Témata
Reklama

Perspektivní metoda spojování materiálů

Článek pojednává o progresivní technologii spojování - přivařování svorníků - a má za úkol přiblížit tento způsob svařování širší veřejnosti.

Jedná se o technologii svařování, která v současné době nachází stále větší uplatnění. U řady výrobků je konstrukce řešena tak, že na rám nebo kostru je třeba připevnit buď spojovací elementy, nebo čepy (svorníky). Tento proces má velké uplatnění v rozličných oblastech průmyslu, například v potravinářském, leteckém průmyslu, při výrobě stavebních prvků apod. Široké využití je i v automobilovém, lodním průmyslu a při výrobě elektrických komponent.

Reklama
Reklama

Přivařování svorníků

Přivařování svorníků (stud welding) je způsob svařování (resp. přivařování), kdy spolu působí přítlačná síla svařovací pistole v kombinaci s natavením styčné plochy svorníku a základního materiálu elektrickým obloukem. Podle normy ČSN EN ISO 4063 je to metoda č. 78.

Přivařování svorníků je možné velmi zjednodušeně charakterizovat jako přivařování různých kovových komponent (svorníků = šroubů, kolíků, matic, elektrokontaktů a dalších tvarovaných prvků – obr. 1) k základnímu kovovému materiálu. Podstatou je vytvoření svařovacího elektrického oblouku přímo mezi svorníkem a základním materiálem a jejich následné spojení po natavení.

Obr. 1. Ukázka různých typů svorníků

Jde o velmi úspornou metodu svařování, používanou běžně už desítky let, která v současnosti nachází stále větší uplatnění i v ČR.

V tomto příspěvku jsme se zaměřili pouze na nejpoužívanější způsoby přivařování svorníků, které se v praxi nejčastěji používají: přivařování svorníků elektrickým obloukem (tzv. zdvihovým zážehem) a přivařování svorníků kondenzátorovým výbojem (tzv. hrotovým zážehem).

Přivařování svorníků elektrickým obloukem (stud arc welding)

Prvně jmenovaný systém můžeme dále rozdělit na metody zdvihového zážehu: s krátkým časem, s použitím ochranné atmosféry, s použitím ochranných keramických kroužků. Princip metody je patrný z obr. 2. Svorník se zaobleným nebo tupým kuželovým koncem se upevní do kleštiny (správného tvaru a průměru) speciální pistole, přiloží se na místo, kde ho chceme připojit, a po stisknutí startovacího spínače proběhne celý cyklus svařování automaticky.

Obr. 2. Princip metody zdvihového zážehu

Proces se zdvihovým zážehem začíná kontaktem svorníku s přilehlým místem svařování na základním materiálu, ve chvíli, kdy je iniciovaný svařovací cyklus. Přívod svařovacího proudu je aplikován do hrotu svorníku a ten je odtahován od svařovaného základního materiálu. Svorník je nadzvednut podle nastaveného zdvihu na svařovací pistoli; po dosažení horní úvrati zdvihu dojde k vypnutí elektromagnetu a svorník se vrací zpět proti podkladovému plechu. Před kontaktem svorníku s plechem dojde k zapálení elektrického oblouku, který následně hoří podle nastaveného svařovacího času.

Zkratem svařovacího obvodu a oddálením svorníku od základního materiálu se zapálí elektrický oblouk na takovou dobu, než se dostatečně nataví obě spojované plochy (obvyklý čas je 0,2 až 1 s). Svorník je potom přítlakem ponořen do roztaveného materiálu, vypne se svařovací proud a tekutý kov ztuhne, čímž se vytvoří svarový spoj.

Aby tekutý kov příliš neoxidoval a nenasytil se dusíkem a kyslíkem, je možné elektrický oblouk chránit před okolní vzdušnou atmosférou. To se může provádět pomocí ochranné atmosféry (obvykle směs Ar+CO2) nebo pomocí keramických kroužků, které jsou určeny na jedno použití a po přivaření svorníku je nutno je odstranit.

Přivařování svorníků zdvihovým zážehem s režimem krátkého času slouží pro přivařování svorníku o průměru 2–6 (8) mm na tenké plechy od cca 0,6 do 0,8 mm, většinou pro ocelové materiály. Pokud chceme přivařovat svorníky v průměrovém rozsahu od 2–12 mm, je vhodné použít ochrannou atmosféru. Při přivařování svorníků průměru 5 až 25 mm (závitových i speciálních tvarů) je vhodné použít ochranné keramické kroužky, které slouží k obdobným účelům jako ochranná atmosféra, tedy k vytlačení okolní vzdušné atmosféry z okolí svaru a formování výronku, aby nevznikala pórozita svarového kovu a podkladového (základního) materiálu. Hlavní výhodou použití tohoto způsobu přivařování svorníků je, že poskytuje kvalitní svarový spoj s minimálním nebo žádným ovlivněním rubové strany svařovaného základního materiálu.

