STUD WELDING IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY - sszp.eu ?· Priváranie svorníkov číselne označované…

  • Published on
    01-Mar-2019

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>48 </p> <p>PRIVRANIE SVORNKOV V AUTOMOBILOVOM PRIEMYSLE </p> <p>JN VI - KATARNA SENDERSK </p> <p> STUD WELDING IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY </p> <p> ABSTRAKT </p> <p> Prspevok sa zaober technolgiou privrania svornkov, ktor je v sasnosti pouvan pri vrobe osobnch automobilov v oraz vom objeme. Prezentovan s princpy a parametre zvrania, prehad jednotlivch metd privrania svornkov, zariadenia pre privranie ako aj vhody a nevhody technolgie. Nakoko sa jedn o tavn, resp. tavno-tlakov spsob zvrania, kde teplo pre vznik metalurgickho spoja vznik v procese horenia elektrickho oblka, resp. prechode elektrickho prdu spjanmi materilmi s v prspevku pre tto metdu zvrania definovan rizik a opatrenia pre ich eliminciu. Kov slov: automobilov priemysel, spjanie, privranie svornkov, bezpenos </p> <p> ABSTRACT </p> <p> The paper deals with stud welding technology, which is currently used in the production of cars in an increasing volume. Presented are the principles and the welding parameters, the list of the stud welding methods, equipments as well as </p> <p>the advantages and disadvantages of this technology. As this is a fusion, respectively pressure fusion welding method, wherein the heat for creation of metallurgical joint is produced in the burning process of electric arc, respectively by passing of the electric current through the joined materials, in the paper are for this welding method defined risks and measures for their elimination. Key words: automotive industry, joining, stud welding, safety VOD </p> <p>V sasnosti existujce trendy v oblasti spojov s smerovan k aplikcii vysoko-produktvnych metd spjania akmi </p> <p>s zvranie resp. spjkovanie laserom, tlakov spjanie, metdy CMT (Cold Metal Transfer), TOPTIG a podobne. Dvodom s ekonomick aspekty ale tie minimalizcia tepelnho ovplyvnenia v miestach spojov, aby nedochdzalo k pokodeniu povlakov u povrchovo upravench plechov, ktor patria k stle astejie pouvanm materilom pri vrobe automobilov v sasnosti. Okrem tchto metd spjania karosrskych dielcov do jednho celku sa pri vrobe automobilov oraz astejie pouvaj svornky. Pouvaj sa z dvodu jednoduchej vmeny zariaden a komponentov prevane v asti karosrie </p> <p>s pohonnou jednotkou, ale tie v inch vntornch astiach, kde nahrdzaj na vrobu zdhavejie a nkladnejie skrutkov spoje, prpadne nerozoberaten nity. </p> <p>PRIVRANIE SVORNKOV </p> <p>Privranie svornkov selne oznaovan ako metda 78 poda STN EN ISO 4063 (v anglitine oznaovan ako stud </p> <p>welding v nemine Bolzenschweien) je metda spjania svornkov prpadne podobnch dielcov so zkladnm materilom zvranm. Metda m zaujmav monosti aplikcie napr. v oblasti oceovch kontrukci v stavebnctve alebo aj v automobilovom priemysle pri vrobe ast karosrie. Poda [1] sa napr. v karosrii automobilu Golf V nachdza 193 spojov vytvorench touto metdou. </p> <p> Pre tto oblas plat STN EN ISO 4063 kde okrem zkladnho oznaenia ako metdy 78 Privranie svornkov s </p> <p>definovan a v praxi uplatovan aj nasledujce metdy [2]: 781 oblkov privranie svornkov - (arc stud welding), </p> <p> 782 odporov privranie svornkov - (resistance stud welding), 783 privranie svornkov odtiahnutm oblkom s keramickm krkom, alebo ochrannm plynom - (drawn arc </p> <p>stud welding with ceramic ferrule or shielding gas), 784 krtkocyklov privranie svornkov odtiahnutm oblkom, - (short-cycle drawn arc stud welding), 785 privranie svornkov vbojom kondenztora