لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 29
اتصالات مکانیکی
مقدمه
در بسیاری از مواقع شکل نهایی مطلوب از طریق اتصال دو قطعه مشابه یا نامتشابه به دست می آید. بسیاری از قطعاتی که در زندگی روزمره از آنها استفاده می کنیم ، از اتصال قطعات متفاوتی ساخته شده اند. به طور مثال مبلمان های فلزی ، میز و ... همگی از اتصال دو یا چند قطعه به یکدیگر ساخته شده اند.
از روش های متداول اتصال قطعات می توان جوش کاری، لحیم کاری سخت، لحیم کاری نرم و استفاده از اتصالات مکانیکی را نام برد.
برای تولید یک قطعه مانند شکل بالا می توانیم از روش های ماشین کاری، شکل دهی، ریخته گری و اتصالات استفاده کنیم.با در نظر گرفتن اینکه خواص مورد نظر قطعه تحت تاثیر روش های مختلف تولید تغییر نکند، در صورتی که با روش ماشین کاری بخواهیم آن را تولید کنیم،حجم زیادی از ماده اولیه به صورت براده تلف می شود. تولیداین قطعه با روش ریخته گری نیاز به سرمایه گذاری اولیه جهت تولید قاب، ماهیچه، کوره و ... دارد.از طرف دیگر اگر بخواهیم برای تولید قطعه از روش آهنگری استفاده کنیم، علاوه بر کوره به سنبه و ماتریس برای ایجاد فرم مورد نظر نیاز است.با توجه به اینکه تولید محدود مورد نظر است، سرمایه گذاری برای تولید قطعه با روش های فوق توجیه اقتصادی ندارد. اقتصادی ترین روش تولید قطعه این است که قسمت های مختلف قطعه جداگانه ماشین کاری شود تا زایدات تولید کاهش یابد.
اکثر سازه ها در صنعت عظیم تر و پیچیده تر از آنند که به صورت یکپارچه ساخته شوند . بنابراین قطعاتی که به طریقه ریخته گری ، آهنگری ، ماشین کاری و ... آماده شده اند را برهم سوار کرده و سپس بوسیله اتصالات بصورت واحد کامل در می آورند .
روشهای اتصال به گونه های مختلف تقسیم بندی شده است . از جمله :
- اتصالات مکانیکی (گیره ، مهره ، پیچ ، پرچ)
- اتصالات متالورژیکی (جوشکاری ، لحیم کاری)
- اتصالات شیمیایی (انواع چسبهای معدنی و آلی)
نوع دیگر گروه بندی به صورت :
- اتصالات موقت (پیچ و مهره ، پین ، خار ، کشو وزبانه )
- اتصالات نیمه موقت (میخ و پرچ)
- اتصالات دائم (جوشکاری ، لحیم کاری ، چسب )
تکنولوژی جوشکاری یکی از روشهای متداول اتصال دائم قطعات فلزی و بعضاً غیرفلزی بوده که از زمانهای دور به صورت گسترده‌ای بکار گرفته می شود. این تکنولوژی در زمان حال در بسیاری از شاخه های صنعت از جمله صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، ماشین سازی، خودروسازی، مخازن تحت فشار، پل سازی، اسکله های دریایی، نیروگاههای تولید برق و صنایع نظامی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می گیرد. تکنولوژی جوشکاری یک دانش کاربردی بوده و امروزه بواسطه گستردگی آن، حوزه های مختلفی از قبیل خواص مواد ، متالورژی، مقاومت مصالح ، الکتروتکنیک و الکترونیک را در بر می گیرد . لذا لازم است که مهندسین طراح و فعال در این شاخه ، در حوزه های فوق الذکر از اطلاعات کافی برخوردار باشند . امروزه تکنولوژی جوشکاری از یک روش ابتدائی به روشهای مدرن با اتوماسیون بالا تحول یافته و بالغ بر 100 روش مختلف را شامل می شود .
اتصالات جوشی نظیر سایر انواع اتصالات دارای محاسن و محدودیت‌هایی است که تا حد امکان باید آنها را مورد توجه قرار داد . به طور کلی محاسن اتصال جوشی را می توان آب‌بندی کامل، استحکام استاتیکی بالا، انعطاف پذیری بالا، وزن اتصال پایین و زمان کوتاه تولید عنوان کرد. از طرف دیگر اتصال جوشی ممکن است دارای عیوبی از قبیل ناخالصی، ترک، تنش های پسماند و تغییر شکلهای جوشی باشد . هر یک از عیوب گفته شده باعث کاهش خواص مکانیکی اتصال جوشی شده و مشکلاتی را در ارتباط با استفاده از تکنولوژی جوشکاری ایجاد می کند و می تواند موجب عدم کارایی دلخواه اتصال جوشی را فراهم سازد . در عمل ایجاد جوش کاملا سالم (بدون هیچگونه عیب و نقص) تقریباً غیر ممکن وغیر اقتصادی است.
