エンジニアリングと建設の材料の参加に関しては、リベットと溶接は間違いなく、最も広く使用されている2つの方法です。 シートメタル製造では、これらの2つの手法は、カスタムシートメタルパーツを結合するための優れた選択肢を決定するために互いに比較検討されることがよくあります。材料の互換性、共同強度の要件、環境条件、分解または柔軟性の必要性など、いくつかの要因を考慮する必要があるため、それらの間の決定は必ずしも簡単ではありません。
このガイドは、両方の方法の利点、制限、および優先アプリケーションに関する実用的な洞察を提供し、プロジェクトに最適なアプローチについて情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。
リベットは、a fastener を使用してリベットと呼ばれる機械的な固定プロセスで、2つ以上の素材を一緒に結合します。通常、リベットは頭、シャンク、尾で構成されます。
リベッティングプロセスでは、リベットは、材料のアクセス可能な側面に頭が配置され、尾が反対側の尾を置いて、わずかに特大の事前掘削または自己ピアスの穴に挿入されます。次に、ハンマー、リベットガン、油圧プレスなどのツールを使用して、尾を変形させます。この変形は、2番目のヘッド(ショップヘッドまたはバックテールとして知られています)を形成します。尾が膨張すると、2つの頭の間で材料をしっかりと固定し、堅牢で永続的な接続を作成します。
リベットが接続された接続/ジョイントは非常に強く耐久性があります。リベットは、接続された材料全体にストレスを分配し、負荷をかける能力と障害に対する抵抗を改善するのに役立ちます。これらのジョイントは、引張、せん断、および複合力を含むさまざまな負荷条件を処理するように設計できます。リベットの2つのタイプのリベットジョイントは、ラップジョイントです。ここでは、2つのピースがオーバーラップしてリベットされています。バットジョイント。目的のジョイントを作成するには、異なるリベットの種類 - 材料、強度の要件、およびジョイントのアクセス性に基づいて選択できます。
リベットは、何世紀にもわたって資料を結合する信頼できる方法であり、さまざまな業界で不可欠な独自の利点を提供しています。
シンプルで費用対効果の高い
リベットプロセスは操作が簡単で、最小限の機器が必要です。電力と特殊な機械を必要とする溶接とは異なり、リベットは手動または最小電力で実行でき、特に小規模または複雑でないアプリケーションでは、多くのアプリケーションにとって手頃な価格のポータブルなオプションになります。
異なる材料の互換性
リベットを使用して、異なる材料を結合できます。材料が類似した特性(特に融点)がある場合に最適に機能する溶接とは異なり、リベットは金属、プラスチック、複合材料、または布地を効果的に留めることができます。この柔軟性は、航空宇宙のような産業で特に価値があります。航空宇宙では、同じ構造に異なる材料が組み合わされて、強度、体重、パフォーマンスを最適化します。
強くて耐久性のある接続
リベットは、リベットを変形させることにより機械的結合を形成し、それが分離、振動、ストレスに効果的に抵抗する緊密で安全な接続を作成します。周期的な負荷を備えた環境では非常にうまく機能します。この永続的な機械的変形(特に固体リベット)は、ボルトやネジなどのファスナーよりも耐久性を高めることができます。
熱は必要ありません
リベットは高温を必要としないため、結合される材料の熱歪みや弱体化のリスクはありません。これは、溶接プロセス中に損傷する可能性のあるアルミニウムや特定の複合材料などの熱に敏感な材料を操作する場合に特に有益です。
リバーシブル場合によっては
ブラインドリベットなどの特定の種類のリベットは、片側アプリケーションを可能にします。さらに、多くの場合、永続的なものですが、特にブラインドリベットが使用される場合は、一部のリベット付きジョイントをメンテナンスまたは修理のために分解できます。
ただし、留め方と同様に、リベットには制限が付いています。これは、プロジェクトのために選択するときに考慮する必要があります。
目に見えるリベットヘッド
