2008.08_PSpaw.pdf

Przegląd sPawalnictwa 8/2008

Przegląd sPawalnictwa 8/2008

Wydawca

FORUM SPAWALNIKÓW POLSKICH

Redakcja PRZEGLĄD SPAWALNICTWA

agenda wydawnicza siMP ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa

tel./fax: (0-) 87 5 4, (0-) 336 4 79

e-mail: pspaw@ps.pl, http://www.pspaw.ps.pl

adres do korespondencji:

00-950 warszawa 1, skr. poczt. 56

Redaktor naczelny

MIESIęCZNIK NAUKOWO-TEChNICZNy AGENDA WyDAWNICZA SIMP

prof. dr hab. inż. Jerzy nowacki – Politechnika szczecińska

Zastępca redaktora naczelnego ds. naukowych

rok założenia 192 8

dawniej

prof. dr hab. inż. andrzej Klimpel – Politechnika Śląska

Zastępca redaktora naczelnego ds. wydawniczych

nr 8/2008

Pl issn 0033-2364

lXXX

mgr inż. irena wiśniewska

Redaktorzy działów

Spis treści – Contents

dr h.c. prof. dr hab. inż. leszek a. dobrzański – Politechnika Śląska

(Materiały);

dr h.c. prof. dr hab. inż. władysław Karol włosiński – Polska akademia

nauk (zaawansowane technologie);

dr hab. inż. zbigniew Mirski prof. Pwr – Politechnika wrocławska

(lutowanie i klejenie);

dr hab. inż. Jacek słania – instytut spawalnictwa (Praktyka spawalnicza);

dr inż. Kazimierz Ferenc – Politechnika warszawska (Konstrukcje spawane);

dr inż. gracjan wiśniewski – Urząd dozoru technicznego (Przepisy, normy,

szkolenia).

Prace doktorskie .................................................................................................. 2

Zbigniew Mirski, Tomasz Piwowarczyk

Historia klejenia – od prehistorii do dzisiaj

History of gluing – from prehistory to present day ................................................. 3

CLOOS Polska

Zrobotyzowane systemy spawalnicze ................................................................... 6

Zaproszenie na 17. Międzynarodową Konferencję Spawalniczą

w Madrycie ............................................................................................................ 6

Przewodniczący Rady programowej

Messer Eutectic Castolin Sp. z o.o.

Materiały, rury, maszyny do cięcia ........................................................................ 7

prof. dr hab. inż. Jan Pilarczyk – instytut spawalnictwa

Rada programowa

Zbigniew Mirski, Tomasz Piwowarczyk

Podstawy klejenia, kleje i ich właściwości

Principles of gluing, adhesives and their properties ................................................... 12

dr hab. inż. andrzej ambroziak prof. Pwr – Politechnika wrocławska

prezes Marek Bryś – Messer eutectic castolin sp. z o.o.

dr inż. Hubert drzeniek – euromat

dyrektor eugeniusz idziak – KwB Bełchatów sa

prof. dr hab. inż. andrzej Kolasa – Politechnika warszawska

dr hab. inż. Jerzy Łabanowski prof. Pg – Politechnika gdańska

prezes Mirosław nowak – technika spawalnicza Poznań

prezes zbigniew Pawłowski – lincoln electric Bester

dr inż. Jan Plewniak – Prezes zg sekcji spawalniczej, Pol. częstochowska

dr inż. anna Pocica – Politechnika Opolska

prezes lesław Polak – esab Polska

prezes Jacek rutkowski – Kemppi Polska

prof. dr hab. inż. Jacek senkara – Politechnika warszawska

prezes andrzej siennicki – cloos Polska

prof. dr hab. inż. andrzej skorupa – akademia górniczo-Hutnicza Kraków

prof. dr hab. inż. edmund tasak – akademia górniczo-Hutnicza Kraków

mgr inż. włodzimierz Jacek walczak – linde gaz Polska

prezes Marek walczak – Urząd dozoru technicznego

dyrektor Jan wójcik – Polski rejestr statków

Józef Kuczmaszewski

Czynniki niepewności prognozy wytrzymałości klejowych połączeń metali

Factors of the uncertainty metal adhesive joints strength forecast .......................... 22

Anna Rudawska, Marcin Łukasiewicz

Wpływ obróbki mechanicznej na wytrzymałość połączeń klejowych wybranych

materiałów konstrukcyjnych

The influence of the mechanical treatment on bonding joints strength

of chosen constructional materials ........................................................................ 27

Marek Rośkowicz

Statyczna trwałość czasowa połączeń klejowych

Static safe life of glue joints ................................................................................. 31

Jan Godzimirski, Andrzej Komorek

Trwałość zmęczeniowa połączeń klejowych

Fatigue life of adhesive joints ................................................................................ 38

