позволила автомобильной промышленности воспользоваться композитными материалами при строительстве автомобилей, автобусов и других транспортных средств. Полимеры, усиленные углеродным волокном (CFRP), широко используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности из-за их высокого соотношения прочности к весу. Этот материал не может быть сварен или приготовлен. Использование крепежа потребует бурения или удара, что повредит этому материалу. Клей - единственная жизнеспособная альтернатива для соединения CRFP к стали, алюминиевым и другим материалам.

Помимо снижения веса транспортного средства и поддержания или увеличения силы сустава, использование CFRP, соединенного с металлами с клеями, может помочь улучшить усталость срока службы сустава. Исследование поведения клеяных суставов стали с CFRP предложило новый соединение, которое соединяет пять стальных элементов с использованием узла CFRP. ^{[ 6 ]}

Благодаря изменениям дизайна, которые поместили бы клейкий сустав под чистым сдвигом и без напряжений пили, которые являются наиболее вредными для всех клея, новый сустав смог поддерживать все нагрузки, которые будут переданы через сустав. Устранение сварных швов избавилось от тепловых циклов, запуска и остановки сварного шва, а также возможные разрывы сварного шва, такие как подрез, перекрытие и трещины, которые могут серьезно снизить срок службы конструкции.

Все вышеупомянутые преимущества делают объединение с клеями во многих приложениях. Тем не менее, использование клеев в приложениях тяжелой конструкционной стали не было установлено, главным образом, из -за сомнений инженеров, архитекторов и подрядчиков относительно возможностей нагрузки клея, а производительность являются неблагоприятными условиями. ^{[ 7 ]}

Преимущество сварки как процесса соединения для стали заключается в том, что она создает связь, которая почти всегда сильнее, чем компоненты, которые он соединяет. Вот почему сварка может быть использована для соединения швов сосудов под давлением и использовать для выполнения полных сварных швов проникновения суставов на структурных компонентах, которые требуют высокой прочности на растяжение. Пока соблюдаются адекватные процедуры сварки, соединение будет сильнее базового металла.

Клей сегодня не может обеспечить прочность, которую может сваренный сустав, который обычно имеет минимальную прочность на растяжение 60 000 фунтов на квадратный дюйм и выше. Тем не менее, в стальной конструкции есть много применений, где использование клея было бы приемлемо. Много раз суставы, сварные, не нуждаются в полной прочности металла наполнителя. В других случаях, как и в случае, когда приложенное напряжение - это натяжение или сжатие, параллельное оси сварного шва, прочность сварного шва не является конструктивным соображением. ^{[ 8 ]}

Значительным преимуществом связи с клеями вместо сварки является то, что не хватает тепла, создаваемого каких -либо нежелательных эффектов из -за термического велосипеда. Сварка создает неоднородное расширение и сокращение металла сварного шва и основного металла. Этот цикл расширения и сокращения может создать несколько проблем, включая искажение, охлаждение зоны воздействия на тепло и остаточные напряжения. ^{[ 9 ]} Все это не присутствует, как в случае, обсуждаемого выше, где сварной сустав был заменен узлом CFRP.

Проблемы

Основные проблемы с заменой сварки или механического крепления на клеи связаны с долговечностью клейчно связанных суставов в неблагоприятных условиях. Разница в силе хорошо известна и может управляться с помощью надлежащего дизайна и знания, когда не используют клеевые. Однако знание того, как клей будет вести себя в различных условиях обслуживания, остается областью с определенной степенью неопределенности. Следующие переменные должны быть приняты во внимание при рассмотрении вопроса о том, является ли использование клея жизнеспособным вариантом.

Условия обслуживания - это включает в себя температурный диапазон, влажность, использование в помещении/на открытом воздухе, воздействие ультрафиолетовых лучей
Устойчивость к химическим веществам - будет ли сустав вступить в контакт с химическими веществами, которые могут влиять на структурную целостность связи (т.е. нефть, бензин, кислоты и т. Д.)
Механические проблемы - будет ли связанный сустав подвергаться воздействию истирания, удара, вибрации, усталости. Тепловые циклы также рассматриваются здесь.
Тип напряжения и величина (сдвиг, растяжение, сжатие и т. Д.) ^{[ 5 ]}

Еще одна проблема, которую следует учитывать при замене сварки или механического крепления на клейкую связь, - это время, которое требуется для того, чтобы клей мог иметь возможность удерживать детали на месте без необходимости удерживать приспособления, зажимы или другие устройства. Клей требует определенного количества времени, когда они будут нанесены, пока они не могут быть обработаны без соединенных деталей, которые не будут перемещены неуместными. Это означает, что, как только клей применяется к присоединяемым членам, детали должны удерживать на месте до тех пор, пока клей не достигнет своей силы обработки (зеленая сила). Это может добавить значительное количество времени к процессу изготовления. Части, соединенные сваркой, могут быть обработаны в большинстве случаев.

Использование клея для соединения стали увеличивается, но он используется в основном на очень тонких участках. При просмотре тяжелой конструкционной стали в основном используется дополнение к другим процессам соединения, такими как сварка и болтинг. Тем не менее, его использование не регулируется кодом, так много инженеров и дизайнеров уклоняются от его использования. Структурные коды позволяют использовать другие процессы соединения, но это делает ответственность инженера, ответственного за разработку, тестирование и утверждение такой процедуры соединения.

Задача инженера становится нахождением достаточного количества данных, связанных с клеями и их конкретным применением. Инженеры, которые в значительной степени полагаются в Руководство по AISC для стальной конструкции и AWS D1.1 для руководства, обнаружили, что слово «клей» появляется только три раза в 604-страничном длинном AWS D1.1/D1.1m: 2015. - Сталь и только как часть заголовка эталонного стандарта (AWS A3.0, Стандартные сварки термины и определения, включая термины для клейкого соединения, пайки, паяль, тепловой резки и термического Распыление). Слово «клей» не появляется ни разу в спецификации ANSI/AISC 360-16 для зданий конструкционной стали. В этой спецификации указываются требования к проектированию, а также требования к изготовлению и эрекции для строительства стальных зданий.