odtiahnutm oblkom - (capacitor discharge drawn arc stud </p> <p>welding), 786 kondenztorov privranie svornkov zapaovanm pikou - (capacitor discharge stud welding with tip </p> <p>ignittion), </p> <p>787 oblkov privranie svornkov s tavnm golierom - (drawn arc stud welding with fusible collar), 788 trecie privranie svornkov - (friction stud welding). </p> <p>49 </p> <p>Obr. 1. - truktra spojov karosrie automobilu Golf V poda [1] a pohad na as karosrie automobilu </p> <p>Samotn privranie sa poda [3, 4, 5] realizuje dvomi zkladnmi spsobmi: </p> <p>- privranie elektrickm oblkom tzv. zdvihovm zapaovanm - privranie kondenztorovm vbojom tzv. hrotovm zapaovanm </p> <p>Privranie svornkov zdvihovm zapaovanm sa alej rozdeuje na privranie s krtkym asom, s pouitm ochrannej atmosfry a s pouitm keramickch krkov. Princp privrania svornkov tzv. zdvihovm zapaovanm ilustruje obr. 2. </p> <p>Vzhadom k vej hbke natavenia (cca 1 a 3 mm) sa tto technolgia poda [4] pouva predovetkm k privraniu na dielce s hrbkou od 2 mm. Zvracm zdrojom je usmerova a zvrac as je 0,1 a 0,2 s. Zvracia technolgia so zdvihovm zapaovanm vytvra vemi kvalitn zvarov spojenia a je vhodn na zvary, u ktorch s vysok poiadavky na pevnos a technick bezpenos spoja. Zavedenie tejto technolgie sa naprklad osvedilo v strojrenstve, lodnom priemysle, stavebnctve, pri vstavbe elektrrni vrtane atmovch, pri stavbe kotlov, vo vrobe prstrojov, v stavebnom izolatrstve, vo vrobe stavebnch panelov. Pomer najniej hrbky plechu k privranej spojovacej sasti je 1:4. To plat aj pre privranie v ochrannej atmosfre plynov. </p> <p> pika apu sa dotkne obrobku. </p> <p> ap sa nadvihne nad obrobok a djde </p> <p>k zapleniu zvracieho oblka. </p> <p> ap sa ponor do taveniny. Tavenina </p> <p>stuhne a ap je privaren </p> <p>Obr. 2 - Princp privrania svornkov zdvihovm zapaovanm [4] </p> <p>Privranie hrotovm zapaovanm je mon rozdeli na privranie kontaktnm hrotovm zapaovanm alebo privranie hrotovm zapaovanm s medzerou. Princp privranie hrotovm zapaovanm je uveden na obr. 3. </p> <p>Technolgia hrotovho privrania poda [4] je vhodn vade tam, kde je potrebn privari na kovov materil - skrutku alebo in spojovaciu siastku tak, aby nedolo k tepelnmu zaaeniu rubovej strany dielca. Vzhadom k malej hbke zvaru - asi 0,1 mm sa tto technolgia pouva predovetkm na privranie apov (skrutiek, a pod.) na plech u od hrbky 0,5 mm. Ani na tenkom plechu nevznikaj na protiahlej strane zvaru po navaren iadne stopy po zvare, ako napr. zafarbenie i </p> <p>deformcia, a to aj v prpade, e protiahl strany plechov s povrchovo upraven pokovovanm, lakovanm resp. poplastovanm. Tto technolgia je vhodn vade tam, kde sa poaduje minimlne tepeln ovplyvnenie miesta zvaru. Najmen pomer hrbky plechu k privranmu apu je 1:10. </p> <p>50 </p> <p> Zapaovacia pika apu sa dotkne </p> <p>obrobku a djde k zapleniu zvracieho </p> <p>oblka. </p> <p> Zaplen zvrac oblk vytvor tenk tavn </p> <p>znu na ape a obrobku. </p> <p> ap sa ponor do taveniny. Tavenina </p> <p>stuhne a ap je privaren </p> <p>Obr. 3 - Princp privrania svornkov hrotovm zapaovanm [4] </p> <p> Typick prierez privarenho svornka poda [6] je dokumentovan na makrotruktre obr. 4. Zna A je tepelne </p> <p>neovplyvnen oblas drieku kolka, B je tepelne ovplyvnen zna, C je oblas zvarovho kovu (premiean materil kolka a podstavy), D je tepelne ovplyvnen zkladn materil podstavy a E je tepelne neovplyvnen zna zkladnho materilu podstavy. Kvalitne zhotoven zvarov spoj m vykazova vyiu nosnos ako zkladn materily zvranch komponentov. </p> <p>Obr. 4 - Prierez privarenho svornka poda [6] </p> <p>Zvracie parametre jednotlivch technolgi privrania