A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.4 2.5
Karosszériaelemek kötéseivel kapcsolatos új anyagvizsgálati kihívások Tárgyszavak: ragasztott kötések; hibrid kötések; ponthegesztés; karosszériaelemek; összetett könnyűszerkezetek; szilárdságvizsgálat; öregedésvizsgálat.
A korszerű járműgyártás egymásnak részben ellentmondó, újabb követelményei (súlycsökkentés, aktív és passzív biztonság fokozása), új anyagok, új összekapcsolási, csatlakoztatási, kötési módok, új technológiák alkalmazását igénylik. Ezek sokféle lehetséges kombinációjának értékelése, a legcélszerűbbek kiválasztása mélyreható, előzetes minőségvizsgálatokat tesz szükségessé. A technológia kiválasztását befolyásoló tényezőket az 1. ábra foglalja össze. környezet- és munkavédelem (nyersanyag- és energiafogyasztás, emissziók, újrahasznosítás, megsemmisítés, szellőzés, elszívás, sugárzás elleni védelem, sérülés veszélye)
vevőszolgálat és javítás (megoldhatóság, a tulajdonságok fenntartása, a személyzet minősítése, infrastruktúra)
tervezés (anyagok, kialakítás, geometria, felületek, hozzáférhetőség, tömeg)
kötési mód
gyártási kompatibilitás (felépítési és szerelési sorrend, tűrések, az anyagok rendelkezésre állása, ütem- és ciklusidő, késés, további gyártási lépések)
rendeltetés, létrehozott tulajdonságok (mechanika, optika, tapintás, élettartam, korrózió és öregedés)
gazdaságosság (beruházási és üzemköltségek, termelékenység, automatizálhatóság, munkaerővel szembeni igény, utómunka)
folyamatbiztonság (minőség, reprodukálhatóság, folyamat-ellenőrzés, roncsolásmentes vizsgálat)
1. ábra A karosszériagyártásban alkalmazott kötési eljárások kiválasztásának kritériumai
A korszerű, könnyűszerkezeti anyagok, így pl. a magnézium és/vagy szálerősítésű összetett anyagok acél és/vagy alumínium anyagú járműszerkezetekbe való integrálására az alakítást és ragasztást alkalmazó, alacsony hőmérsékletű, hibrid kötés különösen alkalmasnak látszik. Ez részben a ragasztásos módszer előnyös tulajdonságainak köszönhető, amely különböző jellegű anyagok egymáshoz való kötésének lehetőségén túl az egymáshoz rögzített alkatrészek szigetelését és a rések kitöltését is lehetővé teszi, és így az elektrokémiai és a résekben bekövetkező korrózió is elkerülhetővé válik. A nagyobb felületen megoszló erőátvitel a súly növelése nélkül teszi lehetővé a szerkezeti merevség növelését, továbbá a szerkezeti anyagok szilárdsági tulajdonságainak maximális kihasználását lengő vagy lökésszerű igénybevételek esetén. A hibrid kötés során alakítást is alkalmazó eljárások további előnye az, hogy ellensúlyozzák a ragasztott kötések tulajdonságainak öregedés közben fellépő romlását, valamint az, hogy rögzítik az egymáshoz kapcsolt alkatrészek helyzetét a ragasztóanyag teljes megkötéséig.
Az alacsony hőmérsékleten létrehozott hibrid kötések változatai Az alacsony hőmérsékletű, hibrid kötéses gyártási folyamat négy műveleti lépése a ragasztóanyag felvitele, kötése, az összekapcsolandó alkatrészek helyzetének beállítása és csatlakoztatás alakítással. E műveleti lépések sorrendjének változatai adják a 2. ábra technológiai lehetőségeit. A rögzítéses módszer az ipari sorozatgyártás szempontjából a legfontosabb. A ragasztóanyag felvitele és az alkatrészek helyzetének beállítása után végzik el az alakítással járó rögzítést. A már egymáshoz rögzített alkatrészek a további műveletek során kényelmesen kezelhetők, különleges rögzítőelemekre nincs szükség. Hátrányos lehet a még nem megszilárdult ragasztóanyag kilépése az alkatrészek közötti résből. A kapilláris módszernél a pontszerű rögzítőelem elhelyezése után kis viszkozitású ragasztóanyagot juttatnak az alkatrészek közötti résbe. A módszer előnye a kétféle rögzítési művelet egymásra hatásának elmaradása, hátránya az alkatrészek közötti rés változó méretéből adódóan az, hogy a ragasztóanyag nem tölti ki a teljes rést, továbbá az, hogy a kis sűrűségű ragasztóanyag a szükséges mosási, felületkezelési műveletek közben károsodhat. A sorrendi módszer alkalmazásakor az alakítással elkészített rögzítőelemet a már összeragasztott alkatrészekbe helyezik. Az eljárás előnye a szennyeződés lehetőségének elkerülése, a már megkötött ragasztóréteg nem károsodik; hátránya a nagyobb időszükséglet és a ragasztó teljes kötéséig szükséges rögzítő szerkezetek költsége.
rögzítéses eljárás
sorrendi eljárás
1. ragasztóanyag felvitele 2. alkatrészek helyezése
injektálásos/kapilláris eljárás 1. alkatrészek helyezése 2. kötés alakítással
3. kötés alakítással
3. ragasztóanyag felvitele
3. ragasztóanyag kötése
4. ragasztóanyag kötése
4. ragasztóanyag kötése
4. kötés alakítással
1. ragasztóanyag felvitele 2. alkatrészek helyezése
2. ábra Az alacsony hőmérsékleten létrehozott hibrid kötés eljárási változatai
A rögzítőelemek kialakítása az alacsony hőmérsékletű kötési technológiában Az alakítással járó csatlakoztatási módszer kombinálása ragasztásos eljárással szükségszerűen a kétféle technológia közötti kölcsönhatással jár, amely mindkét csatlakoztatási technológiai lépésre hátrányos következményekkel járhat. Így például vékony alumíniumlemezből készített alkatrészek besajtolt szegecsekkel és nagy viszkozitású ragasztóanyagokkal végzett csatlakoztatása során a szegecs környezetében jelentős alakváltozások következhetnek be (3. ábra). A nagy viszkozitású ragasztóanyagok nem nyomódnak ki olyan mértékben a résből, mint a pasztaszerű ragasztók, hanem a húzószegecs feje alatti lemezrétegek között maradnak. Ez a nagyobb lemezvastagsághoz hasonló hatást kelt, a maximális csatlakoztatási erő növekedésével és a szegecs nagyobb zömítésével jár. Ennek következménye az, hogy a C-keret kihajlása nő, ez pedig a szegecs alámetszésének kialakulását hátrányosan befolyásolhatja. A részben nagy csatlakoztatási erők a zárt térben levő ragasztóanyagban jelentős hidrosztatikus nyomást kelthetnek, amelynek következménye kedvezőtlen esetben a matricaoldali szegecsfej tartományában az anyag repedése, a ragasztóanyag kilépése lehet. A besajtolt félcsőszegecses csatlakoztatással esetleg felmerülő problémákat a 3/a ábra szemlélteti.
a/
ragasztóanyag nélkül
ragasztóanyaggal
repedés és ragasztóanyag kilépése
b/
ragasztóanyag nélkül
az alámetszés befolyásolása
ragasztóanyaggal
az egymáshoz rögzített alkatrészek deformációja
3. ábra Félüreges (a) és tömör (b) szegecselem kialakulása nagy viszkozitású (forrón ráolvasztott, ún. hotmelt) ragasztóanyaggal és anélkül Tömör szegecsek alkalmazásakor a kilépő ragasztóanyag szennyezheti a szerszámot, azonban az a veszély is fennáll, hogy a ragasztóanyag a szegecshoronyba jut, és gátolja az optimális alámetszés kialakulását. Különösen a sűrűbb, elasztikus ragasztóanyagok alakváltozási tulajdonságai a nyomófeszültség következtében fejthetnek ki jelentős hatást a besajtolásra és a hátsó alámetszés kialakulására. Az egymáshoz csatlakoztatott alkatrészek a csatlakoztatási tartományban jelentősen torzulnak, aminek következtében a szilárdságot csökkentő húzófeszültségek léphetnek fel (3/b ábra). További problémát jelenthet a ragasztórétegekre ható nyomófeszültségek következtében bekövetkező anyagvándorlás. Ez a csatlakoztatási tartomány alakváltozásával (táskásodás) járhat, ennek következménye pedig a rétegek szétválása és az esetleg nem megfelelő nedvesítés miatt selejtes ragasztás lehet.
Mechanikai tulajdonságok A ponthegesztéses és a ragasztásos technológiát kombináló eljárásokkal kapcsolatos eredmények ismertek. Ponthegesztett karosszériaelemek szerkezeti merevsége járulékos ragasztással legalább 15%-kal növelhető. A járműgyártásban a karosszériával szemben támasztott követelmények: nagy merevség (használhatóság és biztonság), nagy rezgési merevség (az igénybevételek elviselése a teljes élettartam során), nagy törésmunka (passzív biztonság ütközések esetén). Kvázistatikus–folytonos igénybevétel hatására bekövetkező alakváltozások Elemi módon sajtolószegecselt és két különböző anyaggal ragasztott, valamint hibrid eljárással összekapcsolt alumíniumlemezek kvázisztatikus–
folytonos húzó–nyíró igénybevétellel meghatározott alakváltozását a 4. ábra szemlélteti. A csak szegecselt elemek szilárdsága lényegesen kisebb a ragasztott és a hibrid módszerrel összekapcsolt elemekénél, és a deformációs munkájuk is sokkal kisebb. A ragasztással és a hibrid módszerrel csatlakoztatott elemek esetében 6 kN mérőerő felett (ez a csatlakoztatott elemek σN = 110 MPa névleges feszültségének felel meg) a kötés meghaladja az AlMg0,4Si1,2 anyag nyúláshatárát, és a csatlakoztatott elemek képlékeny alakváltozása következik be. Különösen a rendkívül nagy szilárdságú epoxigyanta ragasztóanyaggal készített csatlakozásokon figyeltek meg többmilliméteres nyúlásokat és keresztmetszet-csökkenéseket. A csatlakoztatott elemek anyagának nyúláshatárát mind a poliuretán, mind az epoxigyanta ragasztóanyaggal teljes mértékben ki lehet használni. Az elemi, sajtolt szegecses kötésekkel összehasonlítva a maximálisan átvihető erő az epoxigyantás ragasztással jó 200%-kal, a poliuretános ragasztással 150%-nál nagyobb mértékben növelhető.
az összekötött alkatrészek anyaga: AlMg0,4Si1,2 T6,vastagsága t = 1,2 felület: Alodine 2040
F húzóerő
sajtolt szegecselt, ragasztott (epoxigyanta) sajtolt szegecselt, ragasztott (poliuretán)
ragasztás (epoxigyanta) F(RP0,2)
kötési eljárás: ragasztóanyagok: 1-k EP, 1-k PU kötés: 180 °C/30 min ragasztóréteg vastagsága: dk = 0,3mm sajtolt szegecs: 5,3 ⋅ 5 keménység: 410 HV10 matrica: DZ0902000 öregítés: nincs
sajtolt szegecselt
vizsgálati körülmények: mérési sebesség: VT = 10 mm/min vizsgálati hőmérséklet: szobahőmérséklet
ST nyúlás
4. ábra Elemi sajtolt szegecses és ragasztott, valamint hibrid kötésű alumínium finomlemezek kvázisztatikus–folytonos húzó–nyíró igénybevétellel meghatározott erő–deformáció jelleggörbéi Az elemi ragasztott csatlakozások nagyobb nyírási szilárdsága a hibrid csatlakozásoknál kialakuló, nem egyenletes vastagságú ragasztóanyag-réteg és a jelentősen kisebb ragasztóanyag-vastagság következménye. A ragasztott
kötés szilárdságának a ragasztóanyag rétegvastagságától való függése a ragasztóanyag vastagsága mentén különböző szerkezetű tartományaival és ezek eltérő mechanikai tulajdonságaival magyarázható. A 4. ábrán alumínium finomlemezek hibrid kötéseinek jellegzetes tulajdonságai is felismerhetők. A ragasztott kötés nagy mechanikai feszültségen bekövetkező elválása (amely az erő–út diagramban az erő maximális értéket követő hirtelen csökkenéséből ismerhető fel) után a mérőerő az elemi sajtolt szegecses kötés szintjére esik. A mérőerőt tovább növelve a szegecselt kötés is tönkremegy. Az erő–alakváltozás görbének ezen a szakaszán felismerhető a nagy viszkozitású poliuretán és a kis viszkozitású epoxigyanta ragasztóanyag jellegzetességei közötti különbség is. Bár a poliuretán ragasztóanyag csúsztató rugalmassági modulusa (GPU = 105 MPa) lényegesen kisebb az epoxigyanta ragasztóanyagénál (GPU = 850 MPa), a hibrid kötéses finomlemezek erő–út diagramjában a merevség szignifikáns különbsége nem ismerhető fel. Ez a csatlakozási tartománynak a csatlakoztatott elemekhez, a befogáshoz és a szakítógéphez viszonyítva kis alakváltozásával magyarázható. Egyszerűsítő feltevésként a csatlakozási tartományban a csatlakoztatott alkatrészek egyenletes eltolódását feltételezve 5 kN mérőerőnél az eltolódások mértéke hozzávetőleg vEP = 0,0025 mm, illetve vPU = 0,02 mm, ami a befogófej s = 1 mm értékű, mért elmozdulásával összehasonlítva a teljes rendszer deformációjának mindössze 0,2%-a, illetve 2%-a. A ragasztott, illetve a hibrid csatlakoztatás merevsége is lényegesen nagyobb az elemi sajtolószegecses csatlakoztatásokénál. A járulékos ragasztás hatására a merevség kb. 65%-kal nő, és ez azt jelenti, hogy a járulékos ragasztással a járműszerkezetek merevsége – gyakorlatilag a tömeg növelése nélkül – rendkívüli mértékben növelhető. A hibrid módon összekapcsolt alkatrészek túlterhelésekor az alakítással előállított kötések terhelése kicsi a ragasztott kötés elválásáig. Ennek igazolására hibrid módon összeerősített alkatrészek terhelés alatt bekövetkező alakváltozását vizsgálták optikai mérőpadon, úgy, hogy felületi struktúrák terhelés hatására bekövetkezett elmozdulásait mérték, majd az eredő helyi alakváltozást számították. Az 5. ábrán ragasztott és sajtolószegecselt húzó-nyíró igénybevételű mintadarab csatlakozási tartományának szakítópróba-diagramja látható. Az alkalmazott epoxigyanta ragasztóanyagnál az átlapolás nagy tartományaiban az összeerősített alkatrészeken alig lép fel számottevő nyúlás. Az átlapolások szélein fellépő peremhatások – elsősorban az alkatrészek véges szélessége következtében – világosan felismerhetők, azonban a sajtolt szegecs szignifikáns hatása nem észlelhető. A sajtolt szegecs azonban – mivel eddig alig érte terhelés – a ragasztott kötés elválása után alkalmas a csatlakozás spontán elválásának megakadályozására. Ez a tipikus tönkremenési forma mutatja az alacsony hőmérsékletű, hibrid csatlakoztatási eljárás előnyös tulajdonságát, amely szerint a ragasztott
kötés elválása után az alakítással létrehozott kapcsolat nagyjából az elemi alakításos kötés szilárdsági szintjén megmarad. Ez a vészhelyzeti tulajdonság különösen megengedhetetlen igénybevételek, a ragasztott kötés magas hőmérsékleteken vagy agresszív közegek hatására bekövetkező leromlása esetén lehet előnyös, amennyiben a ragasztott kötés leromlásakor rugalmas alakváltozások alakjában tárolt energia felszabadulása nem teszi tönkre lökésszerűen az alakítástechnikai rögzítőelemet.