Из -за этой ответственности и потенциальной ответственности клеев в конструкционной стали не используются очень часто. Даже в случае, когда его можно использовать в сочетании с механическим креплением, как и случаи болтов, расчет общей емкости соединения не так проста, как добавление несущей грузоподъемности клея и болтов. Это похоже на смешивание сварных швов с болтами в структурных соединениях. Предполагая, что сила связи является суммой отдельных компонентов не является консервативной и может оказаться катастрофическим ^{[ 10 ]}

Другие проблемы

Существуют другие проблемы с использованием клея в структурной стали, некоторые из них включают:

Необходимо перекрывать материал, который требует большего материала по сравнению с прикладными соединениями.
Инспекция может быть сложной - визуальный осмотр чрезвычайно ограничен, и NDE обычно требует использования ультразвукового тестирования. ^{[ 11 ]}
Поверхностная подготовка для использования клея может усложняться в поле, где материал подвергается воздействию элементов и может развивать слои ржавчины и оксида относительно быстро.
Добавлено время для лечения - некоторые клеевые требуют длительного времени отверждения, которое может остановить или задержать производство.

Ссылки

^ Pocius, Alphonsus (2012). Технология адгезии и клея: введение . Hanser Publications. С. 1–2. ISBN 978-1-56990-511-1 .
^ Разработано подкомитетом: D14.04 (2015). ASTM D 907 Стандартная терминология клея . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. {{cite book}}: CS1 Maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ «Что такое структурный клей» . www.twi-global.com .
^ Henkel Corporation Engineering Adhesives. «Руководство по проектированию для склеивания металлов» (PDF) . www.henkelna.com/loctite .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Подразделение промышленных клеев и кассет (2012). «Выбор и использование структурного клея» (PDF) .
^ Галвеса, Педро; Кесада, Алехандро; Мартинес, Мигель Ангел; Абеноджар, Хуана; Боада, Мария Иисус Л.; Диас, Висенте (2017). «Изучение поведения клейких суставов стали с CFRP для его применения в конструкциях шины» . Композиты Часть B: Инжиниринг . 129 : 41–46. doi : 10.1016/j.compositesb.2017.07.018 . HDL : 10016/25348 .
^ Ciupack, Yvonne; Пастернак, Хартмут; Шил, Мануэль; Ince, Erdeniz (2014). «Клейкие соединения в стальных конструкциях» . Стальная конструкция . 7 (3): 178–182. doi : 10.1002/stco.201410029 .
^ D1.1/D1.1m: 2015 Структурный код сварки - сталь . Американское сварочное общество. 2015. С. 17, Таблица 2.3.
^ Минимизация искажения плюс проверенные методы выпрямления искаженных членов Omer Blodgett , Sc.D., PE, Duane K. Miller, Sc.D., PE (The Lincoln Electric Company)
^ Миллер, Дуэйн К. (2001). «Смешивание сварных швов и болтов, часть I». Журнал сварки инноваций . XVIII : 1–2.
^ Гольо, Лука; Россетто, Массимо (1999). «Ультразвуковое тестирование клеяных связей тонких металлических листов». NDT & E International . 32 (6): 323–331. doi : 10.1016/s0963-8695 (98) 00076-0 .

[1] Pocius, Alphonsus (2012). Технология адгезии и клея: введение . Hanser Publications. С. 1–2. ISBN 978-1-56990-511-1 .

[2] Разработано подкомитетом: D14.04 (2015). ASTM D 907 Стандартная терминология клея . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. {{cite book}}: CS1 Maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[3] «Что такое структурный клей» . www.twi-global.com .

[4] Henkel Corporation Engineering Adhesives. «Руководство по проектированию для склеивания металлов» (PDF) . www.henkelna.com/loctite .

[Industrial_Adhesives_and_Tapes_Division_2012-5] Jump up to: ^а ^{беременный} Подразделение промышленных клеев и кассет (2012). «Выбор и использование структурного клея» (PDF) .

[6] Галвеса, Педро; Кесада, Алехандро; Мартинес, Мигель Ангел; Абеноджар, Хуана; Боада, Мария Иисус Л.; Диас, Висенте (2017). «Изучение поведения клейких суставов стали с CFRP для его применения в конструкциях шины» . Композиты Часть B: Инжиниринг . 129 : 41–46. doi : 10.1016/j.compositesb.2017.07.018 . HDL : 10016/25348 .

[7] Ciupack, Yvonne; Пастернак, Хартмут; Шил, Мануэль; Ince, Erdeniz (2014). «Клейкие соединения в стальных конструкциях» . Стальная конструкция . 7 (3): 178–182. doi : 10.1002/stco.201410029 .

[8] D1.1/D1.1m: 2015 Структурный код сварки - сталь . Американское сварочное общество. 2015. С. 17, Таблица 2.3.

[9] Минимизация искажения плюс проверенные методы выпрямления искаженных членов Omer Blodgett , Sc.D., PE, Duane K. Miller, Sc.D., PE (The Lincoln Electric Company)

[10] Миллер, Дуэйн К. (2001). «Смешивание сварных швов и болтов, часть I». Журнал сварки инноваций . XVIII : 1–2.

[11] Гольо, Лука; Россетто, Массимо (1999). «Ультразвуковое тестирование клеяных связей тонких металлических листов». NDT & E International . 32 (6): 323–331. doi : 10.1016/s0963-8695 (98) 00076-0 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]