Haben Sie jemals über die unbesungenen Helden nachgedacht, die unsere Maschinen zusammenhalten? In diesem Artikel werden wir die faszinierende Welt der mechanischen Verbindungen erkunden, von der einfachen Niete bis zur mächtigen Schweißnaht. Als erfahrener Maschinenbauingenieur führe ich Sie durch die Stärken, Grenzen und Anwendungen der einzelnen Methoden. Am Ende werden Sie die wichtige Rolle, die diese Verbindungen in unserer technischen Welt spielen, zu schätzen wissen.
Im 19. und 20. Jahrhundert wurden viele bedeutende Stahlkonstruktionen genietet, z. B. der Eiffelturm und Automobilskelette. Im späten 20. Jahrhundert wurde eine beträchtliche Anzahl von Strukturen geschweißt, darunter auch Automobilskelette. Einige Konstruktionen mussten jedoch sowohl leichter als auch stabiler sein, wie z. B. Flugzeugrümpfe und Stahlbrücken, bei denen die Schraubverbindungstechnik zum Einsatz kam.
Unter dem Gesichtspunkt der Tragkraft hat die Nietung eine bessere Schubtragfähigkeit, aber eine schlechtere Zugtragfähigkeit. Schraubverbindungen können sowohl Zug- als auch Scherkräfte aufnehmen. Schweißen kann ebenfalls Zug- und Scherkräfte aufnehmen, ist aber anfällig für Risse.
Schraubverbindungen sind lösbare Verbindungen, während Nieten und Schweißen nicht lösbar sind. Daher sind Schraubverbindungen bei Konstruktionen, die gewartet oder ausgetauscht werden müssen, vorzuziehen.
Im Hinblick auf die Qualitätssicherung sind Schraubverbindungen besser als Nietverbindungen, die wiederum besser als Schweißverbindungen sind. Beim Schweißen ist die Qualität am wenigsten leicht zu überprüfen, weshalb in der zivilen Luftfahrt weniger geschweißt wird.
Das Schweißen wirkt sich am stärksten auf die Materialeigenschaften aus und verursacht erhebliche Eigenspannungen und Verformungen. Dies ist für Brücken und Autos tolerierbar, aber nicht ideal für aerodynamische Formen wie Flugzeugoberflächen.
Unter Kostengesichtspunkten sind Schraubverbindungen teurer als Niet- und Schweißverbindungen. Außerdem bringen sie zusätzliches Gewicht mit sich, was sie für manche Anwendungen weniger wünschenswert macht.
Für Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien (wie Aluminium und Titan, Verbundwerkstoffe und Titan, verschiedene Serien von Aluminiumlegierungen) ist Schweißen keine gute Wahl. In Flugzeugen werden häufig verschiedene Werkstoffe miteinander verbunden, so dass der Anwendungsbereich durch Schweißen stark eingeschränkt wird.
Schraub- und Schweißverbindungen werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz eher im Bauwesen eingesetzt. Schrauben bieten die beste Zuverlässigkeit, insbesondere hochfeste reibschlüssige Verbindungen, die eine hervorragende Kontrolle und niedrigere Kosten ermöglichen.
Schraubverbindungen sind in der Praxis einfacher zu handhaben. Sie erfordern keine Erhitzungsprozesse wie Nieten und Schweißen und sind daher besser kontrollierbar. Außerdem lassen sich Schraubverbindungen leichter prüfen, was eine höhere Qualität und Konsistenz gewährleistet.
Schraubverbindungen erhalten die strukturelle Integrität bei großen Verformungen und dynamischen Belastungen und eignen sich daher für Brücken, die im Laufe der Zeit verschiedenen Belastungen ausgesetzt sind. Die Verwendung von hochfesten Schrauben sorgt dafür, dass die Verbindungen robust und langlebig bleiben.
PS1: Schweißnahtfehler sind relativ schwer zu kontrollieren, was zu uneinheitlichen Ermüdungseigenschaften führt.
PS2: Heißnieten, besonders bei größeren Titan Nieten, wird auch häufig in Flugzeugen verwendet.
Ergänzende Erklärung: Jede Verbindungstechnik entwickelt sich weiter und hat verschiedene Typen hervorgebracht.
Das Nieten kann zum Beispiel in einseitiges Nieten und Stanznieten unterteilt werden.
Das Stanznieten wird derzeit vor allem in der Automobilindustrie eingesetzt, und die Geräte sind teuer.
Das einseitige Nieten wird hauptsächlich in Situationen verwendet, in denen die Struktur nicht offen ist, und ist eine einfache Anwendung in der Verpackungsindustrie.
Es gibt fortgeschrittenere Niettechniken an Flugzeugen, die schwer zu lokalisieren sind.
Neue Technologien, wie das Schweißen, Laserschweißenund das Rührreibschweißen werden auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.
Das Laserschweißen hat eine kleine Wärmeeinflusszone und eine geringe Verformung.
Der Mechanismus des Rührreibschweißens ist nicht eindeutig untersucht worden und unterscheidet sich von anderen Schweißverfahren.
Die frühere Auffassung, dass Schweißen für Automobile und Nieten für Flugzeuge verwendet wird, ist daher nicht mehr zutreffend.
Was die Brücken betrifft, so weiß ich nicht viel, aber intuitiv betrachtet, berücksichtigen die meisten dieser großen Bauwerke Kostenfaktoren und sind nicht gewichtsempfindlich, und sie verwenden oft nicht die neuesten technischen Methoden.
Betrachtet man nur die mechanischen Eigenschaften der Verbindungsmethode selbst, ohne die Komplexität der Herstellung und der Konstruktion vor Ort zu berücksichtigen, so werden im Bauwesen aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz eher Schraubverbindungen und Schweißverbindungen verwendet.
Schrauben haben die beste Zuverlässigkeit, insbesondere hochfeste reibschlüssige Verbindungen. In der Technik wird stets eine besser kontrollierbare Technologie mit geringerer Streuung bevorzugt, die zu niedrigeren Kosten und höherer Zuverlässigkeit beiträgt. Daher sind hochfeste reibschlüssige Schraubenverbindungen derzeit eine ideale Methode für solche technischen Anforderungen.
Beim herkömmlichen Heißnieten muss der Niet vor dem Einbau erhitzt werden, was vor Ort mühsam sein kann. Der natürliche Abkühlungsprozess (Glühen) lässt sich nur schwer steuern, was zu Schwankungen in der Festigkeit und Zuverlässigkeit führt. Moderne Techniken wie das Stanznieten lindern einige dieser Probleme, sind aber mit hohen Ausrüstungskosten verbunden.
Im Bauwesen sind die Stahlkonstruktionen im Allgemeinen dicker und größer, und die verwendeten Nieten sind nicht die gleichen wie die kalten Nieten. Sie müssen zuerst erwärmt werden, und dann wird das gerade Ende mit einem Nietgerät in einen Griff geschlagen.
Hier sind zwei weitere Bilder, jetzt sollten Sie verstehen, wie die Nieten der Waibaidu-Brücke und des Eiffelturms getroffen wurden!
Heizung > Installation > Schmieden und Umformen
Im Bauwesen sind die Stahlkonstruktionen in der Regel dicker und größer, und die verwendeten Nieten sind nicht die gleichen wie Kaltnieten.
Sie müssen zuerst erhitzt werden, und dann wird das gerade Ende mit einem Nietgerät zu einem Griff geschlagen.
Bei diesem Verfahren hat der Niet eigentlich zwei Prozesse durchlaufen: Wärmebehandlung und Schmieden.
Unter modernen industriellen Bedingungen wird der größte Teil der Wärmebehandlung und des Schmiedens in metallurgischen und mechanischen Verarbeitungsbetrieben durchgeführt.
Die Anfangstemperatur der Wärmebehandlung und die Geschwindigkeit der Erwärmung und Abkühlung müssen kontrolliert werden. Auch das Schmieden wird mit hochpräzisen Gesenken durchgeführt.
In der Praxis zeigt sich, dass beides nicht gut und kostengünstig kontrolliert werden kann.
Bei den meisten Baustelleninstallationen im Hoch- und Tiefbau wird die Temperatur nach der Nietbildung im Freien abgesenkt. Dieser Prozess ist eigentlich "Glühen.
Durch das Glühen wird die Festigkeit des Stahls verringert und die Duktilität erhöht.
Sie unterscheidet sich jedoch von der werksseitigen Wärmebehandlung, bei der der Stahl in einem Elektroofen mit einem Thermometer erhitzt und die Temperatur durch ein automatisches Kontrollgerät gesteuert wird.
Ingenieure mögen das unkontrollierte Glühen nicht, das in der Praxis natürlich auftritt.
Die Nieten werden im Bauteil natürlich geglüht, und es ist unmöglich, genau zu wissen, wie stark die Festigkeit reduziert wird und wie viel Restspannung verbleibt.
Selbst bei Unfällen wie Regen oder starkem Wind kommt es zum "Abschrecken", was das Gegenteil von "Ausglühen" ist.
Die endgültige Leistung dieser Art von Heißnieten ist sehr unterschiedlich.
Um die Gesamtzuverlässigkeit des Projekts zu gewährleisten, wird die Festigkeit der Niete nicht voll ausgenutzt, was die Anzahl der erforderlichen Nieten erhöht, was zu Abfall und einer komplizierten Konstruktion führt.
Außerdem ist die Konstruktion umständlich, und jede Niete muss vor der Verwendung erhitzt werden. Heute werden solche heißen Nieten im Bauwesen kaum noch verwendet.
Das Schweißen vor Ort wird durch Umweltfaktoren beeinflusst, was zu potenziellen Fehlern wie Rissen, Blasen, Schlackeneinschlüssen und unvollständiger Durchdringung führt. Die Qualitätskontrolle ist anspruchsvoll und erfordert qualifizierte Arbeitskräfte und ausgefeilte Inspektionstechniken. Das Schweißen führt außerdem zu erheblichen Restspannungen und Materialverformungen, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen können.
Früher dachte man, dass Schweißen eine sehr einfache Sache ist, aber wenn man Kurse in Stahlbau belegt und ein paar Informationen gelesen hat, war das nicht der Fall. Die Schweißverfahren sind zu viele Dinge beteiligt, was sie zu einer sehr großen und komplizierten Angelegenheit macht. Der gesamte Prozess ist eine große Ansammlung von verschiedenen physikalischen und chemischen Reaktionen.
Schweißen kann ein spezialisierter Beruf sein, und es ist nicht nur Schweißen in einer höheren Berufs- oder Fachschule, sondern auch ein Hauptfach in einer Forschungsuniversität. Viele Software wie MARC und NASTRAN haben Schweißmodule entwickelt, um den Schweißprozess zu simulieren. Selbst im Bereich des Bauingenieurwesens gibt es immer noch eine große Anzahl von Wissenschaftlern, die sich mit dem Einfluss des Schweißens auf die Struktur beschäftigen, was die Komplexität des Schweißens zeigt. Beim Schweißen schmelzen die Materialien im Verbindungsbereich, und die Materialien in der Nähe des Verbindungsbereichs halten ebenfalls hohen Temperaturen stand.
Da die Temperatur im Tiefbau höher ist als bei Nieten, können die durch Abkühlung und Rekristallisation verursachten Eigenspannungen unter den Bedingungen der Baustelle sogar die Streckgrenze des Materials. Die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die Umgebung sind unkontrollierbar, die Festigkeit und die Zähigkeit der umgebenden Materialien ändern sich. Gleichzeitig ist der Schweißprozess nicht nur eine physikalische Veränderung, sondern reagiert auch mit den umgebenden Gasen und Schweißflussmittel um einen gewissen Rückstand zu erzeugen.
Beim Schweißen auf der Baustelle wird in der Regel von Hand geschweißt, und es ist unvermeidlich, dass dabei Fehler auftreten, die zu Hinterschneidungen, falschen Schweißnähten und Schweißnähten führen. Diese Art von Fehlern kann erhebliche Auswirkungen auf die strukturelle Steifigkeit und die Ermüdungsleistung haben.
Nicht alle Materialien lassen sich leicht schweißen, vor allem nicht in der Baustellenumgebung. Aluminium beispielsweise stellt in der Fabrik hohe Anforderungen, und die Szene ist noch anspruchsvoller. Obwohl Stahl das am häufigsten verwendete Material im Bauwesen ist, ist sein Schweißbarkeit variiert stark. Hochfeste und legierter Stahl haben in der Regel eine schlechte Schweißeignung aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe, des hohen Schmelzpunkts der Oxide im Aluminium, einer zu schnellen Abkühlung und Reaktionen beim Schweißen.
In der Fabrikumgebung können Materialien wie Stahl geschweißt werden durch Argon-Lichtbogenschweißen und andere Schweißtechniken, die mehr Ausrüstung erfordern. Die Baustelle ist jedoch durch die einfache Umgebung begrenzt, und Lichtbogenschweißen verwendet, so dass es unrealistisch ist, solche Materialien zu schweißen.
Auch wenn es sich bei den Rohstoffen um hochfeste Stähle oder gewöhnliche Stähle handelt, werden sie durch verschiedene Kalt- und Warmverarbeitungen in der Fabrik gewonnen. Infolgedessen ist es fast unmöglich, vor Ort Schweißnähte mit denselben Eigenschaften zu schweißen.
Schraubverbindungen sind auf der Baustelle einfacher zu handhaben, da die Erwärmung entfällt. Die genaue Ausrichtung der Schraubenlöcher ist jedoch von entscheidender Bedeutung, und eine falsche Ausrichtung kann zu zusätzlichen Arbeits- und Materialkosten führen. Hochfeste reibschlüssige Schraubverbindungen erfordern eine sorgfältige Oberflächenvorbereitung und ein kontrolliertes Anziehen, um die richtige Reibungskraft zu gewährleisten.
Im Vergleich zum Nieten und Schweißen ist das Verschrauben in der Praxis viel kontrollierter, da es keinen Erwärmungsprozess gibt, der eine unkontrollierte Wärmebehandlung verursachen könnte.
Sowohl Bauteile als auch Schrauben werden in einer Fabrikumgebung hergestellt, so dass die Konsistenz des Produkts recht gut ist und sie vor Ort verschraubt werden können. Drucktragende Verbindungen sind ähnlich wie Nieten, aber die Festigkeit und Konsistenz der Schraube ist besser als die einer Niete.
Reibschlussverbindungen sind nicht gleich Reibschlussverbindungen, und es gibt ein Problem bei der Konstruktion vor Ort - die Reibungskontrolle. Die Reibung wird beeinflusst durch die Flächenpressung und OberflächenrauhigkeitDoch mit Scherschrauben, Drehmomentschlüsseln und Oberflächenvorbereitungstechniken lässt sich dieses Problem nun lösen.
Die Scher-Dreh-Schraube hat an einem Ende einen abgerundeten, nietenähnlichen Kopf ohne Winkel, und der Bolzen wird am anderen Ende durch einen Keil (oder Pflaumenkopf) geschraubt. Zwischen der Nut und der Schraube befindet sich ein feiner Hals. Die Nut wird abgedreht, wenn das durch die Reibung zwischen dem Bauteil und der Schraube erzeugte Drehmoment die Torsionsgrenze des Halses erreicht.
Der Drehmomentschlüssel kann zum Anziehen großer Sechskantschrauben verwendet werden, um den gleichen Effekt wie bei Scherschrauben zu erzielen. Es wird weder zu schwer zu drehen sein, weil jemand heute erkältet ist, noch zu spannend, weil jemand heute Abend nach nebenan geht (wenn die Schrauben zu fest angezogen sind, brechen sie).
Oberflächenbehandlung kann im Werk durch Sandstrahlen oder Auftragen von Rostschutzfarbe nach dem Sandstrahlen erfolgen.
Bei der Reibungsverbindung erfolgt die Kraftübertragung zwischen den Bauteilen durch Reibung, so dass die Leistungsfähigkeit der Verbindung im Wesentlichen der des Bauteils selbst entspricht. Sie entspricht am ehesten dem Entwurfskonzept, und Festigkeit, Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit sind gewährleistet.
Schema für die Verwendung des Schlüssels
Glauben Sie, dass ich für Schraubverbindungen jubeln möchte? NEIN!
Jeder, der schon einmal Stahlkonstruktionen auf einer Baustelle installiert hat, weiß, wie frustrierend Schraubverbindung Installationen sein können.
Die Bolzenlöcher können aus verschiedenen Gründen nicht mit den Bolzen übereinstimmen (Fertigungsfehler, Verformung durch Schweißen, Verformung durch Kraft...), und es ist nicht ungewöhnlich, dass die Bolzen um einen Millimeter abweichen.
Reinhardts Vorschlaghammer wird verwendet, um den Scherstift in das Loch zu treiben und das Loch passend zu machen.
Die beiden Teile passten jedoch nicht zusammen, und die Schrauben ließen sich nicht festziehen.
Vor Ort Bohren und die Korrektur kann das Bauteil zu sehr schwächen.
Manchmal sind Reparaturschweißungen oder Stahlmantelreparaturen erforderlich, die sehr mühsam sind.
In vielen Fällen können die Verbindungsplatten nicht direkt zwischen den Bauteilen verbunden werden, und vergessen Sie nicht, die von den Schrauben abgedrehte Verzahnung abzuschneiden.
All dies führt zu einem erheblichen Anstieg des Materialverbrauchs.
Schrauben sind nach Gewicht teurer als gewöhnliches Q345\Q235, so dass der Preis für Schraubverbindungen zu hoch ist.
Beim Schweißen gibt es keine derartigen Probleme, und es kann direkt geschweißt werden, ohne dass es zu großen Positionsunterschieden kommt.
Ein weiterer Vorteil des Schweißens ist, dass es schnell geht.
Gleichzeitig kann der Schweißbrenner nicht nur zum Verbinden, sondern auch zum Schneiden verwendet werden, was eine schnelle Korrektur von Konstruktionsfehlern ermöglicht.
In den meisten Fällen kann direkt zwischen den Bauteilen geschweißt werden, ohne dass zusätzliche Platten benötigt werden und mit weniger Material.
Die Festigkeit von Stahl, der durch Lichtbogenschweißen geschweißt werden kann, ist im Allgemeinen nicht sehr hoch, und die Schweißnahtfestigkeit kann höher sein als die des Grundmaterials.
Außerdem umschließt der Schweißbereich das gesamte Bauteil, so dass genügend Sicherheitsreserven und Zuverlässigkeit vorhanden sind.
Daher ist das Schweißen eine gängige Methode bei der Installation vor Ort, weil sie bequem ist.
Verschiedene Methoden können jedoch nicht angewandt werden, wenn es nicht möglich ist, die erforderliche stabile Qualität in einer bestimmten Umgebung zu ausreichend niedrigen Kosten zu erreichen.
Der Grund für die instabile Qualität des Schweißens vor Ort liegt darin, dass die äußere Umgebung nicht kontrollierbar ist und die menschliche Bedienung nicht zuverlässig ist.
Wenn das Schweißen in eine Fabrikumgebung verlegt wird, sind die Ergebnisse daher sehr unterschiedlich.
Automatische Schweißmaschinen, geschlossene Werkstätten und Verfahren wie Richten, Schleifen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen tragen dazu bei, Schweißverformungen auszugleichen und Eigenspannungen zu verringern.
Darüber hinaus können groß angelegte Fehlererkennungsgeräte dazu beitragen, die Qualität von Schweißnähten zu erkennen und sie zu reparieren.
Die beste Möglichkeit, einige nicht standardisierte Komponenten in einer Fabrikumgebung herzustellen, ist also immer noch das Schweißen.
Das Nieten kann auch durch den Einsatz besserer Technologien verbessert werden, z. B. durch das Erhitzungsverfahren.
Früher wurden Holzkohleöfen verwendet, heute gibt es Elektroöfen, die das Prinzip der Wirbelstromerwärmung nutzen, um die Niete schnell zu erhitzen.
Da der Niet erhitzt und dann abgekühlt wird, übt er einen erheblichen Druck auf die Platte aus und kann diese zusammendrücken.
Da die Nieten selbst eine relativ gute Zähigkeit aufweisen, werden sie manchmal für Bauwerke verwendet, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Bei der Instandsetzung einiger alter Stahlbrücken ist es nach wie vor notwendig, Nieten zu verwenden.
Das nachstehende Bild ist zum Beispiel aus den Nachrichten der Guangzhou Daily über die Reparatur der Haizhu-Brücke ausgewählt.
Aufgrund des sperrigen Charakters des Bauwesens ist die Verwendung von Heißnieten in der Praxis rückläufig. Kalte Nieten (z. B. Ziehnieten) sind jedoch nach wie vor nützlich, wenn es darum geht, leichte Häute und dünne Platten zu verbinden, da sie leichter sind und weniger Material verbrauchen als Bolzen.
Darüber hinaus sind dünne Bleche nicht leicht zu schweißen, und Kaltniete eignen sich für die Verbindung verschiedener Arten von Materialien, insbesondere für Verbindungen, die eine geringere Festigkeit erfordern. Im Bauwesen werden sie typischerweise zur Verbindung von dünnwandigen Stahl- und Profilblechen verwendet, die sehr dünne Bauteile sind. Ein gängiges Beispiel sind temporäre Zäune auf Baustellen.
Es muss also überlegt werden, wie die Verbindung hergestellt werden soll:
Jede Art von Verbindung hat ihren eigenen Anwendungsbereich.
Es gibt noch viele Verwendungsmöglichkeiten für Nieten in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, aber das ist nicht mein Gebiet, und es ist an der Zeit, dass andere Luft- und Raumfahrtfachleute mehr dazu sagen.
Nietverbindungen waren vor dem Zweiten Weltkrieg im Schiffbau weit verbreitet, sind aber inzwischen überholt. Obwohl sie im Schiffbau veraltet ist, werden Nietverbindungen im modernen Flugzeugbau immer noch verwendet, aber sie unterscheiden sich stark von den Nietverbindungen, die in Schiffen vor dem Zweiten Weltkrieg verwendet wurden.
Aufgrund der Notwendigkeit, das Leergewicht zu reduzieren, werden in Flugzeugen hauptsächlich Aluminium und Verbundwerkstoffe verwendet. Aluminium ist nicht leicht zu schweißen, während Verbundwerkstoffe nicht geschweißt werden können. In Anbetracht der Tatsache, dass das Flugzeug auch wasserdicht sein muss, ist Nieten die beste Option für den Flugzeugbau.
Schraubverbindungen werden vor allem im Binnenbau verwendet (Gebäude, Brücken, Kräne und an Deck montierte Anlagen auf Schiffen/ Ozeanplattformen). Verschraubte Konstruktionen sind leicht zu entfernen, aber nicht wasserdicht, und die Bolzen selbst sind rostanfällig (in den Rillen der Bolzen kann sich Wasser ansammeln).
Das Schweißen ist heute im Wesentlichen die einzige Methode zum Verbinden von Bauteilen in der Schifffahrt (und hat das Nieten vollständig ersetzt) und wird auch im Landbau eingesetzt. Im Vergleich zu Schraubverbindungen hat das Schweißen den Vorteil der Dichtigkeit. Im Vergleich zum Nieten hat das Schweißen den Vorteil, dass es schnell geht und die Qualität der heutigen Schweißtechnik ist zuverlässiger. Der Nachteil ist, dass es nicht leicht zu zerlegen ist und die Komponenten bei der Demontage gesprengt oder abgetrennt werden müssen, was die Wiederverwendbarkeit von Rohstoffen beeinträchtigt.
Abgesehen von der langsamen Baugeschwindigkeit kann die genietete Rumpfstruktur vor dem Zweiten Weltkrieg mit einem Sodacracker verglichen werden, und die neue Titanic, die mit moderner Schweißtechnik gebaut wurde, kann mit einem Stück Knetmasse verglichen werden.
Der Schlüssel zu jeder großen Metallstruktur ist der Verbindungspunkt der Komponenten!
Dies gilt unabhängig davon, ob es sich um ein Schiff, ein Flugzeug, ein Fahrzeug oder eine Rakete handelt.
Zwei miteinander verbundene Bretter können nicht stärker sein als ein einzelnes Verbundbrett.
Zum Thema Schweißen: Man sollte sich nicht vollständig auf die Schweißergebnisse im Werk verlassen.
Auch wenn die Schweißmaterial stärker ist als der Grundwerkstoff, wird der Grundwerkstoff an der Grenzlinie nach dem Schweißen immer noch geschwächt sein. Nicht vergessen!
Beispiel
Lassen Sie mich ein konkretes Projekt als Beispiel nehmen (ich lerne gerne an praktischen Beispielen), wobei ich ein Fabrikgebäude in Stahlbauweise mit einem Portalstahlrahmen als Beispiel nehme.
Aufgrund der hohen Kosten und der Schwierigkeit, Nieten für gewöhnliche Stahlkonstruktionen zu verwenden, sollten wir über Schweißen und Schrauben sprechen.
Unsere Anforderungen an eine Anlage mit einem Kran sind wie folgt:
Beginnen wir mit der Verbindung zwischen der Stahlsäule der Stahltür und dem Fundament.
Der Stützenfuß ist in starre Verbindungen und Scharniergelenke unterteilt.
Bei kraftbetriebenen Anlagen neigen wir dazu, eine starre Verbindung herzustellen, da die dynamische Belastung des Krans, insbesondere die horizontale Bremslast, leicht zu einer Instabilität des gesamten Systems führen kann.
Wir können den Säulenfuß schweißen oder schrauben, aber das Schweißen ist nicht ganz einfach.
Da der Stützenfuß mit dem Fundament unter der Stütze verbunden ist, kann es bei einer vollständigen Verschweißung leicht zu Problemen kommen, z. B. zu einer unzureichenden Schweißnahtund es ist schwierig, die Stabilität der Säule während des Schweißvorgangs zu gewährleisten.
Haben Sie Angst vor dem Blick auf die Schweißdraht in der Hand, während Sie Ihren Hintern schmollen lassen und auf die baumelnde Säule schauen?
Zweitens, sprechen wir über die Balken-Stützen-Verbindungen. Das spielt keine Rolle.
Solange sie fest verbunden sind, sind sowohl Schrauben als auch Schweißen akzeptabel, aber die Schweißnähte sind rostanfällig, so dass die Hersteller von Stahlkonstruktionen zuverlässig sein müssen.
Wenn die Bolzenlöcher ein wenig daneben liegen, könnten Sie gleich weinen.
Auch hier muss die windfeste Säule aufklappbar sein.
Zögern Sie also nicht, nehmen Sie die Schraube und versuchen Sie es.
Und schließlich, wenn eines Tages die Fabrik ausfällt (der Chef schlägt mich nicht), wie einfach ist dann die Verschraubung? Zwei Leute können drei Fabriken an einem Tag schrauben und sie nachts verkaufen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schrauben zu verwenden sind, wenn die Verbindung eine Scharnierverbindung sein soll.
Wenn es sich um eine starre Verbindung handelt, hängt die Entscheidung zwischen Schweißen und Verschrauben von der Situation, dem Schwierigkeitsgrad und der Qualifikation der Schweißer ab.
Schraubverbindungen sind einfacher und erfordern weniger Geschick, stellen aber höhere Anforderungen an den Hersteller in Bezug auf Präzision und Qualitätskontrolle.
Geschweißte Verbindungen können Kosten sparen, stellen aber höhere Anforderungen an die Materialfestigkeit und die Fähigkeiten der Schweißer.
Nach Abschluss der Arbeiten wird die Inspektionsstelle gebeten, eine Inspektion durchzuführen, aber der Hersteller wird wahrscheinlich nicht zufrieden sein, wenn es Fehler gibt, und kann sogar einen Rabatt anbieten.
Wenn Sie jedoch von Ihren Schraubverbindungen überzeugt sind und glauben, dass die Regierung das Grundstück Ihrer Fabrik abreißen könnte, können Sie die Schraubverbindung nutzen, um eine Entschädigung für die Fabrik zu verlangen und dann ein neues Grundstück zu finden, auf dem Sie bauen können.
Stellungnahme A
Ich habe soeben die Auswertung der Grundlagenforschung zu verfahrenstechnischen Anlagen abgeschlossen und werde meine Gedanken dazu mitteilen.
Das größte Problem beim Nieten und Schrauben besteht darin, dass sie dem übergeordneten Ziel der Gewichtsreduzierung entgegenstehen.
Auch bei Schrauben besteht das Problem, dass Drähte abrutschen und sich lockern.
Sowohl das Nieten als auch das Verschrauben haben den Vorteil einfacher Prinzipien und bewährter Technik.
Es gibt viele Arten des Schweißenseinschließlich Reibschweißen, Rührschweißen und Laserlichtbogenschweißen.
Der Vorteil des Schweißens besteht darin, dass eine Gewichtsreduzierung erreicht werden kann.
Der Nachteil ist, dass einige metallische Werkstoffe schlecht schweißbar und anfällig für Risse und Verformungen sind.
Das Schweißen desselben Materials und unterschiedlicher Materialien erfordert unterschiedliche Schweißtechniken.
Neben dem Verfahren ist auch die Herstellung von automatisierten Schweißgeräten schwierig.
Stellungnahme B
Schweißen
Vorteile: Geeignet für verschiedene Formen, spart Stahl, kann automatisiert werden und hat eine hohe Produktionseffizienz.
Nachteil: Die Qualität wird stark von den Schweißzusätzen und der Handhabung beeinflusst.
Nieten
Vorteile: Zuverlässige Kraftübertragungsverbindung, Zähigkeit, gute Plastizität, leicht zu überprüfende Qualität, häufig verwendet in dynamisch belasteten Strukturen.
Nachteilig: Stahlschrott und zusätzlicher Arbeitsaufwand.
Schrauben werden in gewöhnliche Schrauben und hochfeste Schrauben unterteilt.
Herkömmliche Bolzen sind leicht zu handhaben und sollten nicht abscheren.
Hochfeste Schrauben haben die Vorteile von normalen Schrauben und Nietverbindungen und können nun anstelle von Nietverbindungen verwendet werden.
Stellungnahme C
Genietete Teile mit Defekten lassen sich leicht erkennen, was sie in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau, bei Brücken und in anderen Bereichen nützlich macht.
Schweißen hat eine hohe Effizienz und Festigkeit, weshalb es im Maschinen-, Geräte- und Automobilbau weit verbreitet ist.
Schraubverbindungen sind leicht zu demontieren und werden daher hauptsächlich bei der Montage verwendet. Das Schweißen von Flugzeugfenstern beispielsweise ist bei der Wartung mühsam, und das Schweißen während des Fluges ist riskant.
Durch Nieten können Mängel, die bei der Wartung festgestellt werden, leicht behoben werden. So kann beispielsweise das Vernieten von Metallbauteilen eines Autofahrgestells die Produktionseffizienz und die Festigkeit beeinträchtigen.
Bei dem Projekt Nationalstadion (Vogelnest) führt das Schweißen aller Teile zu konzentrierten Spannungen in bestimmten Bereichen und macht die Bauarbeiten wegen der großen Mengen an Schweißarbeiten an hochgelegenen Orten unpraktisch. Die zuverlässigste Lösung ist die Herstellung von "Abzweigungen" in der Fabrik und deren Montage vor Ort.
Ein Nietlehrer reparierte eine von den Japanern gebaute Nietbrücke, indem er die Nieten mit Gasschweißenund sie dann mit einem Vorschlaghammer zerschlagen, wenn sie kalt waren.
Die Reparatur einer gerissenen Schweißnaht im Inneren einer Brücke ist schwierig, da nicht die gesamte Brücke abgerissen und neu geschweißt werden kann.
Stellungnahme D
In der vorgelegten Antwort werden nur zwei Punkte angesprochen, während die Vorteile des Nietverfahrens nicht klar sind.
Die Verschraubung bietet eine gute Zähigkeit und Duktilität sowohl der Verbindungsplatte als auch der Bolzen.
Es behält seine Tragfähigkeit auch bei großen Verformungen und weist eine hohe seismische Widerstandsfähigkeit auf.
Es ist leicht zu erkennen, wenn die Knotenlast überschritten wird.
Die Zähigkeit der Schweißnaht ist nicht so gut, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, was sie anfällig für spröde Schäden macht.
Beim Bau ist die Schraubkonstruktion vielleicht nicht so bequem wie das Schweißen, aber die Qualität der Konstruktion ist leicht zu kontrollieren.
Beim Schweißen, insbesondere beim Feldschweißen, können Fehler wie Risse, Blasen, Schlacke, Schweißleckagen, nicht geschmolzene und Durchschweißung.
Es stellt hohe Anforderungen an das Schweißpersonal und ist schwierig, die Qualität der Konstruktion zu überwachen.
Der technische Inhalt der gängigen Ultraschallgeräte zerstörungsfreie Prüfung ist höher als die Prüfung des Drehmoments hochfester Schrauben und verursacht höhere Geräte- und Arbeitskosten.
Stellungnahme E
Lassen Sie mich auf der Grundlage meiner eigenen Intuition einige Konzepte erörtern.
Die Nietverfahren ist die einfachste. Der Niet selbst ist ein Gussteil, und für die Nietung müssen lediglich Löcher in das Objekt gebohrt werden. Der Nachteil ist, dass der Niet verformt werden kann und zusammenbricht, wenn er einen ausreichend großen Längsstoß erhält.
Die Herstellung von Schrauben ist komplizierter, da nicht alle Schrauben selbst hergestellt werden können. Das Gewinde der Schraube selbst muss auf einer Drehbank hergestellt werden, und das Loch in der Verbindung muss ebenfalls mit einer Werkzeugmaschine graviert werden. Im Vergleich zu Nieten sind Schrauben stabiler, wenn sie einem direkten Schlag ausgesetzt sind. Allerdings können sich Schrauben im Laufe der Zeit lockern, wenn die Verbindung über längere Zeit hin- und hergehenden Vibrationen ausgesetzt ist, und die Gewindefläche der Schraube ist besonders rostanfällig.
Das Schweißen ist das komplexeste Verfahren. Was die Vorteile angeht, so werden die Materialien beim Schweißen nicht nur verbunden, sondern auch verschmolzen. Daher sollte das Schweißen in Bezug auf Festigkeit, Wasserdichtigkeit, Luftdichtigkeit und elektrische Leitfähigkeit besser sein als die beiden vorherigen Arten.
Stellungnahme F
Nachteile des Schweißens:
Die Verformung kann stark sein, da die hohe Temperatur beim Schweißen führt zu Spannungskonzentrationen an der Schweißnaht. Daher werden bei vielen hochpräzisen, anspruchsvollen Oberflächenverbindungen Gewinde und Klebeverbindungen verwendet.
Es ist schwierig zu prüfen. Nach dem Schweißen sind spezielle Prüfgeräte erforderlich, um etwaige Mängel festzustellen, was die Kosten erhöhen kann.
Auch Standortbeschränkungen können ein Problem darstellen.
Es ist schwer zu demontieren. Wenn ein Schweißfehler gemacht wird, muss die Verbindung geschnitten und neu geschweißt werden.
Es hat eine gute Verbindungsleistung und ist praktisch für das Schweißen großer Geräte mit unterschiedlichen Formen und Größen von Materialien.
Er hat eine gute Steifigkeit, Gesamtleistung und Dichtigkeit.
Stellungnahme G
Schrauben lassen sich zwar leicht entfernen, aber sie benötigen Platz und bringen zusätzliches Gewicht mit sich, so dass sie sparsam verwendet werden, wenn sie nicht entfernt werden müssen. Schweißen erfordert Ausrüstung und Arbeitszeit, und nicht alle Materialien können geschweißt werden. Nieten wird immer seltener verwendet.
Stellungnahme H
Stationäre Objekte wie Brücken, Türme und Konstruktionsschrauben werden in der Regel genietet oder geschweißt, während bewegte Objekte oder Teile geschweißt oder genietet werden, da sich Schrauben durch Bewegung lösen können. Es ist nicht machbar, jede Schraube vor jedem Flug zu überprüfen.
Schweißen ist die stabilste Option, denn sowohl Niet- als auch Schraubverbindungen verbinden zwei Teile durch Reibung, was ungeeignet ist, wenn eine Kraft in Translationsrichtung zwischen den beiden Teilen wirkt. Beim Schweißen verschmelzen zwei Bauteile zu einer Einheit.
Wenn zwischen zwei Teilen eine Kraft in Translationsrichtung besteht, kann man ihre Befestigung mit Schrauben in Betracht ziehen, wenn sie aneinander anliegen. Wenn zum Beispiel ein Teil Rillen und das andere Teil konvexe Schienen hat, können sie mit Schrauben befestigt werden, wenn sie zueinander passen. Das Prinzip besteht darin, die Reibungskraft der Verschiebung in Druck gegen die Halterung umzuwandeln, was die Lagerkraft und die Stabilität erheblich verbessert.
Stellungnahme I
Nietverbindungen sind eine große Kategorie, und Bolzen sind eine der häufigsten Arten. Schrauben oder hochfeste Nieten können eine höhere Festigkeit als Schweißen bieten, aber der Nachteil sind die höheren Kosten. In Flugzeugen werden genietete Verbindungen verwendet, die stärker und leichter sind als herkömmliche Schraubverbindungen, wie z. B. Bom Screw und Huck Screw usw. Da für Flugzeuge hohe Sicherheitsstandards gelten, können sie nicht geschweißt werden und müssen genietet werden. Bei Hochgeschwindigkeitszügen sind die Anforderungen nicht so hoch, daher werden sie in der Regel geschweißt. Autos haben noch niedrigere Standards und können geschweißt werden, obwohl einige Autohersteller wie Land Rover Autos mit Vollaluminiumkarosserien hergestellt haben, die wie bei Flugzeugen genietet werden, aber sie sind extrem teuer.
Brücken sind nicht mein Spezialgebiet, aber bei einigen besonderen Anforderungen, wie z. B. der Notwendigkeit, die Brücke leicht zu halten und gleichzeitig hochfesten Stahl zu verwenden, kann das Schweißen aufgrund der Anforderungen nicht möglich sein. schlechtes Schweißen Leistung von hochfestem Stahl. Außerdem können in Küstennähe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit bestehen, und da korrosionsbeständiger Stahl auch schwer zu schweißen ist, wird zur Gewährleistung der Sicherheit häufig genietet.
In den letzten Jahren hat die Schweißtechnik bedeutende Fortschritte gemacht, die einige ihrer traditionellen Nachteile beseitigen:
Auch Überlegungen zu Wartung und Reparatur spielen bei der Auswahl der Verbindungsmethoden eine entscheidende Rolle:
Der Bereich der strukturellen Verbindungen entwickelt sich ständig weiter, wobei die laufende Forschung und Entwicklung darauf abzielt, die Festigkeit, Haltbarkeit und Effizienz der verschiedenen Methoden zu verbessern:
Die Wahl von Niet-, Schraub- oder Schweißverbindungen im Bauwesen ist eine komplexe Entscheidung, die von den mechanischen Eigenschaften, den Konstruktionsbedingungen, der Qualitätskontrolle, den Wartungsanforderungen und den Kosten beeinflusst wird. Obwohl jede Methode ihre Vor- und Nachteile hat, verbessern Fortschritte in der Technologie und bei den Werkstoffen kontinuierlich ihre Anwendbarkeit und Leistung. Für große Bauwerke wie Brücken bieten Schraubverbindungen eine zuverlässige und wartungsfreundliche Lösung, die den Anforderungen an Festigkeit, Haltbarkeit und einfache Inspektion gerecht wird. Im Zuge der Weiterentwicklung der Branche werden hybride und innovative Techniken die Effizienz und Effektivität von Bauwerksverbindungen weiter optimieren und für sicherere und widerstandsfähigere Konstruktionen sorgen.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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