リベットは通常、表面に目に見えるリベットヘッドを残し、表面仕上げを破壊する可能性があり、美学が重要な用途では望ましくない場合があります。たとえば、滑らかできれいな外観が非常に重要な消費者製品または車両では、リベットヘッドの存在は全体的な外観を損なう可能性があります。
限られた強さ
リベットは動的で高振動環境に適していますが、通常、溶接と同じ負荷をかける容量を提供しません。極端な荷重をかける条件では、リベット付きのジョイントは、溶接接合部と比較してせん断強度と引張強度が低く、材料の最大構造の完全性を溶接ほど効果的に維持できない場合があります。
重量の考慮事項
リベットは、特に複数のリベットが使用される場合、構造に重量を加えることができます。溶接や接着剤などの他の固定方法と比較して、リベットは必ずしも最も軽量のソリューションではない場合があります。これは、体重減少が重要な航空宇宙のようなアプリケーションでは不利な可能性があります。
インストールの課題
リベットは一般によりシンプルで手頃な価格ですが、特定のアプリケーションでは、インストールプロセスは労働集約的なものになる可能性があります。大量生産または大規模な構造では、リベットを設置して設置すると、特に多数のリベットを手動または油圧ツールを使用して配置および変形させる必要がある場合に、より多くの人材が必要になる場合があります。さらに、非常に厚い材料の場合、リベットは、有限の数のファスナーと連続結合を提供する能力が制限される場合があります。固体リベットなどの一部のリベットには、関節の両側へのアクセスも必要です。これは、限られたスペースや複雑なアセンブリでは非現実的である可能性があります。
機械的ファスナー(リベット)を使用して材料を結合するリベットとは異なり、溶接は基本材料に熱を適用することにより、強力で永続的な結合を作成します。電気アーク、ガス火炎、レーザーなどの熱源は、関節に向けられ、材料の端を溶かし、融合させます。熱が除去された後、溶接は冷却して固化し、通常、材料自体と同じくらい強い、あるいは強いシームレスな結合を形成します。多くの場合、ロッドやワイヤーなどのフィラー材料が追加され、ジョイントを強化し、材料間のギャップを埋めるために追加されます。
溶接されたジョイントは、溶接中の材料の物理的な配置と設計について説明します。一般的な溶接ジョイントには以下が含まれます。
これらのさまざまなタイプの溶接ジョイントを効果的に作成するために、異なる溶接プロセスが使用されます。ここでは、最も一般的に使用される溶接方法のいくつかを紹介します。
製造、建設、または修理において、溶接は、高性能で長期にわたる接続を作成するための重要なプロセスのままです。
高強度
溶接されたジョイントは通常、基本材料と同じくらい強く、時にはさらに強いです。これは、溶接プロセスが分子レベルで材料を融合し、潜在的な故障のために追加の弱点または領域なしで均質な結合を作成するためです。さらに、溶接ビーズが基本材料よりも厚い場合、溶接補強材は、関節の強度をさらに高めることができます。
シームレスできれいなジョイント
TIGやレーザー溶接などの溶接方法は、プロセスを正確に制御するため、高品質でシームレスな仕上げをもたらします。これにより、美学や構造の完全性が重要な場合、溶接は優れた選択になります。
汎用性
溶接は、金属(鋼、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン)や熱可塑性物質など、幅広い材料を結合するために使用できます。さまざまな溶接技術により、薄いシートから厚い重いコンポーネントまで、さまざまな厚さを結合できます。さらに、溶接は設計の柔軟性を提供し、さまざまな関節形状、角度、方向を可能にします。
溶接は強度、耐久性、汎用性を提供しますが、制限もあります。
物質的な制限
溶接は異なる材料に結合することができますが、材料の特性が大幅に異なる場合(たとえば、融点、熱膨張速度など)、通常はより困難です。材料特性の違いは、亀裂、気孔率、または弱い関節などの問題を引き起こす可能性があります。これらのケースには、特別な技術またはフィラー材料がしばしば必要であり、プロセスをより複雑にします。
熱歪み
