Klejenie metali

Zastosowanie połączeń klejonych

Łączenie metali za pomocą klejenia jest coraz częściej stosowane ze względu na dużą wytrzymałość połączenia, brak naprężeń w złączu oraz niskie koszty tej technologii łączenia. Zaletami połączeń klejonych są ponadto zdolność tłumienia drgań, możliwość wykonania połączenia bez stosowania obrabiarek, drogich narzędzi i materiałów oraz brak zjawisk elektrochemicznych, występujących zwykle podczas łączenia metali innymi metodami. Wadą połączeń klejonych jest ich stosunkowo mała odporność na wzrost temperatury otoczenia (maleje wówczas wytrzymałość połączenia). Niektóre kleje są mało odporne na działanie gleby, mimo że są jednocześnie odporne na działanie benzyny i olejów. Można jednak połączenie uodpornić na działanie wody przez pomalowanie złącza. Metodą klejenia łączyć można ze sobą nie tylko metale i stopy, ale także metale z nie metalami, metale z tworzywami sztucznymi, szkłem, porcelaną, tkaninami i innymi materiałami. Klejenie metali jest stosowane w produkcji nowych wyrobów oraz w naprawie maszyn i urządzeń. Połączenia klejone metali są obecnie stosowane w konstrukcjach lotniczych, pojazdach samochodowych, taborze kolejowym i wielu innych maszynach i urządzeniach.

Naprawa części maszyn klejeniem i kitowaniem z użyciem kitów, najczęściej epoksydowych, ma wiele zalet:
A) technologia klejenia i kitowania jest bardzo prosta, bez konieczności stosowania specjalnych maszyn i narzędzi,
B) istnieje możliwość dokonania naprawy bez demontażu lub przy częściowym demontażu maszyn czy urządzenia oraz bez konieczności używania dźwigów,
C) można dokonać naprawy w miejscu wystąpienia awarii,
D) obróbka wykańczająca po naprawie jest prosta,
E) naprawy można dokonać w miejscach trudno dostępnych,
F) połączenie odznacza się dobrą szczelnością

Rodzaje klejów

Do klejenia metali używa się najczęściej klejów epoksydowych, fenolowych, karbinolowych, poliuretanowych, kauczukowych, poliestrowych, silikonowych, winylowych i poliamidowych. Kleje i kity składają się przede wszystkim z żywicy podstawowej oraz utwardzacza i rozcieńczalnika. Niekiedy stosuje się jeszcze przyspieszacze, środki modyfikujące i napełniacze. Najczęściej klej przyrządza się bezpośrednio przed użyciem, dodając do żywicy utwardzacza i rozcieńczalnika lub innych środków. Kleje są na ogół dostarczane w zestawach i zawierają dokładny opis przygotowania kleju i technologii klejenia.

Kleje epoksydowe produkuje się w Polsce pod nazwą Epidian. Kleje te są oznaczone różnymi numerami zależnie od zastosowania i własności.

Epidian 5 – utwardzany na zimno – należy przed użyciem przygotować, dodając do żywicy epoksydowej utwardzacza w ilości dziesięciokrotnie mniejszej w stosunku do ilości żywicy. Utwardzacz należy bardzo dokładnie i równomiernie wymieszać z żywicą, aby otrzymać dobrą jednorodność klejonego złącza. Czas mieszania powinien wynosić około 3 minut. Do mieszania należy używać szklanej pałeczki.

Powierzchnie przeznaczoną do sklejenia należy dokładnie oczyścić i zmyć załączonym do kleju specjalnym zmywaczem, a następnie nałożyć cienką warstwę kleju na powierzchnię obu klejonych części i dokładnie docisnąć. Czas utwardzania kleju w temperaturze pokojowej wynosi 12 godzin. Klej ten (podobnie jak pozostałe) jest sprzedawany w zestawie składającym się z żywicy utwardzacza i zmywacza do oczyszczenia klejonej powierzchni.

Epidian 100 – utwardzany na gorąco – jest gotowym klejem, czyli nie wymaga dodawania utwardzacza ani innych składników przed użyciem. Ma on postać żółtego lub pomarańczowego proszku. W temperaturze 40 do 50 stopni C ma konsystencje ciastowatą, a w temperaturze 100 do 120 stopni C staje się cieczą. Klej przed użyciem należy podgrzać i w postaci płynnej lub półpłynnej nałożyć na powierzchnie klejone po uprzednim ich oczyszczeniu. Utwardzenie kleju następuje wyłącznie na gorąco w temperaturze 130 do 190 stopni C. Czas utwardzania zależy od temperatury utwardzania. Minimalny czas utwardzania w temperaturze 150 stopni c wynosi 4 godziny, a w temperaturze 190 stopni C – 50 minut. Nadaje się wyłącznie do klejenia i jest nanoszony na powierzchnie rozgrzane.

Epidian 51, 52, 53 i 58 – jest używany do klejenia oraz do klejenia połączonego z laminowaniem.

Epidian 55 jest stosowany do klejenia, klejenia z laminowaniem i kitowania

Epidian 101 stosuje się głównie do klejenia i uszczelnienia odlewów. W przeciwieństwie do Epidianu 100 może być on nanoszony na zimne powierzchnie. Klej ten utwardza się tylko w temperaturze 130 do 190 stopni C, podobnie jak Epidian 100. składa się on z dwóch płynnych składników, które miesza się ze sobą bezpośrednio przed użyciem.

Oprócz klejów stosuje się także pasty. Pasta Epidian 410 służy przede wszystkim do kitowania, szczególnie elementów ze stopów aluminium. Może być również zastosowana do klejenia.

Epidiany 430 i 433 są kitami i składają się z dwu składników. Oba składniki miesza się ze sobą bezpośrednio przed użyciem. Kity te znajdują również zastosowanie do kitowania przedmiotów ceramicznych, betonowych i kamiennych.

Do klejenia metali znajduje zastosowanie również klej karbinolowy stabilizowany. Czas utwardzania kleju w temperaturze pokojowej wynosi od trzech do pięciu dni.

Obecnie można stosować wiele innych, dostępnych klejów, których cechą eksploatacyjną jest bardzo krótki czas uzyskania prawidłowego połączenia (np. Cyjanopan, PASCFIX).

Przygotowanie do klejenia powierzchni metalu

Powierzchnie klejone powinny być bez ciał obcych i jednorodne. Powierzchnie pokryte smarem lub w jakikolwiek inny sposób zanieczyszczone nie nadają się do klejenia.

Przygotowanie powierzchni stali do klejenia polega na mechanicznym oczyszczeniu powierzchni za pomocą szlifowania na szlifierce lub za pomocą piaskowania. Jako operację końcowa stosuje się zwykle odtłuszczanie w ciekłym trójchloroetylenie lub w jego parach. Jeżeli powierzchnia jest ogrzewana w czasie nakładania kleju, to wystarczy samo odtłuszczanie.

Jako środki obróbki chemicznej stosuje się również krótkotrwałe kąpiele w stężonym roztworze amoniaku, po którym następuje przemywanie wodą i suszeniu w piecu.

Przygotowanie powierzchni stopów aluminium polega przeważnie na chemicznym oczyszczeniu. Powierzchnie miedzi i jej stopów mogą być przygotowane mechanicznie i chemicznie.

Przygotowanie powierzchni zapewniające największa wytrzymałość na ścinanie połączeń klejonych składa się z następujących operacji:
A) odtłuszczanie w parach trójchloroetylenu w ciągu około 5 minut,
B) odtłuszczanie w specjalnym ciekłym rozpuszczalniku w ciągu około 20 minut,
C) płukanie w zimnej wodzie około 5 minut,
D) trawienie w temperaturze 60 stopni C w roztworze o składzie: 27,3 części (masy) kwasu siarkowego, 7,5 części dwuchromianu sodowego, 65,2 części wody,
E) płukanie w wodzie o temperaturze nie wyższej niż 65 stopni C w ciągu około 5 minut,
F) suszenie gorącym powietrzem w ciągu około pół godziny.

Proces klejenia

Proces klejenia metali składa się z dwu operacji:
A) naniesienia kleju na powierzchnię elementów łączonych,
B) dociśnięcia klejonych powierzchni do siebie i utrzymania docisku, aż do doprowadzenia lepkiej masy kleju do postaci nieodwracalnie utwardzonej.

Klej na powierzchnie łączone nanosi się za pomocą pałeczki szklanej, pędzla lub pistoletu natryskowego. Powierzchnię najczęściej pokrywa się dwiema warstwami. Ilość nałożonego kleju decyduje o wytrzymałości połączenia klejonego. Zbyt mała ilość kleju powoduje obniżenie wytrzymałości połączenia klejonego.

Przed sklejeniem części należy pamiętać o wstępnym podsuszeniu warstwy naniesionego kleju do stanu największej przylepności. Po ustawieniu i dociśnięciu sklejanych elementów należy uniemożliwić ich wzajemne przesuwanie się. Proces sklejania (utwardzania klejów) jest zależny od temperatury, ciśnienia i czasu, dlatego sklejania dokonuje się na prasach.

Utwardzanie warstwy klejowej w złączu zależy w znacznej mierze od kształtu klejonych części. Najprościej proces tan przebiega, gdy mamy do czynienia z klejem utwardzalnym w temperaturze pokojowej i bez udziału ciśnienia. W tym przypadku do prawidłowego sklejenia części płaskich wystarczy zastosowanie zwykłych zacisków lub belek dociskowych.

Elementy łączone uważa się za sklejone wówczas, gdy klej dobrze stwardnieje. Należy przestrzegać ściśle czasu wymaganego do utwardzenia, który jest dla każdego kleju ściśle określony i podany w opisie używania kleju. Dopiero po upływie tego czasu można użytkować element klejony.

Oczyszczanie sklein może się odbywać – po stwardnieniu wycieków – za pomocą skrobaków ręcznych lub przyrządów zmechanizowanych. Lepiej jednak jest usunąć nadmiar kleju przed jego utwardzeniu poprzez potarcie tkaniną umoczoną w odpowiednim rozpuszczalniku.

Próbki bardziej odpowiedzialnych połączeń klejonych poddaje się badaniom wytrzymałościowym. Jakość klejenia zależy od kontroli dokonywanej w każdym etapie cyklu produkcyjnego. Kontrola wstępna ma miejsce w czasie przyjmowania i przechowywania kleju w magazynie. Kontrola podczas klejenia polega na sprawdzeniu jakości przygotowanej powierzchni i ścisłym przestrzeganiu warunków klejenia oraz na przygotowaniu próbek kontrolnych z zachowaniem tych samych parametrów klejenia i warunków pracy. Kontrola końcowa polega na kontroli gotowego zespołu. W przypadku wykonania lub naprawy zbiorników metodą klejenia kontrola polega również na sprawdzaniu ich szczelności.

Zasady bezpiecznej pracy podczas klejenia

Wszystkie operacje w procesie technologicznym klejenia należy wykonywać w rękawicach gumowych, w fartuchu szczelnie przylegającym do szyi i przegubu rąk. Wskazane jest pokrywanie skóry rąk, szyi i twarzy kremem ochronnym. Gdy podczas klejenia ma się do czynienia bezpośrednio z odczynnikami chemicznymi, to należy używać okularów ochronnych. Szczególną uwagę należy zachować przy posługiwaniu się trójchloroetylenem (szkodliwym dla zdrowia), w tych przypadkach należy pracować przy włączonych wentylatorach i wyciągach.

W pomieszczeniach, w których dokonuje się klejenia, istnieje duże zagrożenie pożarowe i dlatego nie wolno w tych pomieszczeniach palić papierosów ani używać otwartego ognia. Pomieszczenia te powinny być starannie wietrzone.