بنابرآنچه گفته شد لزوما یک اتصال جوشی صد در صد طبق آنچه طراحی شده است رفتار نخواهدکرد بطوری که عیوب و مشکلات ایجاد شده ، رفتار سازه راتحت تاثیر قرارخواهد داد. بنابراین ضرورت دارد بعد از ساخت یک سازه جوشی، یک سری اقدامات جهت اطمینان از رفتار سازه وکیفیت جوش ایجادشده انجام گیرد.
از جمله مهمترین و محسوس ترین عیوب جوشکاری تغییر شکلهای جوشی می باشد. سازه های جوشی پس از پایان عملیات جوشکاری دچار اعوجاج یا تغییر شکل می شوند . چنین تغییر شکلهایی علاوه بر اینکه دقت ابعادی قطعات را از بین می برند در هنگام مونتاژ آنها نیز می توانند مشکلات عدیده ای ایجاد نماید .
جهت کاهش تغییر شکلهای مزبور روشهای مختلفی از جمله پیشگرم ، پسگرم ، استفاده از قید و بند ، ترتیب مناسب انجام جوشکاری و ... بکار می رود که روشهای مزبور بطور مفصل در بخش روشهای سنتی بررسی خواهد شد . اما آنچه که مسلم است روشهایی که امروزه در صنعت برای پیشگیری و یا اصلاح تغییر شکلهای جوشی بکار می روند بسیار هزینه بر بوده و علاوه بر این نیاز به سعی و خطا و تجربه بسیار بالا دارند .
همچنین در بسیاری از سازه های بزرگ این روشها معمولا غیر قابل استفاده می باشند برای مثال واضح است که در جوشکاری یک مخزن با قطر و ارتفاع 10 متر ساخت قید و بندی که بتواند این مخزن را کاملا مقید کند غیر عملی خواهد بود و یا انجام عملیات پیشگرم یا پسگرم روی چنین سازه عظیمی هزینه و زمان ساخت را به میزان چشمگیری افزایش می دهد . لذا اگر بتوان به گونه ای میزان و نوع تغییر شکلهای پس از جوشکاری را قبل از آغاز عملیات پیش بینی کرد ، می توان با استفاده از یک طرح مناسب برای ترتیب جوشکاری و نیز اصلاح پارامترهای جوشی به متعادل شدن توزیع حرارت و در نتیجه کاهش تغییرشکلهای جوشی کمک فراوانی کرد .
البته استفاده از فرمولهای ریاضی جهت پیش بینی نوع و اندازه تغییرشکلهای جوشی ، بدلیل پارامترهای بسیار زیادی که در فرآیند جوشکاری تاثیر گذار هستند ، در حال حاضر تقریبا غیر ممکن است . اما خوشبختانه روش المان محدود امکان این پیش بینی را با دقت بسیار بالا دراختیار مهندسین قرار داده است و همزمان با پیشرفت کامپیوترها کاربرد شبیه سازی جوش توسط نرم افزارهای المان محدود با سرعت بالایی در حال گسترش در صنایع مختلف بویژه صنایع نفت و گاز ، هواپیماسازی و کشتی سازی می باشد .
ما نیز برآنیم تا با شبیه سازی فرآیند جوشکاری در کامپیوتر ، امکان پیش بینی تغییرشکلهای جوشی را فراهم کنیم . لازم به یادآوریست که اگر چنین کاری انجام شود به راحتی می توان پارامترهای جوشکاری را به دفعات نامحدود تغییر داد تا حداقل تغییرشکلهای جوشی حاصل شود حال آنکه انجام چنین سعی و خطایی در صنعت بسیار هزینه بر و کاملا غیر اقتصادی می باشد .
تقسیم بندی روش های اتصال:
تمام روش های اتصال را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد:
- اتصالات دائم 2. اتصالات موقت
در اتصال دائم خواص ماده واسطه اتصال مشابه خواص دو فلز پایه است و می توان گفت که قطعات اتصال به یک قطعه تبدیل می شوند. در این روش پس از اتصال نمی توان قطعات را به همان شکل اولیه و کیفیت سطح قبل از اتصال، از یکدیگر جدا کرد. در اتصالات موقت جدا کردن قطعات پایه به راحتی و بدون اسیب رسادن به شکل اصلی قطعات انجام می شود. در صورتی که قطعه به مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته و سایش و شکست در ان ایجاد شود، نیاز است که بخشهای مختلف ان برای تعویض، تعمیر عیب یابی از یک دیگر جدا شوند. این مورد به سادگی با استفاده از اتصالات موقت امکان پذیر می شود. اما در صورتی که اتصال دائم برای متصل کردن قطعات استفاده شده باشد، جدا کردن بخشهای مختلف با از بین رفتن یکی از قطعات یا هر دو قطعه پایه همراه خواهد بود. در اینجا حالت متوسطی را میتوان در نظر گرفت و ان اتصال نیمه دائم است که در ان قطعات اتصال به سختی از هم جدا می شوند، اما اسیبی به قطعات وارد نمی شود. البته بر حسب نو فرایند اتصال، روش های اتصال می توان به پنج گروه تقسیم بندی کرد:
- جوش کاری
- لحیم کاری سخت
- لحیم کاری نرم
- اتصالات مکانیکی (پیچ، مهره و ...)
- اتصالات چسبی
از میان پنج روش قبلی، اتصالات مکانیکی بیشترین سهم را در گروه اتصالات موقت دارا هستند،با این استثنا که برای جدا کردن اتصال پرچی باید پرچ را شکست. از جوش کاری و اتصالات چسبی برای اتصال دائم یا نیمه دائم قطعات استفاده می شود. لحیم کاری سخت و نرم جزء روش های اتصال دائم به شمار می روند،اما برای جداسازی یا تعمیر قطعات می توان با حرارت دادن، آنها را ذوب کرده و جداکرد.
انتخاب نوع اتصال به عوامل مختلفی ما نند کار برد قطعه، نوع تنش یا با رهای وارده،طراحی اتصال، نوع مواد در قطعات پایه و اندازه و شکل قطعات بستگی دارد.
جوش کاری را می توان به صورت فرایند اتصال متالورژیکی دو قطعه فلزی از طریق ذوب آهن ها در محل اتصال و تبدیل دو قطعه به یک قطعه تعریف کرد.
با پیشرفت های صورت گرفته در صنعت جوش کاری تقریباً تمام فلزات را می توان با استفاده از روش های مناسب جوش کاری به یکدیگر متصل کرد.
با استفاده ازفناوریهای مناسب، حتی می توان شیشه وپلاستیک را نیز جوش کاری کرد.
جوش کاری دو قطعه فلزی با اعمال فشار یا حرارت زیاد یا هر دوی ان ها به طور هم زمان به لبهای قطعات اتصال انجام شده به گونه ای که یک اتصال دائمی بین دو قطعه بوجود می آید. در جوشکاری ممکن است از واسطه ی اتصال نیز استفاده شود و حرارت مورد نیاز برای ذوب کردن قطعات را می توان بوسیله قوس الکتریکی، جریان های الکتریکی، شعله گاز یا فعل و انفعالات شیمیایی تامین کرد. جوشکاری را می توان با اعمال فشار یا در حالت بدون فشار انجام داد.
قطعه پایه
قطعاتی را که به هم متصل می شوند،قطعه پایه می گویند.
خط جوش ( درز جوش)
منظور از خط جوش ماده ای است که در حین جوشکاری روی کار (قطعات اتصال ) منتقل می شوند و به صورت یک ماده متفاوت از قطعات اتصال، در محل اتصال نمایان می شود.
منطقه جوش
ان قسمت از فلزات پایه را که در حین جوش کاری ذوب می شود منطه جوش می گویند.
پاس جوش
مقدار حرکت انبر جوش کاری از ابتدای محل اتصال تا انتهای ان را یک پاس یا یک مرحله جوش کاری می گویند .
خال جوش
یک جوش موقت در دو سر قطعات اتصال است تا در حین جوش کاری موقعیت ان ها را ثابت نگه دارد .
انواع روش های جوش کاری
روش های جوش کاری با توجه به نوع منبع مورد استفاده برای ایجاد حرارت به دو دسته تقسیم بندی می شود .
- جوش کاری قوس الکتریکی 2.جوش کاری با گاز
جوش کاری قوس الکتریکی
در این روش حرارت مورد نیاز از طریق قوس الکتریکی تامین می شود .
جوش کاری با گاز
در این روش حرارت مورد نیاز برای ذوب کردن و اتصال فلزات از طریق سوزاندن مخلوطی از گاز اکسیژن با یک گاز قابل اشتعال مانند استیلن تامین می شود .
عملیات لازم قبل از جوش کاری
برای دستیابی به یک جوش با کیفیت ، ضروری است که سطح فلزات پایه را قبل از جوش کاری از هر گونه کثافات، گریس ، گردوخاک و رطوبت پاک کرد . وجود مواد خارجی مانع از ایجاد جوش مطمئن می شود . قبل از جوش کاری لبه های مورد اتصال را باید برای جوش کاری آماده کرد.
انواع اتصالات جوشی
نوع جوش تعیین کننده موقیعت قطعات اتصال نسبت به یکدیگر و جوشکاری دو قطعه است. انواع جوش عبارتند: از جوش سربه سر، جوش لب به روی هم، جوش نبشی(جوش گوشه گوشه) و جوش تی(T ) شکل
مانند اتصالات زیر، محل اتصال با علامت ضربدر مشخص شده است.
آماده سازی لبه های اتصال
برای ایجاد یک اتصال با کیفیت، جوش باید تمام ضخامت کار را در منطقه جوش ذوب کرده و کاملا در آن نفوذ کند، بنابراین آماده سازی لبه های اتصال برای دست یابی به یک اتصال خوب ضروری است. لبه هایی راکه سطح مقطع مستطیلی دارند، تنها می توان تا ضخامت معینی به صورت ساده جوش کاری کرد و با افزایش ضخامت کار، نفوذ مناسب جوش در محل اتصال دو قطعه به خوبی انجام نشده و کیفیت جوش پایین خواهد بود. برای حل این مشکل لبه های قطعات اتصال رابه صورت V شکل یا U شکل برش می زنند. حداکثر عمق نفوذ جوش را ریشه ی جوش می گویند. بنابراین در جوش های سربه سر با ایجاد شیارVشکل یا U شکل مقطع مربعی، عمق نفوذ جوش را به اندازه ی ضخامت( طول) دیواره شیار افزایش داده و نهایتا کیفیت جوش بالا می رود.در صورتی که ضخامت قطعه خیلی زیاد باشد، از شیارهای Vشکل دوبل یاUشکل دوبل استفاده می کند.
جوش کاری قوس الکتریکی
از میان روش های جوشکاری، جوشکاری قوس الکتریکی به عنوان بهترین، اقتصادی ترین و پرکاربردترین روش برای اتصال فلزات، طرفداران زیادی دارد. این روش به طورکلی به الکترود(واسطه اتصال)، یک دستگاه تولید جریان ولتاژ کم- آمپر زیاد، کابل و قطعات اتصال نیاز دارد. در چنین شرایطی یک قوس التریکی شدید میان الکترود و قطعه کار ایجاد می شود که حرارت فوق العاده زیادی ایجاد می کند. در ادامه با حرکت الکترود به موازات لبه های قطعه کار، قوس الکتریکی زمان کافی برای ذوب کردن لبه های کار را یافته و دو قطعه در محل تماس به یکدیگر جوش می خورند.
نفوذ جوش
در جوش کاری قوس الکتریکی می توان از جریان A.C یاD.C استفاده کرد. هنگامی که جریان D.C مورد استفاده قرارگیرد، قطعه کار قطب مثبت و الکترود قطب منفی بوده و اصطلاحا سیستم مدار مستقیم نامیده می شود. در صورتی که قطعه کار منفی و الکترود قطب مثبت باشد، ان گاه سیستم را مدار معکوس می گویند. عمقی از قطعه کار را که تحت تاثیر حرارت جوش قرار گرفته است، به عنوان نفوذجوش تعریف می کنند.
استحکام میکانیکی جوش مستقیما به عمق نفوذ جوش بستگی دارد. هنگامی که عمق نفوذ بیشتری مورد نظر باشد باید حرارت بیشتری در منطقه جوش آزاد شودو از این رو باید از سیستم مدار مستقیم استفاده می شود. می توان چنین نتیجه گرفت که برای جوش کاری قطعات ضخیم باید سیستم مدار مستقیم مورد استفاده قرار گیرد . در روش مدار معکوس حدوداً 3/2 حرارت در نوک الکترود (قطب منفی) باقی می ماند و لذا عمق نفوذ جوش کمتر است، بنابراین از این روش برای جوش کاری قطعات نازک استفاده می شود. استفاده از جریان A.C خصوصیات هر دو سیستم مدار مستقیم و مدار معکوس را در اختیار قرار می دهد.
برای دستیابی به یک جوش با کیفیت انتخاب صحیح شرایط و پارامتر های جوش کاری بسیار مهم است.
پارامترهای جوش کاری عبارتند از : جریان، ولتاژ و سرعت جوش کاری که همان سرعت حرکت الکترود نسبت به کار است. جریان بسیار پایین باعث کاهش عمق نفوذ جوش م شود، در حالی که جریان بسیار بالا نیز باعث ترشح ماده واسطه اتصال بیش از حد ذوب شدن قطعه کار می شود. سرعت بالا در جوش کاری باعث رسوب کم فلزات واسطه اتصال شده و یک اتصال ضعیف ایجاد می شود. از طرفی دیگر سرعت پایین بدون ایجاد نفوذ بیشتر تنها باعث جمع شدن لایه های فلز ذوب شده روی یکدیگر می شود.
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
دانلود تحقیق کامل درمورد اتصالات مکانیکی