溶接中の高温は、特に薄いまたは熱に敏感な材料で、材料の熱歪みまたは反りを引き起こす可能性があります。これにより、寸法の不正確さや内部ストレスが発生する可能性があり、内部ストレスが発生する可能性があります。これには、矯正や熱処理などの追加プロセスが必要になる場合があります。
高いスキル要件
溶接には、高品質の結果を達成するために高いスキルレベルと経験が必要です。技術のわずかな変動でさえ、不適切な融合、弱い関節、過度の熱入力などの欠陥につながる可能性があります。
コスト
溶接装置の購入コストとメンテナンスは、特にTIG溶接やレーザー溶接などの特殊なプロセスで非常に高くなる可能性があります。さらに、一貫した電源は全体的な費用を追加できます。
安全リスク
溶接プロセスにより、オペレーターは高温、放射線(UVおよびIR)、および潜在的に危険な煙またはガスにさらされます。
上記のこれら2つの結合方法を導入することで、リベットと溶接を包括的に理解しています。プロジェクトに最適なテクニックを決定するのに役立つように、次々に1つを選択する時期に関する簡単なガイドを次に示します。
リベットと溶接の議論では、正しい選択はプロジェクトの特定の要件に依存します。リベットは、分解しやすいものや熱に敏感な材料を使用しているものが必要な場合に最適なオプションです。一方、溶接は、その強さ、永続性、設計の柔軟性を際立たせています。これらの重要なポイントを念頭に置いて、プロジェクトに最適な情報に基づいた決定を下すことができます。
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ストレスとひずみは、材料が力にどのように反応するかを説明するための最も重要な概念の2つです。応力は、負荷下の材料内の単位面積あたりの内部力であり、ひずみは、適用された力から生じる材料の形状の変形または変化です。 ただし、ストレスとひずみの関係は理論をはるかに超えています。これは、健全なエンジニアリングの決定に不可欠です。それらを並べて比較することにより、材料のパフォーマンス、安全性がどれだけ安全に変形できるか、いつ失敗する可能性があるかをよりよく予測できます。この記事では、それらの定義、違い、関係、および実用的なアプリケーションについて説明します。 詳細に入る前に、ストレスと緊張に関するこの短い入門ビデオが役立つことがあります。 ストレスとは ストレスは、外部負荷に抵抗するために材料が発達する単位面積あたりの内部力です。顕微鏡的に、適用された負荷は、変形に反対し、構造を一緒に「保持」する原子間力を誘導します。この内部抵抗は、私たちがストレスとして測定するものです。 負荷の適用方法によっては、ストレスは次のように分類されます。 引張応力(σt)および圧縮応力(σc):これらは、断面領域に垂直に作用する正常な応力です。 せん断応力(τ):断面領域と平行に作用する接線力によって引き起こされます。 ねじれ応力(τt):トルクまたはねじれによって誘発されるせん断応力の特定の形態。 その中で、引張ストレスは、エンジニアリング設計における最も基本的なタイプのストレスです。計算式は次のとおりです。 どこ: σ=ストレス(Paまたはn/m²;時々psi) f =適用力(n) a =力が適用される元の断面領域(m²) 材料のストレスがどのように測定されるか 直接ストレスを測定することは不可能なので、代わりに、適用された力または結果として生じる変形のいずれかを測定する必要があります。以下は、重要な測定技術の簡潔な概要です。 方法 /テクノロジー原理測定デバイス /ツール精度と精度一般的なアプリケーションユニバーサルテストマシン(UTM))測定力(f)、ストレス= f/aを計算します統合されたロードセルを備えたUTM★★★★★(高精度)基本的な材料テスト:ストレス - ひずみ曲線、機械的特性評価ひずみゲージ測定ひずみ(ε)、σ= e・ε(線形弾力性を想定)を介して応力を計算する ひずみゲージ、データ収集システム★★★★☆(高)コンポーネント応力分析;疲労評価;組み込み構造監視拡張計測定値の長さの変化、εとσを計算します接触または非接触拡張メーター★★★★☆(高)標本の引張試験;弾性弾性率と降伏ひずみの検証デジタル画像相関(DIC)光学方法は、フルフィールドの表面変形を追跡します高速カメラシステム、DICソフトウェア★★★★☆(フルフィールド)フルフィールドひずみ分析。