Tomasz Bugaj

Wybrane aspekty technologii klejenia w produkcji autobusów

Some aspects of busses adhesive bonding technology ......................................... 44

Sekretarz redakcji

Listy do redakcji ................................................................................................ 46

mgr Barbara tyburska-tokarska

Informacje wydawcy .......................................................................................... 48

Redaktor techniczny

Michał dudziński

Skład i druk

Numer wydany pod redakcją dr. hab. Zbigniewa Mirskiego prof. PWr

Okładki: Instytut Spawalnictwa, Linde Gaz Polska Sp. z o. o., Kemppi Sp. z o. o.

skład i łamanie: redakcja Przegląd spawalnictwa aw siMP

druk: drukarnia Piotra włodarskiego – warszawa

Stała współpraca

Firmy prezentujące się w numerze

BOT KWB BeŁchATóW S.A.

97-400 Bełchatów

ul. Św. Barbary 3

www.kwbbelchatow.bot.pl

INSTYTUT SPAWALNIcTWA

44-100 Gliwice

ul. Bł. Czesława 16/18

www.is.gliwice.pl

MESSER EUTECTIC

CASTOLIN Sp. z o. o.

44-100 Gliwice

ul. Robotnicza 2

www.castolin.com

CLOOS Polska Sp. z o. o.

58-100 Świdnica

ul. Stawki 5

www.cloos.pl

KeMPPI Sp. z o. o

05-091 Ząbki

ul. Piłsudskiego 2

www.kempi.com

Przegląd sPawalnictwa 8/2008

prace doktorskie

17 marca 2008 roku w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji

Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej odbyła się publiczna

dyskusja nad rozprawą doktorską mgr. inż. Tomasza Piwowarczyka.

Tematem pracy doktorskiej było: „Zwiększanie oddziaływań adhezyjnych

i kohezyjnych w połączeniach klejowych węglików spiekanych ze stalą C45”.

Promotorem pracy był dr hab. inż. Zbigniew Mirski (Politechnika

Wrocławska), a recenzentami prof. dr hab. inż. Jerzy Nowacki (Politechnika

Szczecińska) i dr hab. inż. Andrzej Ambroziak, prof. nadzw. PWr (Politechnika

Wrocławska).

Tomasz Piwowarczyk

Technika klejenia stosowana jest szczególnie w przypadku

łączenia materiałów różnoimiennych, których spajanie stwarza

problemy wynikające z ich zróżnicowanych właściwości fizyko-

chemicznych oraz mechanicznych. W przemyśle narzędziowym

do materiałów wykazujących różne charakterystyki należą węgli-

ki spiekane i stale stosowane na korpusy. Aktualnie czynnikami

ograniczającymi powszechne stosowanie połączeń klejowych

w tej gałęzi przemysłu jest przede wszystkim ich mała jednost-

kowa wytrzymałość mechaniczna oraz brak właściwości ciepło-

przewodzących klejów.

Celem pracy było opracowanie technologii przygotowania

powierzchni węglików spiekanych do klejenia oraz opracowanie

klejów o budowie kompozytowej, umożliwiających zwiększenie

właściwości mechanicznych i przewodności cieplnej połączeń

klejowych węglików spiekanych ze stalą, w aspekcie zastosowań

w przemyśle narzędziowym.

W pracy podjęto próby oceny różnych metod przygotowania

powierzchni węglików spiekanych gat. B2 (91% wag. WC i 9% Co)

i stali C45 do ulepszania cieplnego do klejenia oraz określenia

wpływu rodzaju, kształtu oraz udziału napełniaczy na wytrzy-

małość mechaniczną i przewodność cieplną spoin klejowych

o budowie kompozytowej. Do spajania węglików spiekanych ze

stalą wybrano dwa nowoczesne kleje konstrukcyjne, wykazujące

zróżnicowane właściwości: 1-składnikowy klej anaerobowy Locti-

te 638 utwardzający się bez dostępu tlenu i 2-składnikowy klej

oparty na żywicy metakrylowej Agomet F330 w postaci pasty.

Spośród metod przygotowania powierzchni węglików spieka-

nych do klejenia na szczególne podkreślenie zasługuje trawienie

elektrolityczne węglików spiekanych w wodnych roztworach za-

sad metali alkalicznych. Niewątpliwą zaletą tej metody jest nie

tylko znaczne rozwinięcie warstwy wierzchniej węglików spieka-

nych przez roztwarzanie trudnozwilżalnej fazy węglikowej WC

(fazy α), ale jednoczesne uaktywnienie powierzchni klejenia.

