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螺栓粘贴:专用感应器的移动式感应装置

时间: 2011-06-24 22:09 来源: 作者: Chiristian Lammel点击:
凡是必须连接大面积薄壁组件的地方,点式固定元件如螺栓都非常抢手。不仅建筑业中的铺板是这样,轨道车辆制造业或者汽车制造业中也是这样。某些型号的汽车车身上需要有数百个紧固螺栓。

最近几十年来,采用升降点火的栓柱法已经发展为此类固定件的标准连接技术,而且已经具有很高的技术成熟度。在传统的钢结构上,栓柱焊接技术由于过程时间只有几个毫秒,而且由于费用低,目前仍未遇到真正的竞争。

不过,如今的制造过程都处于极大的时间和费用压力之下,而且必须满足额外的要求,如减少零件重量,因而致使新材料所占的份额在不断升高,如高强度钢材,铝和纤维加强的塑料等。对于这些只能有限的焊接或都根本不能焊接的材料,必须研制出新的螺栓连接技术,这些技术必须能够同样满足手工业和工业中要求极高的负荷规定。作为与材料无关的连接技术,螺栓粘贴技术在本文描述的用途中今后将扮演重要的角色。


感应装置可以迅速产生为螺栓粘贴所需要的加热

在大多数情况下,人们对粘贴的连接技术一开始总是抱有很大的怀疑,其原因一是在于广告保证说万能胶万能通用(其实不可能存在),但也有另外一个原因,大多数人自己使用这种连接技术时已经取得了不好的经验,比如自己浴室里粘贴的毛巾钩掉下来了。

与此相反,事实上是,如今最高技术水平的汽车在行驶功率和舒适度方面,没有粘贴技术,没有在汽车车身结构中粘贴在涂过油的钢板上的粘贴技术,那是不可想象的。因此,从粘贴连接技术对外形象中的这种矛盾现象可以得出结论说,重要的是在考虑到连接部件表面性状情况下找到正确的粘合剂,或者确切地说是找到正确粘合系统,制定合适的工艺过程,以便能够把粘贴技术顺利整合到现有的过程中。

粘贴过程在秒的范围内完成

这一点特别适用于螺栓粘贴技术,因为这种技术除了采用合适的粘贴剂之外,因为粘贴剂与粘贴技术上最佳的螺栓有直接的配合关系,还必须在秒的范围内完成粘贴过程,这样才能具有抗争能力。采用粘附性粘合剂可以达到这样极短的过程时间,但粘附性粘合剂往往不具备所要求的性能,或者利用粘性反应型粘合剂,这种材料在要求的节拍时间内,通过过程辅助手段至少可以达到继续加工所要求的强度。

通过一系列的广泛试验发现,最好的方法是利用感应技术造成螺栓的迅速起热,把技术上要求甚高的螺栓永久地粘贴在各种不同的表面上。目前在厨房炉灶板上采用的感应技术依据的是导电组件上无接触产生涡流(见图1)。感应生热的过程优点在于,可以在几分之一秒内将极大的热量局部传导到组件上。假如像本例所描述的那样,利用这些热量来使与组件相邻的粘合剂层硬化,这样就可以实现几秒钟的过程时间了。

螺栓粘贴的成功取决于所使用的粘合剂。为了找到合适的粘合剂,必须将所要求的各种性能汇总到一份任务书中。做螺栓粘贴时,任务书包含下列主要要求:几秒钟之内的初始强度;很高的最终强度;粘贴于各种不同的表面(涂过油的,有涂层的);粘贴于不同的材料上;在外部使用时也能长年抗老化;可暂时做在螺栓上;具有足够的仓储稳定性。上述要求取决于相应的用途,据此可相应地补充其它要求或做改动。

用各种各样几何形状的螺栓在各种不同的材料上所做的广泛试验表明,螺栓粘贴原则上可考虑采用表中所列出的粘合剂。假如这些粘合剂可以感应方式进行加热,那么它们就能够满足手工业和大工业中的任务要求。相应正确的粘合系统来自于所要求的用途。

螺栓的加热导致粘合剂形成网状交联

只有在几分之一秒内能够提供初始强度所需要的热量情况下,才能采用前面提到的粘合系统。为了保证这一点,IFF研制出了小型移动式感应装置(图2)以及所属的专用感应器,这种装置可以使用户能够在任意地点进行螺栓粘贴。感应机采用空气冷却,工作电压为230 V,因而对使用地点没有什么特殊要求。涂有粘合剂的螺栓被放进感应器里,螺栓在感应器里自动固定。将螺栓安放在希望粘贴的位置上之后,对螺栓法兰盘进行感应加热,加热时导致粘合剂交联成网状。加热过程之后,将感应器从组件上垂直拿开,螺栓则保留在组件上。

需要的热量取决于粘合剂,而且可根据所需要的过程时间进行测算。热量可以被看作图3中加热曲线下面的面积,它取决于螺栓的几何形状、接通时间以及设备功率。大多数形状的螺栓在几分之一秒的时间内就可以达到需要的额定温度。不过,这并非在任何情况下都是适当的,因为某些粘合剂在这种极快的加热情况下倾向于气泡的形成,由于时间太短,反应速度太快,粘合剂的网状结构可能不会正常的形成。

从粘贴技术上来看,3~4s的加热时间以及由于螺栓较粗(热能较大)导致的冷却延迟,可以促成更好的结果。不过,迅速的初始强度与这种愿望是矛盾的,因为要使螺栓在垂嫔弦材鼙3肿。枰泻芸斓某跏记慷取6捎谡澈霞猎诟呶孪卤仍谑椅孪虑慷让飨员湫。蚨诟霰鹎榭鱿(如重型螺栓)甚至需要将螺栓以及粘合剂放到固定的温度中,也就是说比如利用压缩空气进行冷却。

今后,螺栓粘贴主要用在不适合钻孔的地方以及用于对温度敏感的组件上,也就是不能使用传统连接技术的地方。粘贴的螺栓在焊接螺栓的强度范围内肯定绝对不会排在前面,不过这在大多数情况下也没有必要。问题在于要测算出所传导的力,确定螺栓的数目以及通过法兰盘的直径确定粘贴的面积,粘贴面应设计得当,使出现的负荷由整个系统来承担。

图4中是采用标准粘合剂所达到强度的一个实例。图中的数值在结构性粘合剂的范围之内,因而可以认为,采用的反应式粘贴薄膜具有正常的很高的形成网状结构的程度。


图4 采用粘贴薄膜进行螺栓粘贴时粘合剂的强度,按DIN EN 1465进行的拉剪试验测得
(压入时间为5s,目标温度180℃,加热与检验之间的时间为5min,连接的零件:钢/混凝土)

今后至关重要的是,不仅要观察粘合剂的强度,进而观察各种粘贴螺栓的强度,而且还要观察整个粘贴结构的强度,因为比如涂层对可传导的力的减小往往比粘贴层本身还要厉害。

据IFF GmbH公司估计,对于认可粘贴技术起决定性作用的是,尽量提高粘贴系统的结实度,使过程能够在不具备多少初步知识的情况下,在很短的时间内就可以简便而安全的完成,以便向手工业提供节省费用的就地连接技术,以便将工业的工艺过程能够通过后面的接缝过程设计得更加灵活。通过研制物美价廉的通用移动式感应装置,组合使用在人体工程学上经过优化的结实耐用的特种感应器,IFF从过程方面已经取得了成功。此外,采用各种各样的粘合剂进行的一系列全面试验表明,采用传统的粘合系统已经可以取得极好的结果了。(end)

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