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膠粘劑黏合法在高速艇和客船上層建筑中的應用

   2021-08-30 1450
核心提示:作為一種新的輕質材料連接方法,膠粘劑黏合法在船舶制造業中受到越來越多的關注。鋁合金和復合材料經常被用在客船和高速船的上層
 作為一種新的輕質材料連接方法,膠粘劑黏合法在船舶制造業中受到越來越多的關注。鋁合金和復合材料經常被用在客船和高速船的上層建筑中,小的船只基本全由這些材料制成,目的是為了減輕重量,也是為了使生產更有效。現在的連接方法,比如鋁的熔焊接、鉚接或螺栓連接都非常昂貴,而且不能保持令人滿意的長期性能。膠粘劑黏結一些吸引人的地方有:它不改變基體材料的性能;允許異種材料的粘合;它不要求熱加工,因此不會有相伴隨的熱變形和火災危害的問題;它有很大的靈活性。
  在造船業中已有一些膠粘劑黏合的應用。現代客輪和郵輪的窗戶表面都采用了普通的設計特點。這些窗戶通常是用彈性膠粘劑粘合起來的,這樣大限度的減少對玻璃的壓力。此外,鋼鐵結構的位移可以通過改變膠層厚度來擺平。目前膠粘劑的另外一個應用是用來粘接快速客輪的座椅圍欄和內部甲板,這樣做是為了使用比焊接中建議的小厚度還要薄還要輕的甲板木材。Reavey在“膠粘劑黏合法在氣墊船中的使用”中指出,這些氣墊船都是通過飛機粘結技術和設計實現建造成的。Reavey也作出結論:粘合的鋁制接頭有非常好的耐久性,但是很昂貴。
 
  材料選擇:
  在應用中選擇合適的膠粘劑需要考慮粘合的物體的形狀、加載條件和生產要求。在應用中,基板或貼壁通常是預先確定的,一些情況中,表面處理(涂料,底漆等)也是提前確定的。這些材料和表面處理可以通過標準的調查問卷來確定,調查的結果也可以用來編制膠粘劑選擇需求清單。基于這些要求,人們可能會要求膠粘劑供應商推薦合適的粘合劑。
  需求清單內容包括:
  材料和表面處理
  要粘合的物體的幾何形狀和加載條件
  服務溫度
  生產的環境和服務環境
  膠粘劑的應用
  固化條件
  要求的壽命
  由于對詳細的粘合物形狀和加載條件沒有或只有一個模糊的概念,所以這里關于粘合強度的要求相對較少。因此,膠粘劑的選擇主要基于一些常規的因素,比如預期的服務環境和生產要求。
  進一步的篩選測試將會進行來選擇粘合設計過程中所用的材料。篩選測試的目的是為了減少可能存在的、適用于不同膠粘材料(比如鋼鐵、鋁和復合材料)的膠粘劑、底料、涂料和其他一些表面處理的結合。測試將會被有效的選擇從而獲得相應的測試數據。所有的測試共同遇到的一點是樣本簡單而且生產成本低。這里使用的典型測試有焊縫剝離試驗(只針對于柔性膠粘劑)、剪切試驗以及波音楔形塊檢驗。有關測試的老化條件由需求清單上確定的實際使用環境來決定。
 
  接頭設計和分析
  成功的粘合接頭設計需要了解接頭的力學知識、幾何知識、被粘接部分所用材料的知識、服務加載、環境條件和檢查完成的接頭存在的要求。有了這些信息,你可以設計接頭的局部幾何形狀,并決定怎樣組裝接頭和用夾具輔助加工接頭(如果有必要)。
  關于如何設計局部幾何圖形和怎樣進行(簡單)應力分析可以通過一些文獻中的舉例來發現。一般來說需要有一個更好的關于造船應用中如何進行整個設計過程的文件。該理論已在很多案例中被開發(例如航空工業),但終用戶在進行船舶接頭設計時仍然非常困難。
  就分析搭接而言,有許多封閉式解決方案是可行的,可以用來評估粘合強度。然而,這些規則不適合復雜幾何形狀的粘合,那么的選擇就是進行FE分析。FE分析需要有大量的經驗,要特別關注失效準則(沒有普遍的失效準則)、非線性材料成型技術、成型假設、成型簡化和一些臨界條件。許多情況下,通過沒有進行額外標定實驗的數值模擬來預測粘合強度是不可能的。因此,一個實用的方法是使用全尺寸的測試樣本進行測試。
  接頭設計中需要考慮的一些重要方面有:
 
  由機械載荷和熱載荷引起的應變;
  蠕變:尤其對只能承載非常小的靜載荷的柔性粘合劑非常重要。
  生產設計:確保表面處理和膠粘劑的簡單應用,并組裝接頭。
  腐蝕性:足夠的電絕緣,避免不同材料之間的腐蝕,如鋼鐵和鋁。
  接頭的可檢驗性:允許超聲探頭接入,可以視覺上檢查接頭。
  NDE/NDI檢測方法使用注釋:
  目前用來檢測接頭粘合強度的方法沒有一個是非破壞性的,因此NDE/NDI檢測方法是作為生產過程中整體質量戰略的一部分被使用的。超聲波可用于確認膠粘劑正確的填充在膠層中。粘合強度可以通過選擇正確的基體材料、表面處理、膠粘劑和工藝參數得以保證。材料系統的性能是通過(加速)老化測試體現出來的。NDE/NDI檢測方法用來確認接頭是根據規格進行生產的。
 









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