10 kN
az összekötött alkatrészek anyaga: AlMg0,4Si1,2 T6, t = 1,1 mm felület: Alodine 2040 kötési eljárás: ragasztóanyag: 1-k EP kötés: 180 °C/30 min sajtolt szegecs: 5,3 ⋅ 5 keménység: 410 HV10 matrica: DZ0902000
F húzóerő
öregítés: nincs vizsgálati körülmények: mérési sebesség: VT = 10 mm/min vizsgálati hőmérséklet: szobahőmérséklet
4 mm ST nyúlás
5. ábra Sajtolt szegecselt és ragasztott húzó–nyíró igénybevételű minta kötési zónájának nyúlási tere terhelt állapotban, közvetlenül a szakadás előtt
Öregedési viszonyok Mivel a ragasztott kötések mechanikai tulajdonságai az élettartamuk során jelentősen változhatnak, és az öregedést nemcsak a mechanikai terhelés, hanem környezeti, hőmérsékleti, sugárzási hatások is befolyásolják, ezért a gyakorlati alkalmazhatóság körülményeit klímavizsgálatokkal is ellenőrizték. A 6. ábra poliuretán alapú, elasztikus ragasztó–tömítő anyaggal és strukturális epoxigyantával ragasztott, valamint ragasztott és szegecselt acél finomlemezek maximális névleges kötési feszültségét mutatja a P-VW 1200 előírásoknak megfelelő, váltakozó igénybevételű klímavizsgálatok előtt és után. A
DP 500 típusú acéllemezeket nagy szilárdságú EP-anyaggal egymáshoz ragasztották, majd klímaterhelés után vizsgálták. A próbatestek az öregítés után is 100%-osan használhatók, a nyúláshatár túlléphető. A szegecseléssel és poliuretánnal ragasztott mintákkal megengedhető feszültségek lényegesen kisebbek.
szegecselt, ragasztott (epoxigyanta)
ragasztott (epoxigyanta)
RP0
szegecselt, ragasztott (poliuretán)
ragasztott (poliuretán) váltakozó klímavizsgálat
szegecselt
öregítés nélkül 0
100
200
300
400
500
az összekötött alkatrészek maximális az összekötött alkatrészek maximális névleges feszültsége, σN, MPa
az összekötött alkatrészek anyaga: DP 500, t = 1,0 felület: olajozva, 2-3 g/m2 kötési eljárás: ragasztóanyagok: 1-k EP, 1-k PU kötés: 180 °C/30 min ragasztóréteg: dK = 0,3 mm szegecselés: R-DF, ∅ 8
öregítés: 500 óra, p-VW 1200 szerint vizsgálati körülmények: mérési sebesség: VT = 10 mm/min vizsgálati hőmérséklet: szobahőmérséklet
6. ábra Különböző eljárásokkal kötött acél finomlemezek maximális kötési feszültsége öregítés nélkül és váltakozó igénybevételű klímavizsgálat után A 7. ábrán látható, hogy az epoxigyanta ragasztóanyag jóval érzékenyebb a váltakozó klimatikus igénybevételre, mint a poliuretán tömítő-ragasztó anyag. A poliuretánnal ragasztott kötések törésmunkájára a klímavizsgálat alig van hatással, az epoxigyantával ragasztott mintáké azonban jelentősen csökken. Ez feltehetően a ragasztórétegek és az egymáshoz rögzített alkatrészek
eltérő hőtágulásával magyarázható, amely a –40 °C és +80 °C közötti hőmérséklet-változás közben a ragasztóanyag-rétegben a helyi feszültségek növekedését okozza, és a higrotermikus jelenségek mellett fejti ki hatását. A poliuretán ragasztóanyag rugalmas alakváltozásával kiegyenlíti ezeket a terheléseket, azonban a ridegebb epoxiréteg irreverzibilis módon károsodhat.
szegecselt, ragasztott (epoxigyanta)
ragasztott (epoxigyanta)
szegecselt, ragasztott (poliuretán)
ragasztott (poliuretán) váltakozó klímavizsgálat öregítés nélkül
szegecselt
0
20
40
60
80
100
WB törésmunka WB törésmunka
az összekötött alkatrészek anyaga: DP 500, t = 0,1 felület: olajozva, 2–3 g/m2 kötési eljárás: ragasztóanyag: 1-k EP, 1-k PU kötés: 180 °C/30 min ragasztóréteg: dK = 0,3 mm szegecselés: R-DF, ∅ 8
öregítés: 500 óra, P-VW 1200 szerint vizsgálati körülmények: mérési sebesség: vT = 10 mm/min vizsgálati hőmérséklet: szobahőmérséklet
7. ábra Különböző eljárásokkal kötött acél finomlemezek törésmunkája öregítés nélkül és váltakozó igénybevételű klímavizsgálat után
A lengő igénybevétel hatása a szilárdságra A hibrid összekapcsolás további előnyös tulajdonsága a rezgésállóság növekedése. A pont- és vonalszerű rögzítésekhez viszonyítva kedvező a polimerrétegek csillapító hatása, valamint a csatlakozási tartományban az egyen-
letesebb feszültségeloszlás és a csökkent feszültségkoncentráció. A pontszerű csatlakozások Wöhler-görbéje a járulékos ragasztás hatására általában egyértelműen felfelé tolódik el. A 8. ábra AZ 91 és AZ 61 magnéziumötvözetek három különböző kötési eljárással készített csatlakozásainak Wöhler-görbéit mutatja. A vakszegecseléssel készített csatlakozások Wöhler-görbéjének k-tényezője nagyobb a hegesztett csatlakozásokénál, és – kb. N = 104 lengésszám felett – lengő igénybevételre nagyobb szilárdságú. A nagy szilárdságú epoxigyantával ragasztott, vakszegecselt csatlakozások szilárdsága azonban egyértelműen nagyobb. A hegesztett kötések leromlását a hegesztési varrat szélén bekövetkező szakadás jellemzi. Az elválás általában az U-profil és a hegesztési varrat átmeneténél következik be. A hiba részletesebb vizsgálatára készített makrocsiszolatok szerint a hegesztési varrat közelében, az U-profilban, tehát az AZ 91 típusú présöntéses ötvözetben következik be a hiba (9. ábra).
