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 bl τ meg = τ B n
Az alapanyaggal egyenértékű
teherviselés esetén
F= σ meg bs= τ meg bl
A szükséges átlapolási hossz l=s σ meg τ meg
Ragasztott kötés
Ellenőrzés nyírásra τ v = F bl τ vmeg
A megengedett nyírófeszültség τ vmeg = τ B n
Hegesztett kötés
A húzó feszültség σ= F A v σ meg F=σ A v
A varrat keresztmetszete A v =a l h =a(l2a)
A húzószilárdság F h =Fv=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 meg = τ B n = 180 1,8 =100N/m m 2

Ha a kötést az alapanyagéval egyenértékű teherviselésre méretezzük az átlapolási hossz a következőképpen határozható meg:

F= σ meg bs= τ meg bll=s σ meg τ meg =14 250 100 =35mm

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 bl τ vmeg és τ vmeg = τ B n . Ezekből a biztonsági tényező kifejezhető n= τ B τ v = τ B bl F

n= τ B τ v = τ B bl F = 308060 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 meg = R eH n = 355 1,6 =221,875N/m m 2

A varrat keresztmetszete a varrat hasznos hosszával:

A v =a l h =a(l2a)=15(120215)=1350m m 2

A kötés húzószilárdsága:

F h = σ meg A v v=221,87513500,8=239625N

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 bl τ vmeg
σ v = F bl σ vmeg
σ v = F bs σ vmeg
τ v = F bs τ vmeg
τ v = F 2bl τ vmeg
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 vl
F h =σ A v v
F h =σ A v l