螺栓粘贴：专用感应器的移动式感应装置

在需要连接大面积薄壁构件的地方，螺栓等点固定元件非常受欢迎。不仅建筑行业如此，铁路车辆制造业或汽车制造业也是如此。有些型号的汽车需要在车身上安装数百个紧固螺栓。近几十年来，带提升点火的螺栓柱焊接方法已发展成为这类固定件的标准连接技术，技术成熟度较高。在传统的钢结构中，螺栓柱焊接技术由于工艺时间只有几毫秒，成本低，目前还没有遇到真正的竞争。然而，今天的制造工艺面临着巨大的时间和成本压力，它必须满足额外的要求，例如减轻零件的重量，这导致新材料的份额越来越大，例如高强度钢、铝和纤维增强塑料。对于这些只能有限焊接或者根本无法焊接的材料，必须开发新的螺栓连接技术，必须能够满足手工业和工业中极其苛刻的载荷要求。作为一种与材料无关的连接技术，螺栓连接技术将在本文所述的应用中发挥重要作用。感应装置可以快速产生螺栓粘接所需的热量。大多数情况下，人们一开始总是对粘接技术有很大的怀疑。第一个原因是广告保证万能胶是万能的(实际上不可能存在)，但还有一个原因。大多数人在自己使用这种粘合技术的时候已经有了不好的体验，比如卡在自家卫生间的毛巾挂钩掉了。相反，事实上，当今技术水平最高的汽车，在驱动力和舒适性方面都没有粘贴技术，在涂油钢板上的车身结构也没有粘贴技术，这是不可想象的。因此，从这种粘接技术外在形象的矛盾现象中可以得出结论，找到合适的胶粘剂，或者确切地说是合适的粘接体系，制定出合适的工艺，使粘接技术能够顺利地融入到现有的工艺中，是很重要的。粘贴的过程在几秒钟内完成，特别适合螺栓粘贴技术，因为这种技术不仅采用合适的粘合剂，而且与粘贴技术中最好的螺栓有直接的匹配关系，粘贴过程必须在几秒钟内完成，这样才有抵抗的能力。这样短的加工时间可以通过使用粘合剂来实现，但是粘合剂通常不具有所需的性能，或者通过使用粘合剂反应性粘合剂，这种材料至少可以在所需的节拍时间内通过加工辅助达到进一步加工所需的强度。通过一系列的大量试验发现，最好的方法是利用感应技术使螺栓快速升温，将技术要求高的螺栓永久性地贴在各种表面上。目前，厨房灶具上使用的感应技术是基于导电部件上产生的非接触式涡流(见图1)。感应生热过程的优点在于，它可以在几分之一秒内将大量热量局部传导到部件。如果如该实例中所述，使用热量来硬化邻近部件的粘合剂层，则可以实现几秒钟的处理时间。螺栓连接的成功取决于所用的粘合剂。为了找到合适的粘合剂，必须将所需的性能总结到任务书中。锚杆支护时，任务书包含以下主要要求：几秒钟内初强度；最终强度高；粘贴在不同的表面(涂油或涂层)；粘贴在不同的材料上；外用可抗衰老多年；可以暂时在插销上做；具有足够的储存稳定性。上述要求取决于相应的应用，因此可以相应地补充或更改其他要求。对具有各种几何形状的螺栓的各种材料进行的大量试验表明，原则上可以考虑将表中所列的粘合剂用于螺栓粘接。

如果这些粘合剂可以感应加热，就可以满足手工业和大型工业中的任务要求。正确的焊接系统来自所需的应用。螺栓的加热导致粘合剂形成网状交联。只有当可以在几分之一秒内提供初始强度所需的热量时，才可以采用前述的粘合剂系统。为了确保这一点，IFF开发了一种小型移动感应设备(图2)及其专用感应器，可以让用户在任何地方粘螺栓。感应电机为风冷，工作电压为230 V，对使用场所没有特殊要求。将涂有粘合剂的螺栓放入感应器中，螺栓自动固定在感应器中。在将螺栓放置在需要粘贴的位置后，通过感应加热螺栓的凸缘，这将导致粘合剂交联成网络。加热过程后，传感器从组件上垂直取下，而螺栓仍留在组件上。所需的热量取决于粘合剂，可以根据所需的加工时间进行估算。热量可视为图3中加热曲线下的面积，这取决于螺栓的几何形状、接通时间和设备的功率。大多数螺栓可以在几分之一秒内达到所需的额定温度。然而，这并不是在所有情况下都是合适的，因为一些粘合剂在这种极快的加热条件下容易形成气泡，并且由于时间太短和反应速度太快，粘合剂的网络结构可能不能正常形成。从技术角度来说，3 ~ 4 s的加热时间和较厚的螺栓(更大的热能)造成的冷却延迟可以促成更好的结果。然而，快速的初始强度与这种愿望相矛盾，因为为了使螺栓保持在垂直平面内，必须具有快速的初始强度。但由于高温下胶黏剂的强度明显低于室温，在某些情况下(如重型螺栓)，甚至需要将螺栓和胶黏剂放在固定的温度下，也就是比如用压缩空气进行冷却。在未来，螺栓连接主要用于不适合钻孔的地方和对温度敏感的部件，即传统连接技术无法使用的地方。粘贴的螺栓在强度范围内肯定不会领先于焊接的螺栓，但在大多数情况下是没有必要的。问题在于测量传导力，确定螺栓数量和通过法兰直径的粘合面积。粘合表面应适当设计，以便整个系统能够承受负载。图4示出了通过使用标准粘合剂获得的强度的例子。图表中的值在结构中。

图4 采用粘贴薄膜进行螺栓粘贴时粘合剂的强度，按DIN EN 1465进行的拉剪试验测得 (压入时间为5s，目标温度180℃，加热与检验之间的时间为5min，连接的零件：钢/混凝土)

今后至关重要的是，不仅要观察粘合剂的强度，进而观察各种粘贴螺栓的强度，而且还要观察整个粘贴结构的强度，因为比如涂层对可传导的力的减小往往比粘贴层本身还要厉害。 据IFF GmbH公司估计，对于认可粘贴技术起决定性作用的是，尽量提高粘贴系统的结实度，使过程能够在不具备多少初步知识的情况下，在很短的时间内就可以简便而安全的完成，以便向手工业提供节省费用的就地连接技术，以便将工业的工艺过程能够通过后面的接缝过程设计得更加灵活。通过研制物美价廉的通用移动式感应装置，组合使用在人体工程学上经过优化的结实耐用的特种感应器，IFF从过程方面已经取得了成功。此外，采用各种各样的粘合剂进行的一系列全面试验表明，采用传统的粘合系统已经可以取得极好的结果了。