クラック追跡;物質的な不均一性研究超音波ストレス測定ストレス下での材料の波速度の変化を使用します超音波プローブとレシーバー★★★☆☆(中程度)残留応力検出;溶接されたジョイントと大きな構造における応力監視X線回折(XRD)内部応力によって引き起こされる格子歪みを測定しますXRD回折計、専門ソフトウェア★★★★☆(高精度、表面層に局在する)薄膜、溶接ゾーン、金属およびセラミックの表面残留応力光弾性透明な複屈折材料の光学干渉フリンジを介してストレスを視覚化します偏光のセットアップと複屈折ポリマーモデル★★★☆☆(半定量的な定性)教育デモ;透明モデルにおける実験的ストレス分析マイクロ/ナノスケールの特性評価技術 EBSD、マイクロラマン、ナノインデンテーションなどのテクニックは、マイクロまたはナノスケールのひずみ/ストレスマッピングを提供します 電子またはレーザーベースのシステム、画像分析ソフトウェア★★★★☆(高精度;ローカライズされたマイクロ/ナノスケール) マイクロエレクトロニクス、薄膜、ナノインデンテーション、複合界面の動作 ひずみとは ひずみは、外力にさらされると材料が受ける相対変形の尺度です。これは、単位のない量またはパーセンテージとして表現され、元の長さ(または寸法)の長さ(またはその他の寸法)の変化を表します。 ひずみのタイプは、適用されるストレスに対応します:引張ひずみ、圧縮ひずみ、またはせん断ひずみ。 通常のひずみの式は次のとおりです。 どこ: ϵ =ひずみ(無次元または%で表されます) ΔL=長さの変化 l0=元の長さ 材料の株が測定される方法 さまざまな方法を使用して、ひずみを測定できます。最も一般的に使用される手法は、ひずみゲージと伸筋です。以下の表は、材料のひずみを測定するための一般的な方法をまとめたものです。 方法センシング原則センサー /トランスデューサー測定シナリオ備考ひずみゲージ抵抗の変化フォイルタイプのひずみゲージ静的または低周波ひずみ;一般的に使用されます業界で広く使用されています。低コスト;接着剤の結合と配線接続が必要です拡張計変位クリップオン /コンタクト拡張計材料テスト;全セクション測定高精度;動的テストや高度に局所的な株に適していませんデジタル画像相関(DIC)光学追跡カメラ +スペックルパターンフルフィールドひずみマッピング。亀裂伝播;複雑な形の標本非接触; 2D/3D変形マッピング。高価なシステム圧電センサー圧電効果圧電フィルムまたはクリスタル動的ひずみ、圧力、衝撃、振動高周波応答;静的ひずみ測定には適さないファイバーブラッググレーティング(FBG)光学(ブラッグリフレクション)FBG光ファイバーセンサー長距離にわたる分布または多重化測定EMIの免疫;航空宇宙、エネルギー、スマート構造に適していますレーザードップラー振動計(LDV)ドップラー効果LDVレーザープローブ動的ひずみ/速度測定と表面振動分析非接触;高解像度;高い;表面条件に敏感です ストレスとひずみの重要な違い 以下は、直接の概要を提供するクイックテーブルです。 側面ストレス歪み式σ= f / aε=Δl /l₀ユニットPA(n/m²)、またはpsi(lbf/in²)無次元または%原因外力ストレスによって引き起こされる変形効果内部力を生成して、外部負荷に対抗します。高すぎる場合、塑性変形、骨折、疲労障害、ストレス腐食亀裂につながる可能性があります材料のジオメトリを変更します。降伏点を超えて永続的に弾性制限で回復可能行動材料が抵抗しなければならない領域ごとの内部力。分布に応じて、圧縮、張力、曲げ、またはねじれを引き起こす可能性があります適用された応力下で材料がどれだけ変形するかを説明します。弾性またはプラスチックにすることができます ストレスと緊張が互いにどのように関連するか ストレスはひずみを引き起こします。応力 - ひずみ曲線は、適用された応力に対してひずみ(変形)をプロットすることにより、材料が徐々に増加する荷重の下でどのように変形するかをグラフ化します。その重要なポイントを確認しましょう。 1。弾性領域(ポイントO – B) […]
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