sajtolt szegecses ragasztott kötés (epoxigyanta)
F0 erő
vakszegecselés hegesztés
az összekötött alkatrészek anyaga: U-profil: AZ91, T = 2,5 felület: sárgakromátozva kötési eljárás: ragasztóanyag: 1-k EP kötés: 180 °C/30 min vakszegecs: ∅5, Al/Al hegesztés: védőzázos, fémelektródás ívhegesztés, 18 V/95A, ∅1,6 AZ61, 25% Ar, 75% He, 0,75 m/min öregítés: nincs
hegesztés (k = 3,02) vakszegecselés (k = 5,36) vakszegeselés + ragasztás (k = 4,02)
átmenő
vizsgálati körülmények: erőviszony: R = 0,1 vizsgálati frekvencia: hegesztett minták: 40 Hz Szegecselt, ragasztott minták: 20 Hz értékelési kritérium: a merevség 40%-os csökkenése
N lengésszám
8. ábra AZ 91 és AZ 61 magnéziumötvözetekből készített, különféle eljárásokkal kötött, húzó–nyíró igénybevételű minták Wöhler-görbéi Míg a kvázisztatikus módon vizsgált, vakszegecselt kötések kizárólag a szegecs elnyírása következtében mennek tönkre, addig a lengő terheléssel vizsgált mintadarabok húzó–nyíró igénybevétel hatására bekövetkező leromlása összetettebb folyamat. A vakszegecs elnyírása mellett a húzó küszöbter-
helés az összekapcsolt alkatrészeket is tönkreteszi. Esetenként a két leromlási folyamat együttesen jelentkezik. A 9/a ábra AZ 91 anyagú U-profilhoz rögzített alkatrész károsodását szemlélteti. A repedés a furatból indul ki, és oldalirányban terjed. A hibrid kötések tönkremenését, az elemi ragasztott húzó–nyíró igénybevétellel terhelt mintákhoz hasonlóan az U alakú, présöntéses, ötvözött alkatrészben keletkező repedések jellemzik. A repedések gyakran az átlapolás szélének közvetlen közelében jelentkeznek (9/b ábra). Emellett még a keresztmetszet vakszegeccsel gyengített tartományában is észlelhető törésvonal. A vakszegecs elnyíródása nem következik be. Ez lényegében azzal magyarázható, hogy a ragasztóréteg tönkremenésével a merevség olyan nagy mértékben csökken, hogy a szakítógép szabályozórendszere azonnal leállítja a mérést, és így a vakszegecsre már nem hat további terhelés. a)
b)
repedés
9. ábra AZ 91 és AZ 61 típusú magnéziumötvözetekből készített, vakszegecselt (a) és hibrid kötésű (b), húzó–nyíró igénybevételű próbatestek meghibásodás utáni fényképe
A lökésszerű igénybevétel hatása a szilárdságra A könnyűszerkezetű járművek passzív biztonságának növelésével kapcsolatban egyre gyakrabban végeznek az alkatrészek és kötéseik nagy sebességű terheléseivel kapcsolatos vizsgálatokat is. Újonnan kifejlesztett, lökésszerű igénybevételekre optimált ragasztóanyagok részben járulékos alkalmazásával a törésmunka a tömeg növelése nélkül fokozható. A 10. ábra elemi sajtolószegecselt, nagy szilárdságú epoxigyanta, valamint poliuretán ragasztóanyaggal ragasztott, továbbá hibrid módon kötött, AlMg0,4Si1,2 ötvözetből készített minták lökésszerű húzó–nyíró terheléssel mért energiafelvételi jellemzőit mutatja. A sajtolt szegecses kötés energiafelvételét a járulékos ragasztás jelentősen növeli. A járulékos, poliuretán anyagú ragasztás hatására az elemi, sajtolt szegecselt kötés energiafelvétele kb. 5,3 m/s sebességű, lökésszerű terhelés esetén kb. 130%-kal nő. Nagy szilárdságú, alumíniumtartalmú, strukturális ragasztóanyagot használva a törésmunka a pontszerű kötésekkel elérhető érték kb. négyszeresére nő.
