Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

Клеевые соединения в постройке вагонов

Развитие производства и постоянно растущие требования транспортных предприятий к экономическим и экологическим показателям подвижного состава стимулируют разработку новых концепций производства этих подвижных составов. Среди основных разработок – снижение массы подвижного состава в комплексе с улучшением его ходовых качеств и повышением коррозионной стойкости. Поэтому, наряду со сварными соединениями из стали и алюминия, клепаными и паяными соединениями, изображенными на схеме 1, рассматриваются гибридные конструкции.

Схема 1.  Типы соединений

Использование таких материалов, как пластмасса, керамика, стекло не позволяет использовать традиционные методы сварки, поэтому для их соединения необходимы другие, новые способы. К таким способам как раз и относится способ склеивания. Применение клеевых соединений позволяет производить облегченные конструкции и экономить материалы и энергоресурсы.  Такая технология дает возможность соединять пластмассы и комбинации из них с большим технико-экономическим эффектом.

Данный способ способен обеспечить высокий уровень плотности и равномерно распределять силы по плоскости соединения, дает возможность скреплять детали из разных материалов и разной формы без изменения свойств соединяемых деталей и структуры соединяемых материалов. Данные соединения способны гасить шум и вибрацию, используются для электро -  и теплоизоляции.

Среди минусов таких соединений – снижение механических свойств под воздействием изменения температур, старение.
Границы клеевой техники зависят от изменений прочности соединения при нагреве, старении и т.д.  Нужно учитывать затраты времени и средств на работы по подготовке поверхности,  необходимость кропотливой подготовки клеевых смесей, правильного нанесения этих смесей и полимеризации, грамотного обеспечения и соблюдения техники безопасности во время работы.

Для получения нужной прочности и долговечности соединения поверхности необходимо очистить от загрязнений и обработать соответствующим образом.  Помимо обязательной очистки и обезжиривания соединяемых поверхностей необходимо следить, чтобы за время выдержки не происходило окисление или загрязнение поверхности.
Механическая обработка этих поверхностей должна производиться с шероховатостью, которая зависит от направленности нагрузок на соединение.  Усилия на клеевое соединение необходимо направлять перпендикулярно плоскости с наибольшей шероховатостью.

Для обеспечения наиболее равномерного распределения нагрузок при проектировании следует пользоваться такими основными положениями:

• Уменьшение нагрузки, направленной на отслаивание и расщепление.
• Увеличение площади склеивания, т.к. слишком малая площадь склеивания подвергается увеличенным нагрузкам на отслаивание и расщепление.

       Прочностные свойства соединения зависят от уровня жесткости компонентов. Чем жесткость сборочной единицы больше, тем меньше влияет конфигурация сборки на прочность данного соединения.

Толщина склеиваемых компонентов может быть небольшой, потому что при склеивании не происходит таких изменений материала, как у металла в зоне термического влияния сварного шва. Так же в пользу клеевой технологии говорит то, что материал не ослабляется отверстиями, а во время эксплуатации не возникают причиненные точечным приложением сил местные напряжения.

Комбинация клеевой технологии с другими способами нередко помогает улучшить качество соединения. Например, в производстве подвижных составов давно применяется клеевая технология вместе с клепкой или точечной сваркой.  Использование средств автоматизации позволяет сократить затраты времени на изготовление конструкций, при производстве которых применяются клеевые соединения. Это дает возможность обеспечивать стабильный уровень качества, и здесь заложен большой потенциал снижения не только времени, но и затрат на изготовление.

Среди минусов такой технологии – необходимость кропотливой подготовки склеиваемых поверхностей, более низкая теплостойкость по сравнению со сварными соединениями, ограниченные возможности ремонта соединения после полимеризации клея, трудности при утилизации, мало практического опыта в области неразрушающего контроля клеевых соединений.

В наши дни при производстве вагонов в основную конструкцию кузова вклеиваются такие компоненты, как окна, боковые стенки, крыша и отформованные элементы кабины машиниста. Данные клеевые соединения дают большую свободу при изменении наружного дизайна или улучшении параметров аэродинамики, полную свободу комбинирования соединяемых материалов, позволяют использовать безрамные конструкции окон. Такие конструкции улучшают теплоизоляцию вагона, потому что образуют так называемые тепловые мостики, повышая тем самым общий коэффициент теплопроводности кузова.

Как пример практического применения технологии склеивания можно рассмотреть процесс  вклеивания окон в конструкцию кузова пассажирского вагона.  Это способ переняли из технологии изготовления легковых автомобилей. Он позволяет достичь высокой жесткости кузова, улучшенного внешнего вида и пониженного аэродинамического сопротивления, а это, стоит также заметить, позволяет снизить уровень шума. Уменьшение турбулизации воздуха на боковых стенках вагонов достигается за счет отсутствия оконных резиновых уплотнений.

Окна с помощью клея закрепляются в алюминиевых рамах так, что оказываются в одной плоскости с внешней поверхностью. Стыки заполняют уплотнительной массой. В качестве клеящих и уплотнительных материалов используются материалы на основе полиуретана.

В ходе этого процесса соединяемые поверхности  тщательно очищают и обрабатывают с целью придания им шероховатости для улучшения сцепления и для избегания попадания загрязняющих веществ. Потом наносят подслой, аналогичный грунту, применяемому при окрашивании, и устанавливают опоры, фиксирующие размер зазора между стеклами.  

Также данной технологии нашли такие области применения:

• Приклеивание подоблицовочных накладок для местного усиления тонкостенных элементов конструкций;
• Облицовка стенок отделочными покрытиями во внутренних помещениях вагонов;
• Отделка металлических кузовов вагонов, стенки которых не несущие
• Облицовка композиционными материалами несущего металлического каркаса кузова
• Изготовление цельнонесущих кузовов из пластмасс, армированных волокном, которое навивается по форме кузова.

Расширенное применение новых материалов и дальнейшее развитие концепции уменьшения веса конструкций в перспективе увеличат объем работ, использующих технологию склеивания.
Методы защиты от разрушения клеевого слоя выбирают, исходя из вида материала.
Для защиты стальных листов наносят антикоррозионное покрытие и выполняют цинкование листового материала.
Для защиты стекла применяют методы затемнения клеевого слоя, и нанесения на стекло слоя керамики.
В соединениях пластмасс могут происходить изменения низкомолекулярных элементов, таких как пластификаторы граничного слоя и самого клея, что снижает прочность этой зоны.
Важно получать значения длительной прочности, применимые для реальных условий, в которых работают данные клеевые соединения.

Александр Рыбаков
Источники использованные при написании статьи:

Цыган Б. Г. , Цыган А. Б. Вагоностроительные конструкции. Изготовление, модернизация, ремонт.