om

3. ÎMBINĂRI PRIN LIPIRE ŞI ÎNCLEIERE 3.1. Îmbinări prin lipire 3.1.1. Introducere Îmbinările prin lipire se realizează cu ajutorul unui material de adaos (aliaj de lipit), care este adus în stare fluidă prin încălzire la o temperatură inferioară cu cel puţin 50°C, comparativ cu temperatura de topire a materialelor pieselor de îmbinat. În stare topită, aliajul de lipit pătrunde între suprafeţele pieselor, realizând îmbinarea printr-o aderare puternică, datorită difuziei particulelor aliajului şi formării unei zone reduse de aliere de suprafaţă (fig. 3.1; 1-aliaj de lipit; 2- zona de aliere de suprafaţă; 3- zonă de difuzie; 4- metal de bază).

Fig. 3.1 Lipirile, în funcţie de scopul urmărit, pot realiza o îmbinare sau o încărcare (depunerea unui aliaj de lipit pe suprafaţa unei piese). Îmbinările prin lipire s-au impus datorită avantajelor pe care le prezintă: deformaţiile şi tensiunile remanente sunt reduse, comparativ cu îmbinările sudate; structura şi proprietăţile mecanice ale materialelor pieselor îmbinate nu suferă modificări, deoarece încălzirea se face la temperaturi relativ scăzute; lipsa fisurilor (defect relativ des întâlnit în cazul îmbinării sudate); lipsa concentratorilor de tensiuni (defect întâlnit în cazul nituirii); posibilitatea îmbinării pieselor subţiri, fără riscul apariţiei arderilor (în cazul îmbinării tablelor, sârmelor etc.); au rezistenţă relativ mare, datorită faptului că lipirea se face pe întreaga suprafaţă de contact a pieselor îmbinate; utilajele folosite pot fi simple şi ieftine; se obţin îmbinări estetice

ORGANE DE MAŞINI

care nu necesită prelucrări ulterioare; pot fi executate de muncitori cu o calificare scăzută. Dezavantajele îmbinărilor pin lipire sunt legate de: rezistenţă mecanică şi termică scăzute, comparativ cu îmbinările sudate; aliajele de lipit sunt relativ scumpe. Executarea îmbinărilor prin lipire necesită o curăţare a suprafeţelor care urmează a fi lipite (prin îndepărtarea oxizilor, grăsimilor etc.), pentru protejarea suprafeţelor utilizându-se fluxuri pentru lipit, după care se aplică aliajul de lipit în stare topită (acest aliaj poate fi livrat sub formă de sârmă, vergele, foi, granule, pulberi, pastă etc.). Notarea aliajelor de lipit se face conform SR ISO 3677:1994 [23]; codul de notare este format din două părţi pentru aliajele de lipire moale şi din trei părţi pentru aliajele de lipire tare şi sudare prin lipire (părţile se despart prin cratime). Prima parte a codului indică domeniul de utilizare a aliajului de lipit şi conţine o singură literă: S- lipire moale; B- lipire tare şi sudură prin lipire. A doua parte a codului indică simbolurile diverselor metale sau nemetale ale aliajelor de lipit; primul este simbolul chimic al elementului principal al materialului de adaos (aliaj de lipire), urmat de masa nominală (cu precizie de ± 1%); dacă conţinutul elementului de aliere este prezentat sub forma unui interval, valoarea utilizată în notare va fi media intervalului, rotunjită la cel mai apropiat întreg; urmează simbolurile chimice ale altor metale sau nemetale din compoziţia aliajului, indicate în ordinea descrescătoare a conţinutului procentual; în cazul aliajelor pentru lipire moale, fiecare simbol chimic trebuie să fie urmat de masa nominală în procente a elementului respectiv (dacă două sau mai multe elemente au aceeaşi masă nominală în procente, acestea vor fi plasate în simbol în ordinea descrescătoare a numărului atomic); metalele sau nemetalele cu un conţinut sub 1% nu trebuie indicate (excepţie fac elementele funcţionale care sunt indicate cu simbolul chimic în cazul aliajelor de lipire moale sau cu simbolul chimic între paranteze pentru lipire tare sau sudare prin lipire; se recomandă indicarea simbolurilor chimice ale primilor şase constituenţi; pentru aliajele de lipire moale folosite în electronică, partea a doua a simbolului trebuie urmată de litera E. Partea a treia a simbolului se foloseşte doar pentru aliajele de lipire tare şi sudare prin lipire; sunt indicate temperaturile de început şi sfârşit ale solidificării (în grade Celsius); prima este temperatura solidus, iar a doua temperatura lichidus, cele două temperaturi fiind separate printr-o linie oblică. Suprafeţele pieselor care urmează a fi lipite trebuie să fie netede, fără defecte, iar rugozitatea cuprinsă în intervalul R a = 0,8...1, 6µm . Lipiturile se pot executa prin diferite metode: - cu ciocanul de lipit- ciocanul de lipit este executat din cupru şi este încălzit direct la flacără sau electric; se foloseşte la lipirile moi, pentru o producţie de serie mică sau unicate; - cu flacără oxiacetilenică sau lampă de lipit; se foloseşte la lipirile moi şi tari, în special pentru piesele din oţel, aliajele de cupru, într-o producţie de serie mijlocie; - în baie- cu aliaj de lipit topit sau sare topită, încălzirea realizându-se cu eletrozi de grafit; se foloseşte la lipirile moi şi tari, pentru piese din aliaje de cupru şi aluminiu într-o producţie de serie mare; - prin inducţie- încălzirea se realizează cu inductori în formă de bobină sau placă, cu curenţi de joasă tensiune şi înaltă frecvenţă; se foloseşte la lipirile moi şi tari, pentru piese din material feromagnetic, într-o producţie de masă (se poate automatiza); - prin încălzire în cuptor- cuptorul poate fi încălzit electric, cu gaz sau cu ulei, asigurându-se un control riguros al temperaturii; se foloseşte la lipirile moi şi tari, pentru piese de dimensiuni mici şi mijlocii, într-o producţie de serie mare;

74

ORGANE DE MAŞINI

- cu rezistenţe electrice- încălzirea se realizează cu electrozi de contact, executaţi din cupru-crom (prin care trece curentul electric); se foloseşte la lipirile moi şi tari, având avantajul timpului scurt de încălzire; - cu raze laser- sursele pot fi: laser YAG, rubin sau CO 2 ; se foloseşte în industria electronică pentru realizarea lipirilor moi; - cu ultrasunete- aliajul topit pătrunde în rost sub influenţa undelor ultrasonore produse de un echipament de construcţie specială; se foloseşte la lipirile moi şi tari, pentru piesele din aluminiu, cupru, argint etc. Fluxurile pentru lipire se folosesc pentru: îndepărtarea oxizilor de pe suprafeţele pieselor care se lipesc (îndepărtarea grosieră a oxizilor şi a altor impurităţi se face cu peria de sârmă, hârtie abrazivă, prin polizare, pilire etc.); prevenirea oxidării metalului de bază sau de adaos; eliminarea impurităţilor şi a gazelor de pe suprafeţele de îmbinat; îmbunătăţirea umectării suprafeţelor (uşurează procesul de lipire). Pentru protejarea suprafeţelor de îmbinat şi a aliajului de lipire (în timpul procesului de lipire) contra formării oxizilor, se poate folosi un gaz protector inert sau se poate aplica tehnologia de lipire în vid; reducerea oxizilor de pe suprafeţele de îmbinat şi de pe suprafaţa aliajului de lipire se poate face cu un gaz protector reducător. În funcţie de rezistenţa mecanică şi de punctul de topire al aliajului de lipire îmbinările prin lipire pot fi: lipiri moi, care se obţin cu aliaje de lipit având temperatura de topire sub 400°C; lipiri tari, care au o rezistenţă mecanică superioară, iar aliajele de lipit au temperatura de topire cuprinsă în intervalul 500...800°C. Fluxurile pentru lipiri moi, respectiv tari sunt reglementate, în funcţie de temperatură şi presiune, prin STAS 11576-83.

3.1.2. Lipiri moi Lipirile moi se aplică în cazul unor solicitări slabe, pentru asamblări de etanşare, conexiuni de conductori electrici sau pentru remedierea unor defecte ale pieselor turnate; aceste tipuri de îmbinări au o rezistenţă mecanică redusă, aproximativ 40 MPa la o temperatură de 20°C, care scade cu creşterea temperaturii de regim (temperatură care depinde de tipul aliajului de lipit), dar nu poate depăşi 300°C. Aliajele de lipit sunt reglementate, ca formă şi compoziţie chimică, prin SR EN 29453:1995; cel mai utilizat material de adaos este aliajul pe bază de staniu-plumb cu decapant (STAS 11159-78), având temperatura de topire cuprinsă în intervalul 180...310°C; în cazuri deosebite se pot folosi aliajele de argint; se livrează (aliajele de lipit) sub formă de bare, vergele, sârmă, blocuri, benzi, pulberi sau grăunţi (exemplu de notare: S-Sn60 Pb40 Sb, unde Sn=60%, Pb=39% şi stibiu 0,4% şi temperatura solidus/lichidus S 183°C-L 191°C. Fluxurile pentru lipiri moi se livrează sub formă solidă, lichidă sau pastă şi se pot clasifica în: compuşi chimici care previn oxidarea (stearina, colofoniu); compuşi anorganici care îndepărtează oxizii (acidul clorhidric, clorura de amoniu, clorura de zinc). Lipirile moi se realizează (în cele mai multe cazuri) prin suprapunere (permit un montaj uşor şi se poate creşte rezistenţa prin mărirea lungimilor de suprapunere- fig. 3.2); se recomandă ca l = (4...6)s , unde s este grosimea piesei mai subţiri. Recomandarea, în cazul

75

ORGANE DE MAŞINI

lipirii pieselor tubulare, este ca suprapunerea să fie mai mare decât diametrul ţevii mai mici (fig. 3.3). Rostul dintre elementele îmbinării de recomandă a fi cuprins în intervalul 0,025...0,25 mm.

Fig. 3.2

Fig. 3.3

Lipirile moi se folosesc pentru îmbinarea următoarelor materiale: - aliaje de cupru: • aliajele Cu-Zn (alamele) necesită fluxuri active (alcool metilic, clorură de zinc, acid clorhidric liber etc.); după lipire se recomandă aplicarea unui tratament de recoacere; • aliajele Cu-Al şi Cu-Si necesită fluxuri speciale (acid ortofosforic, soluţie apoasă de acid clorhidric şi clorură de zinc 25%); - aluminiu- lipirea se realizează dificil datorită conductivităţii termice mari şi tenacităţii cauzate de stratul de oxid; pentru realizarea unor lipiri de calitate se recomandă preîncălzirea pieselor la temperaturi cuprinse în intervalul 365...375°C; - oţeluri inoxidabile- lipirea se realizează relativ greu din cauza aderenţei oxidului la suprafaţă; ca fluxuri se recomandă acidul hidrocloric saturat cu zinc sau combinaţii ale acestuia cu acid acetic (10%); - magneziu- se foloseşte pentru remedierea unor defecte cum ar fi retasuri, goluri etc.

3.1.3. Lipiri tari Lipirile tari pot atinge performaţele îmbinărilor sudate, ajungând la o rezistenţă de rupere de 1200 MPa, rezilienţă de 500 kJ/ m 2 la o temperatură de -196°C şi cu temperaturi de regim de 400°C; se utilizează în domenii diverse: prelucrarea prin aşchiere (lipirea plăcuţelor din carburi metalice la sculele aşchietoare), construcţia de echipamente nucleare, industria electronică, instalaţii frigorifice etc.

76

ORGANE DE MAŞINI

Aliajele de lipire tare, larg utilizate sunt: aliaje Cu-Zn pentru lipire (STAS 204-77); aliaje de lipire tare cu conţinut de argint (STAS 8971-87); aliaje de lipire tare cu conţinut de Cu-Pb, Cu-Pb-Ag (STAS 12620-88); vergele Cu-Zn pentru sudare prin lipire (STAS 295-71); aceste aliaje se livrează sub formă de sârme şi vergele (exemple de notare: aliaje pentru lipire tare B-Ag72 Cu-780, unde Ag=72%, Cu=28%, aliaj eutectic binar, temperatura de topire 780°C; aliaje pentru sudare prin lipire B-Cu59 Zn-850/885, unde Cu=59%, Zn=40%, St=0,5%, Si=0,2%, Mn=0,2%, Ni=0,1%, temperatura solidus/lichidus S 850°C-L885°C). Fluxurile pentru lipiri tari sunt reglementate prin STAS 12113-90 şi au în compoziţie boraţi, fluorboraţi, fluoraţi sau cloraţi de sodiu, potasiu şi litiu, acid boric, hidroxid de potasiu sau sodiu, borax topit; aceste fluxuri se livrează sub formă de pulbere, pastă sau soluţie, gaze (pentru lipirile în cuptor) sau ca înveliş pe sârmă de lipit. Lipirile tari se execută prin fixarea pieselor cu ajutorul clemelor, punctelor de sudură, niturilor, iar pentru asamblarea ţevilor se recomandă prelucrarea mecanică (pentru siguranţa realizării rostului); mărimea rosturilor este în funcţie de materialele de bază şi tipul aliajului de lipit, putând avea valori de până la 0,65 mm. Cele mai utilizate procedee prin care se obţin lipirile tari, sunt: - cu flacără oxigaz, lipire în fantă cu sau fără flux (fig. 3.4; 1- amestec de gaz combustibil; 2- arzător; 3- fantă; 4- piese; 5- flacără lată; 6- cusătură lipită; 7- aliaj de lipit); pentru lipirea manuală se deplasează arzătorul; pentru lipiri mecanizate sau automatizate se deplasează piesa sau arzătorul); - cu flacără oxigaz, lipire în rost de flux (fig. 3.5; 1- amestec de gaz combustibil; 2- arzător; 3- cusătură lipită; 4- flacără ascuţită; 5- piese; 6-rost; 7-aliaj); - acoperiri executate cu arzătoare speciale de încărcare; - cu arc electric (fig. 3.6.; 1- electrod de cărbune; 2- portelectrod; 3-sursă; 4-piese; 5-rost; 6arc electric; 7-cusătură lipită; 8-aliaj pentru lipire tare).

Fig. 3.4

Fig. 3.5

Lipirile tari se folosesc pentru îmbinarea următoarelor materiale: - oţeluri inoxidabile; materialele de adaos sunt aliaje pe bază de aur-nichel (82%Au; 18%Ni), cu rezistenţă mecanică ridicată, cu proprietăţi anticorozite şi termorezistente; lipirea se execută în cuptor sub vid, cu rosturi mici (0,04...0,08 mm), suprafeţele necesitând o prelucrare îngrijită (rugozitate 0,8 μm ); - titanul şi aliajele sale; materialele de adaos pot fi aliaje Cu-Ni (70...90%Cu; 10...30% Ni), unde trebuie aplicată o acoperire cu crom (15...30 μm ), urmată de o acoperire cu Ni (8...12 μm ), lipirea executându-se în vid, piesele fiind strânse de o presiune de până la 1 MPa sau aliaje Au-Cu (80% Au; 20% Cu), lipirea executându-se în cuptor sub vid; 77

ORGANE DE MAŞINI

- aluminiu; materialul de adaos este pe bază de aluminiu, siliciu, cupru sau zinc; fluxurile cele mai des utilizate sunt clorurile sub formă de pudră uscată; se execută prin încălzire cu flacără sau în cuptor.

Fig. 3.6

3.1.4. Calculul şi proiectarea îmbinărilor prin lipire Proiectarea îmbinărilor prin lipire presupune parcurgerea următoarelor etape: - stabilirea cerinţelor impuse îmbinărilor şi procesul tehnologic de lipire; calitatea şi costul îmbinării depind de cerinţele valorii de utilizare a îmbinării, cerinţele tehnice şi economice impuse procesului tehnologic de lipire, cerinţele legate de starea şi aspectul suprafeţelor, precizia dimensională, locul pe care îl ocupă piesa în ansamblu; - alegerea aliajului de lipit se face în funcţie de: caracteristicile mecanice ale acestuia, temperatura de funcţionare, proprietăţile de curgere în rost şi de umectare a materialului de bază, capacitatea de lipire a materialului de bază, pericolul apariţiei unei reacţii chimice între aliajul de lipit şi materialul de bază, costul aliajului; - stabilirea metodei de execuţie a îmbinării; metoda de execuţie este determinată de: calitatea materialelor, forma şi dimensiunile pieselor îmbinate, fluxul (gazul protector) folosit; - alegerea tipului de îmbinare, depinde de natura solicitărilor mecanice, mărimea rostului, valoarea rezistenţei mecanice; - dimensionarea; aceasta se face constructiv, după care se verifică, unde se ţine seama că rezistenţa îmbinărilor lipite depinde de fenomenul de difuzie între aliajul de lipit (materialul de adaos) şi materialul de bază, de alierea de suprafaţă dintre cele două materiale şi de grosimea startului de lipit. Defectul îmbinării lipite este definit prin orice abatere de la continuitate, formă, dimensiune, aspect şi structură (STAS 12077-82), prescrise în standard sau în documentaţia tehnică a produsului. Defectele des întâlnite în practică sunt: fisurile (discontinuităţi bidimensionale situate în cusătură, zona de difuzie sau metalul de bază); goluri (discontinuităţi tridimensionale); incluziunile solide (corpuri străine în cusătură); lipsa de legătură (lipsa totală sau parţială a îmbinării metalelor de bază cu aliajul de lipit); defectele de formă (abaterea formei îmbinării lipite faţă de forma specifică). Soluţiile constructive alese pentru îmbinările prin lipire trebuie să evite solicitările la tracţiune şi încovoiere, recomandându-se solicitările la forfecare.

78

ORGANE DE MAŞINI

Calculul îmbinărilor prin lipire se face în ipoteza că secţiunea periculoasă se află în zona aliajului de lipit; lipire sunt asimilate cu sudurile şi se calculează după cum urmează: - tensiunea la forfecare, în cazul lipirii prin suprapunere a două table solicitate la tracţiune (fig. 3.7), este F τf = ≤ τaf , (3.1) b⋅l unde: b este lăţimea de suprapunere a tablelor; l - lungimea de suprapunere; τaf rezistenţa admisibilă la forfecare a materialului de adaos;

Fig. 3.7 este

tensiunea la forfecare, în cazul îmbinării a două ţevi solicitată la tracţiune (fig. 3.8),

79

ORGANE DE MAŞINI

τf =

F ≤ τaf , π⋅d ⋅l

(3.2) în care d este diametrul exterior al ţevii mai mici;

este

Fig. 3.8 tensiunea de forfecare, în cazul îmbinării a două ţevi solicitate la torsiune (fig. 3.9),

τf =

este

2M t 1 ⋅ ≤ τaf ; d π⋅d ⋅l

(3.3)

Fig. 3.9 tensiunea la forfecare, în cazul îmbinării arbore-butuc solicitată la torsiune (fig. 3.10),

τf =

2M t 1 ⋅ < τaf ; d π⋅d ⋅b

(3.4)

80

ORGANE DE MAŞINI

Fig. 3.10 - tensiunea, în cazul lipirii cap la cap solicitată la tracţiune (fig. 3.11), este F σt = ≤ σat , (3.5) s⋅l în care s este grosimea tablelor (sau tablei mai subţiri), iar σat - rezistenţa admisibilă la tracţiune a materialului de adaos;

Fig. 3.11 - tensiunea, în cazul lipirii în T solicitată la încovoiere (fig. 3.12), este 6 ⋅ F⋅ m σt = ≤ σat . b ⋅ s2

(3.6)

Fig.3.12 Calculul prezentat (relaţiile 3.1...3.6) este unul de verificare; dacă condiţia de inegalitate nu este respectată se alege un material de adaos cu caracteristici mecanice superioare; σat şi τaf sunt rezistenţele admisibile ale materialului de adaos, obţinute cu relaţiile:

81

ORGANE DE MAŞINI

σlim τ şi τaf = lim , (3.7) c c unde, dacă tensiunile limită σlim şi τlim sunt tensiunile de curgere ale materialului de adaos σ02 şi τ02 , atunci coeficientul de siguranţă se alege c = 2 , iar dacă tensiunile limită sunt tensiunile de rupere σ r şi τr , atunci c = 3 . σat =

3.2. Îmbinări prin încleiere 3.2.1. Introducere Îmbinările nedemontabile prin încleiere, a pieselor metalice sau nemetalice, se realizează cu ajutorul unui adeziv plasat între suprafeţele pieselor asamblate. Lipirea cu adezivi se bazează pe adeziunea dintre un lichid şi un corp solid, fiind explicată prin apariţia fenomenului de adsorbţie, care se manifestă la nivel molecular. Încleierea, în funcţie de natura adezivului, se produce la rece sau la cald, cu sau fără presarea pieselor de asamblat, într-un timp mai scurt sau mai lung, prin evaporarea solventului care a dizolvat adezivul. Avantajele încleierii, faţă de alte tipuri de asamblări, sunt: se pot îmbina materiale diverse; rezistenţă şi rigiditate superioare; distribuţia foarte bună a tensiunilor pe suprafeţele îmbinate, fără concentratori de tensiuni care ar reduce rezistenţa la oboseală a asamblării; tehnologie simplă care nu necesită temperaturi ridicate, care ar putea produce modificări de structură ale materialelor de bază, deformări şi tensiuni remanente; nu sunt necesare tratamente termice sau prelucrări mecanice ulterioare; se pot obţine îmbinări etanşe la presiune sau vid; se pot îmbina table foarte subţiri (sub 0,4 mm); îmbinările prezintă o elasticitate suficientă, rezistenţă la îndoire, şocuri termice şi vibraţii; greutatea structurii creşte foarte puţin; în general, asigură izolarea termică şi electrică; sunt neutre din punct de vedere magnetic; au o bună rezistenţă la coroziune; au un aspect plăcut; necesită instalaţii ieftine şi muncitori cu o calificare scăzută. Dezavantajele utilizării îmbinărilor prin încleiere sunt legate de: temperatura de regim mică (depinde de natura adezivului), fiind cuprinsă în intervalul 80...120 °C, dar poate ajunge la valori de 250...450 °C (dacă se folosesc adezivi din materiale anorganice); rezistenţa mecanică a adezivului este dependentă de temperatură; îmbinarea se realizează într-un timp relativ mare; pentru adezivii care realizează îmbinarea la cald sunt necesare dispozitive speciale de fixare şi surse de căldură care diminuează productivitatea şi măresc costul; sensibilitatea la temperaturi scăzute sau foarte mari, la şocuri sau încovoiere; în timp, apare fenomenul de îmbătrânire care diminuează rezistenţa mecanică a îmbinării; calitatea îmbinării depinde de respectarea tehnologiei prescrise de producătorul adezivului; dificultăţi în stabilirea defectelor îmbinării; în cele mai multe cazuri se folosesc adezivi toxici şi inflamabili, fapt pentru care sunt necesare măsuri speciale de protecţie a muncii. Domeniile de utilizare a îmbinărilor prin încleiere sunt diverse: la asamblarea tablelor subţiri în construcţia de autovehicule; în construcţia de material rulant; în construcţii aerospaţiale; asamblări arbore-butuc; remedierea defectelor de suprafaţă a pieselor turnate; la realizarea izolaţiilor termice, acustice sau electrice; la obţinerea materialelor sportive; la realizarea instrumentelor muzicale; în industria maselor plastice şi cauciucului; în industria 82

ORGANE DE MAŞINI

pielăriei; în electrotehnică (la lipirea circuitelor imprimate, a bobinajelor şi tolelor); în instalaţii sanitare; la asamblarea conductelor şi căptuşirea rezervoarelor pentru produse corozive.

3.2.2. Materiale şi tehnologie Îmbinarea prin încleiere se produce datorită fenomenului de aderenţă dintre stratul de adeziv şi suprafeţele pieselor, precum şi coeziunii interioare a straturilor de adeziv. Materialul de adaos (adezivul) are în componenţă: materialul de bază (liantul), solvenţi, materiale de umplutură şi catalizatori. Materialul de bază asigură rezistenţa adezivului şi poate fi o răşină termoplastă, termorigidă sau un elastomer. Solvenţii au rolul de a înlesni aplicarea adezivului prin reducerea vâscozităţii acestuia (prin evaporarea solventului, în general, adezivul trece în stare solidă). Materialele de umplutură îmbunătăţesc proprietăţile fizico-mecanice ale adezivilor; aceste materiale (de umplutură) pot fi pulberi minerale, oxizi de metal sau fibre. Catalizatorii accelerează procesul de solidificare a adezivilor. Adezivii se pot clasifica după următoarele criterii: - după natura adezivului pot fi: organici şi sintetici; anorganici; - după consistenţa adezivului: solizi (pulberi, granule, folii); lichizi; pastă; - după mecanismul de întărire: prin răcire; prin îndepărtarea dizolvantului; prin reacţii chimice. Alegerea adezivului se face în funcţie de: mărimea şi forma suprafeţelor îmbinate, locul de îmbinare, estetica şi aspectul economic; condiţiile de mediu şi limitele temperaturii de funcţionare; proprietăţile fizico-chimice şi mecanice ale materialelor de bază. Tehnologia prin care se realizează încleierea presupune parcurgerea următoarelor etape: - pregătirea suprafeţelor prin curăţare mecanică sau chimică; - pregătirea adezivului; - aplicarea adezivului se face cu pensula, rola etc., în cazul unei producţii de unicate sau prin pulverizare, în cazul unei producţii de serie; - uscarea prealabilă a stratului de adeziv; - îmbinarea, care constă în suprapunerea suprafeţelor pieselor şi menţinerea acestora la temperatura de întărire, cu sau fără presare; - curăţirea îmbinării; - controlul îmbinării, care în general, este unul nedistructiv (prin ciocănire, ultrasunete etc). Adezivul în stare lichidă umectează şi umple golurile celor două suprafeţe care urmează să fie lipite, le acoperă uniform, tinzând să îndepărteze impurităţile. La suprafaţa corpurilor solide există un câmp de forţe care intră în acţiune cu cel al mediilor gazoase, lichide sau solide cu care acesta se află în contact; acest proces poate fi însoţit şi de chemisorbţie, care constă în legături de valenţă ale atomilor de suprafaţă dintr-o legătură chimică a moleculelor; în cazul adezivilor sintetici, porţiuni ale lanţului de polimeri sunt legate de suprafaţa corpului solid, restul intrând în masa de adeziv, care devine astfel capabilă să transmită solicitări exterioare prin legături chimice de valenţă dintre molecule. O îmbinare prin încleiere este formată din (fig. 3.13), piesele (poziţiile 1 şi 5) care urmează să fie îmbinate, zonele de contact (poziţiile 2 şi 4) între materialul de bază şi adeziv, pelicula de adeziv (poziţia 3) [24].

83

ORGANE DE MAŞINI

Fig. 3.13 Starea suprafeţei piesei influenţează forţele intermoleculare de atracţie pe care se bazează adeziunea dintre adeziv şi suprafaţa piesei. Contactul intim între adeziv şi suprafaţa piesei se obţine dacă distanţa dintre moleculele celor două elemente este cât mai mică; această condiţie este îndeplinită dacă adezivul este un lichid care udă suprafaţa piesei şi se întinde într-o peliculă subţire. Capacitatea de udare a adezivului se defineşte prin unghiul de contact α obţinut între planul tangent la suprafaţa picăturii (de adeziv) şi planul tangent la suprafaţa piesei într-un punct lichid-solid (fig. 3.14) [24].

Fig. 3.14 Pentru un unghi α = 0 , se consideră că adezivul udă complet suprafaţa şi se întinde cu o viteză dependentă de vâscozitatea adezivului şi rugozitatea piesei. Rezistenţa unei îmbinări prin încleiere este influenţată de următorii factori : - grosimea stratului de adeziv ; în general, rezistenţa îmbinării creşte o dată cu scăderea grosimii peliculei de adeziv (printre altele şi datorită reducerii excentricităţii sub care acţionează sarcina exterioară) ; grosimea optimă a stratului de adeziv este cuprinsă în intervalul 0,02...0,5 mm ; - masa moleculară a adezivului; o masă moleculară mare asigură proprietăţi fizicomecanice bune; - temperatura de funcţionare; creşterea temperaturii peste 1000 C produce, în general, scăderea rezistenţei îmbinării; temperatura ridicată de funcţionare accelerează fenomenul de îmbătrânire a adezivului; - presiunea; o dată cu creşterea presiunii (forţei) aplicată pieselor de îmbinat, creşte şi suprafaţa de contact dintre adeziv şi suport, rezultând măriri ale rezistenţei îmbinării; - mediul înconjurător; îmbinările prin încleiere sunt influenţate negativ de mediul înconjurător; o bună stabilitate o au adezivii pe bază de fenol-cauciuc (rezistenţa scade cu numai 10...15%, după zece ani de exploatare); pentru îmbinările aflate sub acţiunea produselor petroliere, soluţiilor de săruri, acizilor şi bazelor se recomandă utilizarea adeziunilor termoreactivi; pentru a reduce acţiunea negativă a solvenţilor organici asupra îmbinărilor prin încleiere se recomandă folosirea adezivilor termoplastici.

84

ORGANE DE MAŞINI

3.2.3. Proiectarea îmbinărilor prin încleiere Proiectarea unei îmbinări prin lipire se bazează pe următoarele elemente: caracteristicile materialelor din care sunt executate piesele care se îmbină; solicitările la care urmează să fie supusă îmbinarea, temperatura de regim, variaţiile de temperatură etc.; tipul de adeziv folosit, modul de aplicare al adezivului, timpul şi condiţiile de întărire (uscare) a adezivului; alegerea soluţiei constructive (varianta constructivă adoptată trebuie să asigure preluarea sarcinii, iar solicitarea să se facă în direcţia rezistenţei maxime a îmbinării); rezistenţa adezivului la solicitări (se ţine seama de caracteristicile mecanice ale adezivului, grosimea stratului de adeziv, rigiditatea pieselor îmbinate etc.). Îmbinările prin lipire se execută având în vedere următoarele recomandări: stratul de adeziv trebuie să fie subţire, continuu şi uniform; pentru piesele care se îmbină sunt de preferat suprafeţele poroase sau permeabile (suprafeţele lucioase, netede şi neabsorbante nu realizează îmbinări de calitate); pentru a evita efectul de cojire (produs de acţiunea excentrică a sarcinii), între grosimea s a elementelor asamblate şi lungimea de suprapunere l (fig. 3.16), trebuie să existe următoarele relaţii l ≤ 15t (pentru solicitări statice) şi l ≤ 26t (pentru solicitări variabile). Proiectarea unei îmbinări prin încleiere se face ţinând seama de rezistenţa acesteia la ruperea prin forfecare (fig. 3.15,a), ruperea în cazul solicitării la tracţiune (fig. 3.15,b), desprinderea prin cojire (fig. 3.15,c), rezistenţa la oboseală, acţiunea mediului înconjurător etc.

Fig. 3.15 Calculul de rezistenţă al îmbinărilor prin încleiere nu ridică probleme deosebite, realizându-se în general, similar celui pentru îmbinările prin lipire. Impunând condiţia de egală rezistenţă a îmbinării (prin încleiere) cu cea a materialului de bază, se obţine lungimea de suprapunere, cu una din relaţiile: s ⋅ σ02 s ⋅ σr l= sau l = , (3.8) τa τa unde: s este grosimea pieselor îmbinate; σ02 este limita de curgere a materialului de bază; σ r - rezistenţa de rupere a materialului de bază; τa - rezistenţa de rupere la forfecare a adezivului. În calcule rezistenţa la forfecare a adezivului se stabileşte în funcţie de precizările producătorului (pentru asamblarea pieselor din materiale plastice se recomandă: τa = 9MPa pentru solicitări statice; τa = 6MPa pentru solicitări cu ciclu oscilant; τa = 3MPa pentru solicitări cu ciclu alternant).

85

ORGANE DE MAŞINI

În figura 3.16 sunt prezentate îmbinările prin încleiere, dintre care, rezistenţa cea mai scăzută o are îmbinarea cap la cap (fig. 3.16,a). Pentru a rezista la solicitări mai mari se recomandă utilizarea încleierii înclinate (fig. 3.16,b), a suprapunerii (fig. 3.16,c,d, h, i) sau a ecliselor (fig. 3.16,e, f, g, j).

Fig. 3.16 Soluţiile recomandate pentru îmbinarea pieselor tubulare sunt prezentate în figura 3.17.

Fig. 3.17

86