sajtolt szegecselt, ragasztott (epoxigyanta)
ragasztott (epoxigyanta)
sajtolt szegecselt ragasztott (poliuretán)
ragasztott (poluretán)
sajtolt szegecselt
0
20
az összekötött alkatrészek anyaga: ALMg0,4Si1,2; t = 1,1 mm felület: Alodine 2040 kötési eljárás: ragasztóanyag: 1-k EP, 1-k PU ragasztóanyag: 1-k EP, kötés: 180 °C/30 min ragasztóréteg: dK = 0,03 mm sajtolt szegecs: 5,3 ⋅ 5 keménység: 410 HV10 matrica: DZ0902000
40
60
energiafelvétel, J
80
100
öregítés: nincs vizsgálati körülmények: mérési sebesség: vS = 5,3 m/s vizsgálati hőmérséklet: szobahőmérséklet
10. ábra Elemi sajtolószegecselt és két különböző anyaggal ragasztott, valamint hibrid eljárással kötött, alumínium finomlemezekből készített, húzó–nyíró igénybevételű próbatestek energiafelvételi képessége Az elemi ragasztott, illetve hibrid módszerrel kötött mintáknak a sajtolt szegecses kötéses mintákhoz viszonyítva általában nagy energiafelvevő képessége az alumíniumlemezek nagy alakváltozásával magyarázható. A deformáció a pontszerű kötéses mintáktól eltérően nem korlátozódik a kötés környezetére, hanem a csatlakozási zónán kívüli tartományra is kiterjed. A lökésszerű húzó–nyíró igénybevétel hatására a minták hosszúsága max. 10 mm-rel megnő, és 2 mm-ig terjedő kontrakció is megfigyelhető.
F mérőerő
sajtolt szegecselt, epoxigyantával ragasztott
sajtolt szegecselt
idő, ms
11. ábra Elemi sajtoló szegecselt és hibrid kötéses, AlMg0,4Si1,2 anyagú minták lökésszerű húzó-nyíró igénybevétellel meghatározott erő–idő jelleggörbéi (vs = 5,3 m/s) 1. táblázat Az alakváltozásos és ragasztásos, kombinált kötés előnyei az elemi kötési eljárásokkal összehasonlítva A járulékos ragasztás előnyei
A járulékos alakváltozásos kötés előnyei
A kötés merevségének növelése
Az összekötött alkatrészek helyzetének rögzítése a ragasztóanyag kötéséig
A feszültség egyenletesebb eloszlása a kötési tartományban (a szerkezeti anyag jobb A ragasztott kötés tehermentesítése hántoló kihasználása) jellegű igénybevétel esetén A rezgési merevség növelése A rezgés-, illetve a zajcsillapítás növelése
A ragasztott kötés öregedéssel járó szilárdság- és merevségcsökkenésének részleges kompenzálása
Az energiafelvétel növelése lökésszerű terheAz alkalmazhatóság hőmérsékletlés esetén tartományának növelése A kötés illeszkedési hézagának tömítése gáA ragasztott kötés tehermentesítése nagy zokkal és folyadékokkal szemben statikus terhelések esetén (az időfüggő retarA korrózióállóság növelése (a rések kitöltése dációs és relaxációs folyamatok gátlása) és az illeszkedő elemek elektrokémiai szigetelése)
A 11. ábra epoxigyanta ragasztóanyagos, hibrid kötéses és csak sajtoló szegecselt, alumínium anyagú minták lökésszerű húzó–nyíró igénybevétellel meghatározott erő–idő jelleggörbéit hasonítja össze. Világosan felismerhető a
hibrid kötés nagyobb erőértéke és az, hogy először a ragasztott kötés, majd ezután a szegecselt kötés megy tönkre, a kvázisztatikus terheléssel mért eredményekhez hasonló módon. A ragasztott mintákra hosszabb ideig hat az erő, és ez az idő – állandó terhelési sebességet feltételezve – az alakváltozással arányos, ez pedig a hibrid kötéses alumíniumlemezek nagyobb alakváltozását jelenti. (Pálinkás János) Meschut, G.: Umformen und Kleben. = Material Prüfung, 44. k. 7/8. sz. 2002. p. 287–194. Haldenwanger, H. G.; Korte, M. stb.: Funktionsverbesserung der Karosserie durch kombinierte Fügetechnik. Tagungsband zur Fachkonferenz „Hybridfügen im Automobilbau”. Bad Nauheim, 2001. márc. 22–23. p. 90–104.