Přivařování svorníků kondenzátorovým výbojem (capacitor discharge stud welding – CD)

Druhý z uvedených způsobů se od předchozího liší především tím, že na přivařované ploše svorníku je vytvořen výstupek o délce 0,8 až 1 mm (tzv. startovací hrot), kterým se svorník „opírá“ o základní materiál. V okamžiku sepnutí svařovacího proudu se hrot velmi rychle roztaví, čímž se zapálí oblouk, který hoří na celé svarové ploše velmi krátký čas (při použití pistole se zdvihem cca 1,2–2 ms, při použití pistole kontaktní cca 2,5–5 ms). Mezitím dosedne svorník na základní materiál v celém průřezu a vrstva tekutého kovu o tloušťce řádově do 0,25 mm okamžitě ztuhne.

Jako zdroj energie se u tohoto způsobu používá kondenzátorová baterie. Tepelné ovlivnění základního materiálu je tak malé, že lze přivařovat svorníky do M5 na materiály od tloušťky 0,6 mm. Rozlišujeme několik základních druhů přivařování svorníků touto metodou, z nichž jedna z nejčastěji používaných je metoda s počátečním kontaktem.

Obr. 3. Princip metody přivařování s hrotovým zážehem

V tomto případě proces začíná kontaktem svorníku s povrchem základního materiálu. Svařovací cyklus je iniciován prudkým zvýšením svařovacího proudu, roztavením startovacího hrotu svorníku a přilehlé oblasti základního materiálu s okamžitým kontaktem. Svorník je přitlačen do svařovaného materiálu a tím se vytvoří pevný a homogenní svar. Tento proces umožňuje svařovat velmi tenké materiály s dobrými výsledky a je možné svařovat i množství rozličných materiálů (ocel, pozinkovaná ocel, hliník a jeho slitiny). Nevýhodou použití tohoto procesu je omezená velikost parametrů a fakt, že místo svaru musí být čisté. Bez okují, oxidů, mastnoty apod.

Obr. 4. Metalografické výbrusy přivařených svorníků zdvihovým zážehem hrotovým zážehem

Kondenzátorové svařovací stroje mají produktivitu obvykle 20–30 ks přivařených svorníků za minutu, podle nastavení a velikosti napětí na kondenzátorech. Zařízení pro zdvihový zážeh, kde zdrojem elektrické energie je transformátor, bývá rovněž cca 20 ks/min, v závislosti na výkonu a velikosti transformátoru a na úrovni napájení. Podobně je tomu i u invertorových zdrojů. Většinu zařízení lze napojit na podavače pro automatické podávání svorníků a manipulátory či roboty, které usnadňují správné umístění svaru a snižují vedlejší časy svařování. Příklad používaného přenosného zdroje a přivařovací pistole je na obr. 5.

Obr. 5. Zařízení pro metodu kondenzátorového přivařování svorníků

Produktivita práce

Ve srovnání s mechanickými spoji nebo zavrtávanými svorníky a také oproti klasickým metodám svařování obdobných aplikací je u všech modifikací metody přivařování svorníků produktivita práce nesrovnatelně vyšší. Přitom nároky na kvalifikaci a zručnost obsluhy jsou minimální – což však často vede k podceňování této metody svařování, resp. nedodržování bezpečnostních i kvalitativních předpisů. Jde však o metodu svařování pomocí elektrického oblouku (i když ten hoří po velmi krátký čas), a proto tato metoda spojování materiálu vyžaduje stejný přístup jako jiné metody svařování pomocí elektrického oblouku. Následná automatizace celého procesu (pohybu svařovací pistole i přísun svorníků) je navíc velmi snadná, což opět velmi významně může zvyšovat produktivitu procesu.

Tato metoda svařování je použitelná pro všechny běžné kovy, jejich slitiny a většinu jejich kombinací. Je tedy možné kombinovat základní materiály a materiály svorníků. Tavná zóna je cca 0,25 mm, což umožňuje přivařování na základní materiály od tloušťky 0,6 mm. Z této vlastnosti vyplývá využití v elektrotechnickém průmyslu a všude tam, kde se vyskytuje potřeba zachovat nenarušený vzhled základního materiálu. Metoda je však použitelná pouze pro konkrétní typický druh spoje přivaření svorníku kolmo na podkladový materiál.

Ladislav Kolařík, Marie Kolaříková, David Pospíšil

Příspěvek vznikl s podporou řešení grantového projektu ČVUT SGS13/187/OHK2/3T/12 a ve spolupráci s firmou Proweld.