Kobalt, stanowiący lepiszcze ziaren węglików wolframu (faza β),

nie należy do pierwiastków amfoterycznych, w związku z czym

nie ulega roztwarzaniu w zasadach. Pozwala to na zwiększenie

udziału fazy metalowej szczególnie pożądane dla klejów anaero-

bowych, wymagających podczas utwardzania kontaktu z meta-

lem o właściwościach katalitycznych. Metodykę trawienia elek-

trolitycznego (anodowego roztwarzania) węglików spiekanych

gat. B2 dla uzyskania powierzchni odpowiednich do procesów

klejenia opracowano przez dobór podstawowych parametrów,

tj. czasu i napięcia, przy zastosowaniu 4n – roztworu NaOH.

Ocenę przygotowania powierzchni węglików spiekanych do

klejenia dokonano na podstawie analiz powierzchniowych, przez

wykonanie pomiarów chropowatości, pomiarów kąta zwilżania,

jak również przy użyciu mikroskopii elektronowej (SEM) i analiz

EDX oraz statycznych prób określenia wytrzymałości na ścinanie

i odrywanie połączeń klejowych. W badaniach mechanicznych

wstępnie oceniano wpływ szerokości szczeliny klejowej w zakre-

sie 0,05÷1,0 mm na wytrzymałość na ścinanie połączeń klejo-

wych. W próbach mechanicznych większe wartości wskaźników

wytrzymałościowych uzyskano dla połączeń klejowych podda-

nych ścinaniu, mniejsze – odrywaniu. Potwierdza to słuszność

założeń projektowania połączeń, tak aby przenosiły one naprę-

żenia tnące w złączach zakładkowych.

Zwiększenie oddziaływań kohezyjnych w połączeniach klejo-

wych określano stosując do zbrojenia osnowy klejowej napełnia-

cze w postaci siatek metalowych oraz proszków z różnych mate-

riałów, o zróżnicowanym kształcie ziaren. Zbrojenie spoin klejo-

wych siatkami tkanymi ze splotem płóciennym korzystnie wpływa

na ich kohezję, jednak jednocześnie siatki zmniejszają ilość kle-

ju bezpośrednio między drutami siatki a powierzchnią materia-

łów łączonych, a także nie oddziaływują z ich nierównościami.

Efektem tego jest zmniejszenie o około 50% wytrzymałości kle-

jowych połączeń kompozytowych w porównaniu z połączenia-

mi bez zbrojenia. Oddziaływania kohezyjne połączeń klejowych

z napełniaczami proszkowymi o granulacji do 200 μm oceniano

na podstawie statycznej próby ścinania. W pierwszym etapie ba-

dań wyznaczono odpowiednią szerokość szczeliny klejowej dla

napełniacza żelaznego. W przypadku napełniaczy proszkowych

wartości wytrzymałości na ścinanie połączeń klejowych zależą

głównie od udziału, rodzaju oraz kształtu zbrojenia. W przepro-

wadzonych badaniach najlepsze właściwości uzyskano dla połą-

czeń z zastosowaniem 40% obj. proszku tzw. „nowego srebra”

CuNiZn, o rozwiniętej i strzępiastej budowie, dla którego uzyska-

no 2-krotne zwiększenie wytrzymałości na ścinanie w porówna-

niu z połączeniami bez fazy napełniającej.

W celu oceny wspólnych oddziaływań adhezyjnych i kohezyj-

nych połączono czynniki, w wyniku których uzyskano najbardziej

korzystne właściwości, co doprowadziło do uzyskania średnich

wartości wytrzymałości na ścinanie połączeń powyżej 50 MPa.

Zbrojenie spoin klejowych napełniaczami metalowymi umoż-

liwia również uzyskanie większej odporności na oddziaływanie

temperatur przez zwiększenie współczynnika przewodności ciep-

lnej. Utwardzona żywica metakrylowa charakteryzuje się brakiem

właściwości ciepłoprzewodzących, a jej współczynnik λ wynosi

jedynie 0,2 W/m•K. Największe wartości współczynnika przewod-

ności cieplnej (λ = 1,15 W/m•K) otrzymano dla udziału 58% obj.

proszku aluminium. Były one prawie 6-krotnie większe od war-

tości mierzonych dla spoin klejowych bez napełniaczy proszko-

wych, przekraczając 2-krotnie wartość graniczną λ = 0,6 W/m•K,

dla której według firmy Loctite można mówić o właściwościach

ciepłoprzewodzących klejów.

Dowodem racjonalności podjęcia tematyki klejenia węglików

spiekanych i stali C45 są liczne przykłady praktyczne zastosowa-

nia tej techniki, w tym wdrożenia własne.

Oprac: dr hab. inż. Zbigniew Mirski, prof. nadzw. PWr

Przegląd sPawalnictwa 8/2008

Zbigniew Mirski

Tomasz Piwowarczyk

historia klejenia – od prehistorii do dzisiaj

History of gluing – from prehistory to present day

Streszczenie

Abstract

W artykule przedstawiono historię klejenia na świecie

od czasów prehistorycznych do dzisiaj. Podzielono ją na

cztery okresy: prehistoria, starożytność, średniowiecze,

czasy nowożytne i najnowsze. Przedstawiono liczne dowo-

dy świadczące o uznaniu klejenia jako najstarszej techno-

logii spajania. Zaprezentowano przykłady z przyrody będą-

cej inspiracją dla klejenia. Opisano okoliczności wynalezie-

nia najczęściej stosowanych rodzajów klejów. Omówiono

ewolucję powszechnie używanych przedmiotów zawiera-

jących klej, jak np. znaczki pocztowe czy taśma klejąca.

W końcowym fragmencie opisano aktualne trendy w tech-

nice klejenia.

In this article, history of gluing on the world from prehi-

story to present day is presented. It is divided in 4 periods:

prehistory, antiquity, the Middle Ages, modern and the la-

test times. Numerous evidences testifying for recognition

of gluing as the oldest technology of bonding are presen-

ted. Also examples from nature constituting inspiration

for adhesives are mentioned. Circumstances of invention

of adhesives the most often used are described. Evolu-

tion of things commonly used including adhesives, like

for example postage stamps or adhesive tape, is discus-

sed. In the final part current trends in adhesive technology

are described.

Wstęp

ciągnie nitkę do góry, kładzie tam swoje jajo i kilka sekund

trzyma w tej pozycji aż do utwardzenia włókna (rys 1 b). Osy

polne spożywają drobne cząsteczki drewna, rozdrabniają je

mechanicznie, a następnie chemicznie przez trawienie. Po-

wstająca papka jest podobna do kleju do tapet opartego na

karboksymetylocelulozie (rys. 1 c) [8]. Wosk pszczeli zacho-

wuje się jak topliwy klej termoplastyczny. Dopóki przebywa

w organizmie owada jest płynny. Po wydzieleniu na zewnątrz

wosk schładza się i klej ulega utwardzeniu.

Od wielu lat toczą się spory dotyczące ustalenia najstar-

szej techniki łączenia. Odkrycia archeologiczne z ostatnich

kilkudziesięciu lat sprawiły, iż o ten prymat konkuruje tylko

lutowanie i klejenie. Klejenie, zwłaszcza pierwotne, było tech-

nologią nieskomplikowaną i bazującą na naturalnych, po-

wszechnie dostępnych materiałach, co stanowiło ewolucyjną

przewagę w porównaniu z lutowaniem. Jednak z drugiej stro-

ny składniki roślinne czy zwierzęce nie były tak odporne na

czynniki środowiskowe i w przeciwieństwie do stopów metali

wiele z nich nie przetrwało do dnia dzisiejszego, stąd mało

jest dowodów materialnych, świadczących o obecności klejów

w dalekiej przeszłości. Najstarsze odkrycia archeologiczne

datują początki lutowania na epokę kamienia, 3400 lat p.n.e.

[1], a niektóre źródła nawet na 7000÷5800 lat p.n.e. [2]. Kle-

jenie natomiast znane było już w czasach prehistorycznych,

a jego początki datuje się na paleolit górny 40÷12 tys. lat p.n.e.,

a nawet wcześniej, 80 tys. lat p.n.e. [3÷7].

Przyroda inspiracją klejenia

Inspiracją powstania wielu rodzajów klejów była przyro-

da. Wiele używanych dzisiaj spoiw ma swoje bezpośred-

nie odpowiedniki w naturze. Przykładem są owadożerne

rosiczki wyposażone w czułki porastające powierzchnie li-

ści z błyszczącymi kroplami lepkiej cieczy, wabiącej i unie-

ruchamiającej ofiary (rys. 1 a) [3, 8]. Ciecz ta nie wysycha

i jest podobna do kleju stosowanego w taśmach obustronnie

przylepnych. Samice złotooka pospolitego, zielonego owada

o dużych oczach i długich przejrzystych skrzydłach, przykle-

jają jaja do liści, gałązek i owoców drzew lub krzewów [8].

Jaja składane są na szypułce, funkcjonującej na zasadzie

kleju cyjanoakrylowego. Owad składa kroplę kleju na liściu,

Rys. 1. Przyroda inspiracją dla

klejenia: a – rosiczka, b – złotook

pospolity, c – osy pospolite [14]

Fig. 1. Nature as an inspiration for

gluing: a – sundew, b – green la-

cewings, c – common wasps [14]

Rys. 2. Naturalne przykłady wykorzy-

stania techniki klejenia: a – termitiera,

b – gniazdo jaskółki, c – gekon [14]

Fig. 2. Natural examples of use of ad-

hesive technology: a – termite mound,

b – swallow nest, c – gecko [14]

Dr hab. inż. Zbigniew Mirski, prof. nadzw. PWr, dr inż. Tomasz

Piwowarczyk – Politechnika Wrocławska.

Przegląd sPawalnictwa 8/2008

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: