Welding fundamentals and processes ตอนที่ 9
เอกสารอ้างอิง : Thomas J. Lienert. ASM handbook. Volume 06A welding fundamentals and processes. ASM international handbook committee. Materials park. Ohio. USA. 2011.
Integral
mechanical attachment. Integral Mechanical Attachment วิธีนี้มีมาอย่างยาวนานกว่า
และกำลังกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้ง
คือการใช้ลักษณะทางเรขาคณิตที่เป็นส่วนหนึ่งของ parts ที่นำมาประกอบกันโดยตรง
เพื่อก่อให้เกิดการ join ทางกล วิธีนี้เรียกว่า integral
mechanical attachment ตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่ dovetail-and-groove
joints ในไม้, crimps และ hems ใน sheet metal และ snap-fits ใน
parts พลาสติกหรือพอลิเมอร์, Integral mechanical
attachment หรือที่เรียกอีกอย่างว่า integral interlocks ทำงานได้ 3 ลักษณะ ได้แก่ โดยให้ features และ parts ที่เป็นส่วนหนึ่งของ features นั้นคงสภาพแข็งอยู่, โดยให้ features เกิดการโก่งตัวแล้วคืนรูปแบบยืดหยุ่นกลับไปกดกับ mating feature หรือ part ที่แข็งกว่าค่อนข้างมาก, และโดยให้เกิดการเปลี่ยนรูปแบบ plastic เข้าไปใน parts
หลังจากที่ parts เหล่านั้นถูกประกบเข้าด้วยกันแล้ว, ผลที่ได้คือ rigid interlocks เช่น dovetail
and grooves, machined ways and rails และ molded threads on
glass; elastic interlocks เช่น snap-fit features อย่าง cantilever hooks ที่พบในฝาปิดช่องใส่แบตเตอรี่ของ
cell phones และ torsion locks ที่พบในขวดพลาสติกแบบ
child-proof; และ plastic interlocks เช่น
crimps, hems และ stakes เมื่อเปรียบเทียบกับ
fasteners ซึ่งอาจมีจำนวนมากใน assemblies ขนาดใหญ่ เช่น บ้านโครงไม้ที่ใช้ตะปู หรือ aircraft อลูมิเนียมอัลลอยที่ใช้
rivets นั้น integral attachment features ช่วยลดจำนวน parts และเอื้อต่อการประกอบ
ไม่ว่าจะทำด้วยมือหรือด้วยระบบอัตโนมัติ ด้วยเหตุนี้
วิธีดังกล่าวจึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอีกครั้งในงานออกแบบและการผลิตสมัยใหม่
Adhesive bonding. ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเก่าแก่พอ ๆ
กับการต่อทางกล (mechanical joining)
โดยใช้วัตถุที่ต่อกัน
วิธีการต่ออีกวิธีหนึ่งคือการใช้สารเหนียวตามธรรมชาติเพื่อยึดสิ่งต่าง ๆ
เข้าด้วยกันโดยการยึดติด (adhesion)
นี่คือพื้นฐานของการยึดติดด้วยกาว
แม้แต่มนุษย์ในยุคแรกสุดก็ยังรับรู้ถึงคุณค่าของยางจากพืชและสารเหนียวจากสัตว์
(นมหรือยางต้นไม้และน้ำลายจากด้วงบางชนิด) และสารสกัด (extracts) (ยางพืชและกาว) สำหรับเชื่อมหนังสัตว์ ไม้
และเส้นใยพืช ในรูปแบบสมัยใหม่
สารเคมีสังเคราะห์แทนที่จะเป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
มีแนวโน้มที่จะครอบงำกระบวนการต่อด้วยกาว (adhesive bonding) อย่างไรก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มา
สารเคมีบางชนิดมีความสามารถในการสร้างการยึดเกาะระหว่างตัวเองกับวัสดุอื่น ด้วยเหตุนี้ระหว่างวัสดุสองชนิดที่สารดังกล่าวประกบกัน
กลไกพื้นฐานการยึดเกาะดังกล่าว คือการดูดซับพื้นผิว (surface
adsorption) Surface adsorption
เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ secondary bonds ที่ค่อนข้างอ่อนแอ
ระหว่างสปีชีส์โมเลกุลบางชนิดที่พบในสารเคมี เรียกว่า กาว
และอย่างน้อยสปีชีส์โมเลกุล (atomic)
บางชนิดที่พบในวัสดุที่ต่อกัน ซึ่งเรียกว่า สปีชีส์
พันธะทุติยภูมิที่เป็นไปได้สองประเภท คือ พันธะแวนเดอร์วาลส์ (van der
Waals bonding) และพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bonding) ในพันธะแวนเดอร์วาลส์ โมเลกุลบางตัวในสารยึดติด
และโมเลกุลบางตัวในสารยึดติด จะชักนำให้เกิดไดโพล (dipoles)
ในกันและกัน สร้างส่วนบวกและส่วนลบในกันและกัน ผลที่ได้คือ
ส่วนที่เป็นบวกของโมเลกุลในกาวหรือสารยึดติดอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างถูกดึงดูด
และดึงดูดส่วนที่เป็นลบของโมเลกุลในสารยึดติดหนึ่งหรือทั้งสองอย่างหรือสารยึดติด
ทำให้เกิดคู่พันธะทั่วรอยต่อ joint interface ผลลัพธ์คือสิ่งที่เรียกว่าการยึดเกาะ
(adhesion) ในพันธะไฮโดรเจน อะตอมของไฮโดรเจนในสารยึด
ทำหน้าที่เป็นตัวยึดกับอะตอมหรือโมเลกุลในสารยึด
สร้างพันธะข้ามส่วนต่อประสานที่มีแนวโน้มว่าจะแข็งแรงกว่าพันธะแวนเดอร์วาลส์ แม้ว่าจะอ่อนแอเมื่อเทียบกับพันธะปฐมภูมิ
(primary bonds) พันธะแวนเดอร์วาลส์ (van der Waals
bonding) และพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bonding)
ยังคงส่งผลให้เกิดการยึดเกาะอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากพันธะย่อยระดับจุลภาค (submicroscopic
bonds) จำนวนมากดังกล่าว ถูกสร้างขึ้นบน macroscopic
interfaces กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม้ว่า strength of
adhesives (โดยทั่วไปคือ 20+MPa หรือน้อยกว่า
3000 psi) มักจะไม่น่าพอใจ เมื่อเทียบกับ shear หรือ tensile strengths ของ mechanical fasteners หรือ welds (โดยทั่วไปคือ
135 ถึง 700 MPa หรือ 20,000 ถึง 100,000+ psi) ความจริงที่ว่า adhesives หรือควรติดบนพื้นที่ขนาดใหญ่ ช่วยให้รอยต่อที่ยึดด้วย adhesives สามารถรับน้ำหนักหรือแรงมหาศาลได้ เนื่องจากหลักการที่อธิบายไว้เพียงกลไกการยึดเกาะนั่นคือ
พื้นผิวการดูดซับการติดกาวที่ประสบความสำเร็จต้องการการรวมพื้นที่ผิวขนาดใหญ่
เมื่อติดกันแล้วทำงานได้ดีที่สุดภายใต้แรงเฉือน ในระนาบของกาวซึ่งตรงข้ามกับแรงดึง
ผลก็คือว่ารอยต่อที่ยึดด้วยกาวอย่างถูกต้องมักจะไม่พัฒนา stress
concentrations แรงที่ใช้กระจายไปทั่วพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของ
bond layer และ areas of concentrated
stresses สามารถ slip ได้เล็กน้อย หรือ
redistribute the loads
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น