FS ČVUT v Praze, Ústav strojírenské technologie; Proweld

Ladislav.Kolarik@fs.cvut.cz

Použitá literatura:
[1] Turňa, M.: Špeciálné metódy zvárania, přednáška na kurzu IWE. ČVUT v Praze, 2008.
[2] Spurný, J.: Optimalizace parametrů při kondenzátorovém přivařování svorníků.
Diplomová práce, ČVUT v Praze, FS, 2008.
[3] Stewart, J. P.: The Welders Handbook. Reston Publishing Company, Reston, 1981.
[4] Firemní materiály fy Proweld a HSB.
[5] Válová, M., Kolařík, L.: Perspektivní metody spojování materiálů – přivařování svorníků. Nové metody a postupy v oblasti přístrojové techniky, automatického řízení a informatiky. Sborník odborného semináře Ústavu přístrojové a řídící techniky, ČVUT v Praze FS, Jindřichův Hradec, 2009.

Článek byl zveřejněn v monotematické příloze strojírenského měsíčníku MM Průmyslové spektrum SPOJOVÁNÍ A DĚLENÍ MATERIÁLŮ na straně XVI.

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140144
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Monotematická příloha / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Quo vadis, svařování?

Svařování je dlouhodobě jedna z nejvýznamnějších strojírenských výrobních technologií. Má rozhodující vliv na jakost řady výrobků a na výrobní náklady, proto má klíčové postavení mezi výrobními technologiemi. Patří také mezi technologie zpracovávající největší objem kovových materiálů (cca 25 %). Žádná jiná technologie nezpůsobuje tak rozsáhlé změny ve vlastnostech materiálů.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Laser spojuje plasty a kovové součásti

V současné době je stále více žádané spojení materiálů velmi různých vlastností, např. kovu a plastu. Byla vyvinuta nová technologie využívající laser. V kovovém materiálu jsou paprskem laseru vytvářeny mikrostruktury a následným prozářením plastu laserem dojde k naleptání povrchu plastu. Tím je dosaženo pevné spojení obou materiálů.

Související články
Moderní způsoby spojování dílů karoserií

Dnešní moderní koncepce stavby automobilů je nemyslitelná bez stále narůstajícího významu šetření s používanými surovinami, kratšími časy pro vývoj a cenově přijatelnou výrobu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Problematika vstřikování plastových dílů pro automobily

Příspěvek popisuje podmínky pro výrobu vstřikovaných plastových dílů pro automobily včetně vznikajících problémů a navazuje na článek Snížení rizika vzniku vad při vstřikování plastových dílů, který byl uveřejněn v příloze Plasty časopisu MM Průmyslové spektrum č. 3/2014 (viz též www.mmspektrum.com/140312). Autor vychází z dlouholeté zkušenosti ve firmě Plast Form Service I. M., která se výrobou těchto dílů zabývá již od roku 1998.

Chceme svítit

Povědomí o bývalém vojenském prostoru Stříbro v západní části naší republiky přinášejí buď vzpomínky osobního rázu, nebo přicházejí skrze narukované, kteří zde společně, převážně s romskými spoluobčany z tehdejšího východu Československa, v tankových praporech chránili naši republiku proti vpádu západních imperialistů. Doba se naštěstí změnila. Nyní je to rozvíjející se region jak díky blízkosti k Německu a hlavní dálniční tepně, tak i zásluhou generace techniků, kteří se zde kolem plzeňské Škody zrodili a po jejím rozpadu a rozmělnění se vydali na cestu soukromého podnikání ve strojírenském oboru. Do jedné z takových firem, nacházející se v Kladrubech u Stříbra, jsem se vypravil. Důvodem byla ukázka vzniku a růstu dalšího partnerství s dodavatelem technologií obrábění, společností Mazak.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 4. díl: Jaké jsou limity lithiových baterií

Stěžejní součást bateriových elektrických vozidel představuje trakční baterie, soustava navzájem propojených sekundárních (nabíjecích) galvanických článků, které v podobě chemické energie akumulují tu elektrickou, již z baterie získává elektromotor. Protože se jako jedna z nevýhod elektrických vozidel oproti těm konvenčním uvádí poměr uložené energie a hmotnosti akumulátorů, tedy jejich relativně nízká specifická energie, zaměříme se v tomto díle našeho seriálu právě na ni, představíme si některé možnosti jejího navýšení a zmapujeme důsledky, jaké může pro mobilitu mít.

Odstraňování otřepů elektrotechnickým obráběním

Po dlouholetých zkušenostech s odjehlováním přivedl Imtos na český a slovenský trh společnost stoba Sondermaschinen – specialistu na definované a bleskurychlé odstraňování otřepů technologií ECM.

Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Cíle a píle jsou tím, co mě žene stále kupředu

Martin Šula, majitel společnosti MSR Engines, založené roku 2004, vyrábí motorizovaná surfovací prkna JetSurf. Zajímavé na tomto projektu je, že úplně všechno vzniká v Brně – Střelice, kam se firma nastěhovala před dvěma lety. Tak se podařilo zvýšit plánovanou kapacitu na 1 500 výrobků ročně. Ale hned první rok zde vyrobili 1 200 surfovacích prken. Firma už ale přistavěla další objekty a hodlá se rozšiřovat i nadále.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit