KURZUS: Gépelemek

MODUL: II. modul: Kötőgépelemek. Kötési módok. Csavarkötések. Tengelykötések. Oldható és nem oldható kötés fajták

7. lecke: Nem oldható kötések. Forrasztott, ragasztott és hegesztett kötések kialakítása, típusai és méretezése

| Tevékenység
Olvassa el a Gépszerkezettan II. jegyzet 81-117. oldalain (a 2.2.3., 2.2.4 és 2.2.5. alfejezet) található tananyagot! Nézze át az alábbi, a követelmények után található összefoglalást és kidolgozott mintapéldákat! Tanulmányozza át a minimum rajzos kérdések részben található ábrákat! Tanulmányozza át a Gépszerkezettan II-III segédlet 28-29 oldalain lévő kidolgozott feladatait!
A tananyag tanulmányozása közben az alábbiakra figyeljen:
Sorolja fel az anyaggal záró kötések jellemzőit! Ismételje át a forrasztott, ragasztott és hegesztett kötésekre vonatkozó ábrázolási szabályokat! Tanulja meg milyen kötés a forrasztás! Tanulja meg a forrasztott kötés jellemzői! Sorolja fel a forrasztás előnyeit, hátrányait! Ismertesse a forrasztás fajtáit és ezek különbségeit! Milyen kötéstípusokat használnak forrasztott kötés esetén? Ábra alapján ismerje fel a hevederes és az átlapolt forrasztott kötést! Tanulja meg, hogyan méretezzük a forrasztott kötéseket! Tanulja meg, mi jellemzi a ragasztott kötéseket! Ismertesse, hogyan jön létre a ragasztott kötés! Adjon választ arra, hol használjuk leginkább a ragasztást! Sorolja fel a ragasztás előnyeit és hátrányait! Jellemezze a leginkább elterjedt ragasztóanyagokat! Ismertesse, hogyan történik a fémek ragasztása! Sorolja fel mik a ragasztott kötések kialakítási szempontjai! Ábra alapján ismerje fel a hevederes és az átlapolt ragasztott kötést! Tanulja meg a ragasztott kötések nyírásra történő méretezésének alapelveit! Tanulja meg, milyen anyagok egyesítésére használjuk a hegesztést! Tanulja meg, hogy kötés létrehozásán kívül mire használatos még a hegesztés! Ismertesse a hegesztő eljárások csoportosítási lehetőségeit! Sorolja fel az egyes csoportokba tartozó hegesztési eljárásokat! Ismertesse a hegesztett kötések hátrányait! Tanulja meg, milyen varratfajtákat használunk! Rajzolja le a különböző varratfajták kialakításának módjait! Jellemezze a különböző hegesztett kötéseket! Hogyan határozható meg a varrat hasznos hossza, ill. a varrat keresztmetszete? Tanulja meg, hogyan méretezzük a hegesztett varratokat nyugvó terhelésre! Tanulja meg a témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését és párosítsa azok mértékegységeit is! Tanulja meg kívülről az összefoglalóban kiemelt betűvel jelölt összefüggéseket, valamint a többi képlet használatát példákon keresztül! Többször rajzolja le szabadkézzel papírra a minimum rajzos részben található ábrákat! Majd ellenőrizze azok helyességét!
Követelmények
A tananyag elsajátítása akkor tekinthető sikeresnek, ha Ön
Listából ki tudja választani az anyaggal záró kötések jellemzőit. Ismeri a forrasztott, ragasztott és hegesztett kötésekkel kapcsolatban tanult ábrázolási szabályokat! Listából ki tudja választani a forrasztott kötés jellemzőit, előnyeit, hátrányait. Meghatározások közül ki tudja választani a lágy- és keményforrasztás jellemzőit. Ismeri a hevederes és az átlapolt forrasztott kötés kialakításának módját. Meghatározások közül ki tudja választani a forrasztott kötések méretezési alapelveit. Ismeri a forrasztott kötés méretezésének módját nyírásra, és meg tudja határozni a kötés jellemzőit, ha a kötést alapanyaggal egyenértékű teherviselésre méretezzük. Felsorolásból ki tudja választani a ragasztott kötés jellemzőit. Meghatározások közül felismeri, melyik jellemzi a ragasztott kötés kialakulását. Felsorolásból ki tudja választani a ragasztás legjellemzőbb felhasználási területeit. Listából ki tudja választani a ragasztott kötés előnyeit, hátrányait. Felsorolásból ki tudja választani a ragasztóanyagok jellemzőit. Felsorolásból ki tudja választani a ragasztott kötések kialakítási szempontjait. Ismeri a hevederes és az átlapolt ragasztott kötés kialakításának módját. Méretezési szempontok közül ki tudja jelölni a ragasztott kötésre jellemzőt. Ismeri a ragasztott kötés méretezésének módját nyírásra. Listából ki tudja választani azokat az anyagokat, amelyek kötéseinek létrehozására a hegesztést használjuk. Felsorolásból ki tudja választani a hegesztés egyéb felhasználási területeit. Ismeri az egyes hegesztési eljárásokat és leírásból azonosítani tudja azokat. Ki tudja választani a hegesztett kötések hátrányait. Ábráról felismeri és le tudja rajzolni a különböző varratfajták kialakításának módjait. Jellemzőik alapján azonosítani tudja az egyes varratfajtákat. Meghatározások és ábrák alapján felismeri a hegesztett kötéseket. Meg tudja határozni a varrat hasznos hosszát, ill. a varrat keresztmetszetét. Ismeri a hegesztett varratok nyugvó terhelésre történő méretezési eljárását. Ki tudja számolni a kötés húzószilárdságát valamint a kötés jellemzőit nyugvó terhelés esetén. A témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését ismeri, és mértékegységeit is párosítani tudja. Listából ki tudja választani az összefoglalóban felsorolt helyes számítási összefüggéseket. Önállóan le tudja rajzolni a minimum rajzos részben található ábrákat.
A tananyag összefoglalása, további információk a tananyaghoz
Ha egy kötéssel szemben nem követelmény a roncsolásmentes bonthatóság, vagyis az összekötött alkatrészek szétszerelhetősége, akkor ún. nem oldható kötéseket alkalmaznak.
Ilyen kötésnek tekintjük a szegecskötést, a hegesztést, a forrasztást és a ragasztást, de ide tartozik a szilárd illesztésű tengelykötés is. Ebben a leckében a forrasztott, ragasztott és hegesztett kötést ismertetjük. (A másik kettőt a 6. leckében találják.)
Forrasztás
Célja: mechanikus vagy elektromos kapcsolat létrehozása két vagy több alkatrész között.
Csak a hozaganyagot olvasztjuk meg, amely a tervezett kötés helyén újból megdermedve adhéziós kapcsolatot hoz létre az összekötendő elemek között. Ehhez a felületeket megfelelően tisztítani kell.
Fajtái:
keményforrasztás: (a forrasztóanyag vörösréz, réz, ezüst, sárgaréz (ömlesztési hőfoka t>500 °C) viszonylag nagyobb szilárdságú kötések; τ B = 180-270 [MPa] vörösréz forrasztásnál. lágyforrasztás: (a forraszanyag ón, cink, ólom ötvözet (olvadáspontja t < 300 °C) a létrehozott kötés mechanikai szilárdsága kicsi: τ B = 20-86 [MPa] ón forrasztásnál, τ B = 120 [MPa] ón-kadmium forrasztás esetén; de biztonságos elektromos kapcsolatok létrehozása érdekében.
A forrasztás előnyös tulajdonságai:
az alacsony forrasztási hőmérséklet, nem keletkeznek hő okozta feszültségcsúcsok, elhúzódások, repedések, jó a villamos vezetőképesség, jók a tömítési tulajdonságok, mivel a forraszanyag rugalmassági modulusa általában kisebb az alapanyagénál, ezért a kötés rugalmasabb.
Hátrányos tulajdonságai:
az aránylag kis terhelhetőség, a gondos előkészítés igénye, a forraszanyagok viszonylagos drágasága.
Ragasztás
A ragasztás egyik legkorszerűbb, alapvetően anyagzáró, a felületi érdesség miatt részben alakzáró, roncsolás nélkül nem oldható kötési eljárás.
A kötés szintetikus anyaggal, vegyi reakció révén jön létre, az egyes alkatrészek és a ragasztóréteg között adhézió, a réteg belsejében kohézió útján.
A ragasztott kötés szilárdságát leginkább befolyásoló adhézió erőssége a ragasztóanyag nedvesítő hatásával jellemezhető. A felületre cseppentett folyadék nedvesítése annál jobb, minél kisebb a folyadékfelszín érintője és a fémfelület által bezárt peremszög értéke.
Előnye:
az érintkező felületek teljes terjedelmében biztosítja a kötést, elmaradnak a szegecsek számára készített lyukak, amelyek helyi feszültségcsúcsokat okozhatnak, nincs szükség az anyagok helyi felmelegítésére, amelyek hegesztésnél az anyag vetemedésével járó feszültségeket okozzák, a különböző fémek összekötésén kívül fémes-nemfémes kapcsolat is létesíthető.
Hátránya:
némely ragasztóanyagnak a kötés létrehozásához szükséges nyomás (2 MPa) és hőmérséklet igénye (140-195 °C) magas, a fajlagos terhelhetősége kicsi, ezért aránylag nagy felületekre van szükség, hőhatásra általában érzékeny (nagyobb hőmérséklet csökkentheti a kötésszilárdságot).
Hegesztés
A hegesztés azonos, vagy közel azonos összetételű fémek, illetve ötvözetek egyesítése hőhatással, fémhozaganyag hozzáadásával vagy anélkül.
A hegesztett kötést meghatározza:
a varratalak és méretei, a hegesztés módja, a hegesztés utáni megmunkálás (ha szükséges).
A hegesztett kötések ábrázolására vonatkozó információk a Műszaki ábrázolás c. jegyzetben (156-163. oldal) találhatók, amelyet Önök már előzőleg megkaptak és használtak az ábrázolási szabályok megismerésére. Ismételjék át ezeket a tudnivalókat!
A hegesztett kötések előnyei:
az összekötendő elemeket furatok nem gyengítik, az erőátadás nem pontszerű, lényeges, kb. 15-20%-os súlymegtakarítás.
A varratok elhelyezkedését és vonalvezetését az összekötendő elemek alakja határozza meg, míg a varrat alakját az összekötendő elemek vastagságának ismeretében választhatjuk meg (Jegyzet: 4. és 5. táblázat).
A hegesztési varratok csoportosítása:
A hegesztett kötések optimális kialakításának szempontjai:
a hegesztési varrat mindig feszültséggyűjtő hely; ezek a feszültségek nagymértékben függnek a varrat vonalvezetésétől, a hegesztési eljárástól és a hegesztő gyakorlottságától; a hosszú, vékony varratokat előnyben kell részesíteni a rövid, vastag varratokkal szemben; több varrat találkozását lehetőleg kerülni kell; ha adott helyre homlok- és oldalvarrat egyaránt kialakítható, akkor oldalvarratot készítsünk, mert azonos méretek mellett a szilárdsága sokkal kedvezőbb; szilárdsági szempontból az önmagukban záródó varratok a legjobbak; lehetőleg olyan helyen alakítsunk ki varratot, ahol az igénybevétele húzás vagy nyomás (a nyírást, a csavarást és a hajlítást, ha lehet, kerüljük).
A használt számítási összefüggések
A táblázatban azon összefüggések szerepelnek, amelyeket a számítások megoldása során használunk. A kiemelt betűkkel írt megnevezések az úgynevezett minimum képletek, amit fejből tudniuk kell! A nem kiemelt összefüggéseket képletjegyzék formájában a vizsgán felhasználhatják. A választásos feladatokban a helyes a minimum képleteket (a kiemelt összefüggések) kell megjelölni a megadott lehetőségek közül.
Forrasztott kötés
A nyírófeszültség alapegyenlete | τ= F b⋅l ≤ τ m e g = τ B n
Az alapanyaggal egyenértékű teherviselés esetén | F= σ m e g ⋅b⋅s= τ m e g ⋅b⋅l
A szükséges átlapolási hossz | l=s⋅ σ m e g τ m e g
Ragasztott kötés
Ellenőrzés nyírásra | τ v = F b⋅l ≤ τ v m e g
A megengedett nyírófeszültség | τ v m e g = τ B n
Hegesztett kötés
A húzó feszültség | σ= F A v ≤ σ m e g ⇒F=σ⋅ A v
A varrat keresztmetszete | A v =a⋅ l h =a⋅(l−2⋅a)
A húzószilárdság | F h =F⋅v=σ⋅ A v ⋅v
Kiegészítés és kidolgozott mintapéldák a 7. lecke tananyagához
1. Forrasztott kötés méretezése
Egy átlapolt forrasztott kötés forraszanyagára (vörösréz) megengedett húzószilárdság értéke τ B =180 N/mm2, a biztonsági tényező n=1,8. A kötést az alapanyagéval egyenértékű teherviselésre méretezzük. Határozza meg a szükséges átlapolási hosszat, ha a lemez szélessége 150 mm, a lemez vastagsága 14 mm és az alapanyagra megengedett húzófeszültség 250 N/mm2!
A megengedett feszültség a forraszanyagra:
τ m e g = τ B n = 180 1,8 =100 N/m m 2
Ha a kötést az alapanyagéval egyenértékű teherviselésre méretezzük az átlapolási hossz a következőképpen határozható meg:
F= σ m e g ⋅b⋅s= τ m e g ⋅b⋅l⇒l=s⋅ σ m e g τ m e g =14⋅ 250 100 =35 m m
A forrasztott kötés átlapolási hosszának értelmezése
2. Ragasztott kötés méretezése
Egy 8×80 mm keresztmetszetű (s×b) laposacélt átlapolt kötéssel ragasztunk fel egy lapra l=60 mm hosszúságban. Mekkora a kötés biztonsági tényezője, ha az átlagos kötésszilárdság τ B = 30 N/mm2 és a terhelő erő 72 kN nagyságú?
Az átlapolt és hevederes ragasztott kötések fő méretei
A kötés nyírásra történő méretezésekor használt összefüggések:
τ v = F b⋅l ≤ τ v m e g és τ v m e g = τ B n . Ezekből a biztonsági tényező kifejezhető n= τ B τ v = τ B ⋅b⋅l F ⇒
n= τ B τ v = τ B ⋅b⋅l F = 30⋅80⋅60 72000 =2
3. Hegesztett kötés méretezése
Két s= 15 mm vastag acéllemezt hegesztett tompavarrattal kötünk össze (s=a). Az alapanyag folyáshatára 355 N/mm2, valamint az alapanyagra megadott biztonsági tényező értéke 1,6. A hegesztési varrat gyengítési tényezője 0,8. Az ábrán látható szélességűre készített lemezek esetén mekkora a kötés húzószilárdsága?
A hegesztett kötés méretei
A megengedett feszültség az alapanyagra:
σ m e g = R e H n = 355 1,6 =221,875 N/m m 2
A varrat keresztmetszete a varrat hasznos hosszával:
A v =a⋅ l h =a(l−2⋅a)=15⋅(120−2⋅15)=1350 m m 2
A kötés húzószilárdsága:
F h = σ m e g ⋅ A v ⋅v=221,875⋅1350⋅0,8=239625 N
Minimum rajzos kérdések:
Átlapolt és hevederes forrasztott kötés
Különböző kötésfajták feszültségeloszlása
(a: ragasztás; b: szegecselés; c: hegesztés)
Folyadékcseppek nedvesítési tulajdonságai
Átlapolt (a) és hevederes (b) ragasztott kötések
A lefejtődés és azt meggátló kötésbiztosítási módok
A "V" varrat kialakítása
Különböző keresztmetszetű sarokvarratok
Éleikkel illeszkedő lemezek összekötése élvarrattal, három lemezvég összekötése T varrattal
A varrat mértékadó keresztmetszete
Szemléltető ábrák
Forrasztópáka
Szélvédő, járműelemek, karosszéria ragasztása
Csövek, ragasztása a gyakorlatban
Hegesztőpisztoly készlet lánghegesztéshez, CO2 védőgázas hegesztőpisztoly
Argon védőgázas wolframelektródás ívhegesztés AWI munkaállomása és művelete

| Ellenőrző kérdések
A leckék végén található feladatoknál választásos feladatoknál, párosításos feladatoknál, igaz-hamis eldöntésénél és számítási feladatoknál is csak a teljesen jó megoldást fogadjuk el! (Modulzáró feladatoknál adunk meg pontszámokat a feladatokhoz, amiből már lehet látni a feladatok erősségét! Egyedül a számítási feladatoknál használunk részpontozást!) Felhívjuk figyelmét, hogy a számítási feladatoknál a részeredményeket ne kerekítse, hanem a további számításokhoz a pontos értéket (a számológépen megjelenő összes tizedest) vegye figyelembe! Az eredményeket mindig csak két tizedesjegy pontossággal írja be! (Egész szám és tizedes esetén sem kell kiírni a szám végén található nullákat!)
1. Válassza ki az alábbi állítások közül azt, amelyik igaz az anyaggal záró kötésekre!
| Az alkatrészek között anyag létesít kapcsolatot.
| A kötést az alkatrészek anyagának alakja hozza létre.
| A kötést az alkatrészek között fellépő súrlódási erő létesíti.
2. Jelölje meg az alábbi állítások közül azokat, amelyek igazak a forrasztott kötésekre!
| Forrasztáskor forraszanyag segítségével hozunk létre kapcsolatot alkatrészek között.
| Az adalékfém olvadáspontja egyezik az összekötendő két fém olvadáspontjával.
| A határfelületeken diffúziós folyamat megy végbe, ami lehűlés után adhéziós kötést eredményez.
| A forrasztott kötéseket a jó hővezetés és az elektromos vezetőképesség miatt főleg a műszeripar és a híradástechnika használja.
| A forrasztás nem igényli a felületek tisztítását.
3. Válassza ki az alábbi felsorolásból a forrasztás előnyeit!
| Jó villamos vezetőképesség, jó tömítési tulajdonságok.
| Alacsony forrasztási hőmérséklet.
| Nem kell hozzá külön szerszám.
| Rugalmas kötést biztosít.
| Olcsó a forraszanyag.
| Nem keletkeznek hő okozta feszültségcsúcsok, repedések, elhúzódások.
| A forrasztás varratmentes kötést ad.
4. Jelölje meg azokat az állításokat, amelyek igazak a lágyforrasztásra!
| A kötés szilárdsága nagy.
| A kötés szilárdsága kicsi.
| A forraszanyag olvadáspontja kisebb, mint 300 °C.
5. Válasza ki az alábbi felsorolásból azokat a jellemzőket, amelyek igazak a ragasztott kötésekre!
| A ragasztás elavult kötési eljárás.
| A ragasztás roncsolással oldható, anyagzáró kötést hoz létre.
| A ragasztás korszerű kötési eljárás, amely alkalmas fémes, nemfémes és műanyagok kötéseinek kialakítására is.
| A ragasztást csak erre kiképzett szakember végezheti.
| Alkalmas fémes, nemfémes és műanyagok kötéseinek kialakítására is.
| Csak azonos vagy hasonló összetételű anyagok összekötésére alkalmas.
6. Válassza ki az alábbi listából a ragasztás előnyeit!
| A legkülönfélébb anyagok is összeköthetők ragasztással.
| Egyenletes a terhelésátadás, nincs feszültségkoncentráció.
| Alkalmas kopásálló réteg felrakására is.
| Jó villamos szigetelő, ellenáll a vegyi hatásoknak, festhető, zajcsökkentő és lengéscsillapító hatású.
| Nagy a fajlagos terhelhetősége.
7. Jelölje be az alábbi felsorolásban a ragasztóanyagok jellemzőit!
| Hő hatására keményednek.
| Lehetnek állati eredetűek, növényi alapanyagúak, vagy műanyag származékok.
| Hővel szembeni viselkedésük alapján lehetnek: hőre lágyulók, vagy hőre keményedők.
| A ragasztóanyagok csak hidegen használhatók.
8. Válassza ki az alábbi listából a ragasztott kötések kialakítására igaz meghatározásokat!
| A ragasztott kötések alkalmazásánál kerülni kell a hajlító igénybevételt, mivel ez a lemezszélek felválásához vezethet.
| Az igénybevétel nem befolyásolja a ragasztott kötés szilárdságát.
| A kötés szilárdsága csak a ragasztóanyagtól függ.
| A kötés helyes szerkezeti kialakítása azt jelenti, hogy a ragasztott szerkezet nyíró igénybevételnek van kitéve.
| A ragasztott kötések kialakítása célszerűen terhelőerő irányú átlapolt vagy hevederes kötés.
9. Válassza ki az alábbi listából azokat az anyagokat, amelyek összekötésére a hegesztést használhatjuk!
| Műanyagok.
| Színesfémek.
| Könnyűfémek.
| Acélok és ötvözeteik.
10. Jelölje meg az alábbi felsorolásban azokat a területeket, ahol a hegesztést használjuk!
| Finommechanikai elemek rögzítése.
| Kopásálló felületi réteg kialakítása.
| Törött alkatrészek újraegyesítése.
| Villamos ipari javítások.
| Kopott alkatrészek méretnövelő javítása.
11. Válassza ki az alábbi felsorolásból a hegesztett kötések hátrányait!
| Hegesztés következtében tetemesen nő az alkatrészek súlya.
| Az elkészítése szakképzettséget kíván.
| A varratok kialakítása előtt furatokat kell készíteni.
| A hegesztési sorrend be nem tartása elhúzódásokhoz vezet.
| A magas hőmérséklet kedvezőtlenül hat a kristályszerkezetre, aminek következtében feszültségek maradnak vissza.
| A terhelésátadás vonalszerű, ami kedvezőtlen.
| A feszültséggyűjtő helyeken nő a ridegtörés veszélye.
12. Az alábbi ábrákon hegesztési varratokat metszetben ábrázolva. Azonosítsa ezeket a varratokat! (A válaszok megadásához használja a számbillentyűket!) 1. Egyoldali tompa U-varrat 2. Egyoldali tompa V-varrat 3. Sarokvarrat
13. Az alábbiakban hegesztési varratcsoportok jellemzőit olvashatja. Azonosítsa a jellemzők alapján a varratokat! (A válaszok megadásához használja a számbillentyűket!) 1. sarokvarrat 2. kötővarrat 3. két oldalról készülő varrat 4. tompavarrat 5. fűzővarrat A azonos síkban elhelyezkedő lemezek (alkatrészek) kötéseinek létrehozására alkalmasak. A hegeszthető lemezvastagság 3-20 mm. A egymásra merőleges lemezek (alkatrészek) egyesítésére szolgálnak, akár 80 mm lemezvastagságig.
14. Válassza ki egy átlapolt forrasztott kötés forraszanyagát a lent megadott húzószilárdság ( τ B ) adatok alapján, ha a biztonsági tényező eléri legalább az n=2 értéket! A kötést az alapanyagéval egyenértékű teherviselésre méretezzük. Egyéb adatok: a lemez átlapolási hossza 30 mm, a lemez vastagsága 10 mm és az alapanyagra megengedett húzófeszültség 300 N/mm2!
| Ón forraszanyag, τ B =60 N/mm2
| Kadmium forraszanyag, τ B =120 N/mm2
| Vörösréz forraszanyag, τ B =250 N/mm2
15. Két s= 12 mm vastag acéllemezt hegesztett tompavarrattal kötünk össze (s=a). Az alapanyag folyáshatára 400 N/mm2, valamint az alapanyagra megadott biztonsági tényező értéke 1,5. A hegesztési varrat gyengítési tényezője 0,85. Mekkora (teljes) varrathosszúságot kell készítenünk, hogy a kötés megfelelő szilárdságú legyen, ha a kötést terhelő erő F=200 kN? l= mm
16. Válassza ki ragasztott kötés méretezésénél alkalmazott, a nyírásra történő méretezésre vonatkozó helyes számítási összefüggést!
| τ v = F b⋅l ≤ τ v m e g
| σ v = F b⋅l ≤ σ v m e g
| σ v = F b⋅s ≤ σ v m e g
| τ v = F b⋅s ≤ τ v m e g
| τ v = F 2⋅b⋅l ≤ τ v m e g
17. Válassza ki hegesztett kötésnél a húzószilárdság meghatározására vonatkozó helyes számítási összefüggését!
| F h =τ⋅ A v ⋅v
| σ h =F⋅ A v ⋅v
| F h =σ⋅ A v ⋅v⋅l
| F h =σ⋅ A v ⋅v
| F h =σ⋅ A v ⋅l