svornkov poda [7] s prezentovan v tabuke 1. U kodenztorovch stacionrnych jednotiek sa vyuva kapacita kondenztorov cca 200000 F. </p> <p>Tab.1 - Vybran zkladn parametre privrania svornkov [1] </p> <p>Metda Zdvihov zapaovanie Hrotov zapaovanie </p> <p>Variant Zvranie svornkov s </p> <p>krtkym asom </p> <p>Zvranie svornkov </p> <p>v ochrannej atmosfre </p> <p>Zvranie svornkov </p> <p>keramick krok </p> <p>Ochrana zvranho psu </p> <p>Bez ochrany Ar + 18% CO Keramick krok poda priemeru apu </p> <p>Bez ochrany </p> <p>apy mm 3 a 11 mm 6 a 12 mm 6 a 25 mm 2 a 10 mm </p> <p>Max. zvrac prd 1200 A 1200A 3000A 8000 A </p> <p>as zvrania 10 a 100 ms 10 a 100 ms 100 a 1000 ms 1 a 3 ms </p> <p>Zdroj prdu dynamo, transformtor a usmerova kondenztor </p> <p>Povrch plechu Pozinkovan plech </p> <p>Minimlna hrbka plechu voi apu </p> <p>1/8 d 1/8 d 1/4 d 1/10 d </p> <p>51 </p> <p>K plechu je privran vdy iba jedna strana svornka. Rozmery zvarovej plochy svornka limituje vekos </p> <p>skuovadla zvracej pitole. Svornky s vyrban z nelegovanch, nzkolegovanch resp. nehrdzavejcich ocel s limitovanm obsahom C do 0,3%. Ako prklad je mon uvies aj svornky poda EN ISO 13918. Okrem toho s pouvan svornky z neeleznch kovov (Al zliatiny, Ti a pod.). Pre zvenie korznej odolnosti a tie elektrickej vodivosti s pouvan kolky s vrstvou Cu. Okrem najviac pouvanch valcovch svornkov s pouvan tie svornky s prierezom mnohostena resp. obdnika. Pre lepie zapaovanie elektrickho oblka sa pouva vstupok v osi pty kolka. nosnos spoja sa d zvi rozrenm kontaktnej plochy (pty) svornka. </p> <p> RIZIKOV FAKTORY PROCESU ZVRANIA </p> <p> Zvranie je technologick proces spjania materilov do nerozoberatench celkov. V zvislosti od pouitej </p> <p>technolgie zvrania je mon hovori o tavnom, tavno-tlakovom a tlakovom spsobe zvrania. Z hadiska kodlivosti maj najv dopad na udsk organizmus tavn spsoby zvrania. Pri tchto spsoboch vznik cel rad neiaducich kodlivch </p> <p>rizikovch faktorov, ktor je mon na zklade vyhlky MZ SR .13/1986 [8] rozdeli na : pecifick rizikov faktory nepecifick rizikov faktory </p> <p>K pecifickm rizikovm faktorom je mon zaradi prach (aerosoly), hluk, vibrcie, chemick ltky a chemick karcinogny, infekcie, alergny, ionizujce iarenie, elektromagnetick iarenie, zven tlak vzduchu na nervy konatn at. [9,10] </p> <p>K nepecifickm rizikovm faktorom patr fyzick za, polohy prce, mikroklma, osvetlenie, psychick za zvraa a pod. </p> <p>Tieto rizikov faktory umouj kategorizova prce poda miery psobenia zvracej technolgie na pracovn prostredie a vlastnej prce na zdravotn stav zvraov. </p> <p>Rizikov faktory a limitn hodnoty kodlivn pre zvrask pracovisk definuj STN 05 0600, STN 05 0601, STN 05 0610, STN 05 0630 a in. </p> <p>Zvracie pracovisko norma STN 05 0600 definuje ako priestor vymedzen na zvranie a na umiestnenie zvracieho, prpadne alieho technologickho zariadenia, technologickch stanov a manipulanch plch na opercie svisiace so zvranm, vykonvanm stle alebo len prechodne, bez ohadu na zabezpeenie pracovnej klmy [11]. </p> <p>Dymov splodiny pri zvran sa tvoria ako vsledok vysokoteplotnch metalurgickch a fyziklno chemickch reakci [9,10]. Vplyv dlhodobho psobenia dymov na udsk organizmus me spsobova intoxikciu a patologick zmeny. </p> <p>kodlivos dymov je zvisl od chemickho zloenia prdavnch materilov a zvranch materilov, pouitho reimu zvrania, parametrov zvrania, povrchovej pravy zvranch materilov, aplikcie ochrannch plynov, technolgie zvrania a teploty zvrania [14, 15]. Toxick zloky zvracch dymov sa rozdeuj na [11]: </p> <p> Kontaminty s najvm kodlivm inkom s NPEL 0,1 mg.m-3 Sem patria Cr, Ni, Co, V, Cd, Pb, Be, hydrazn a ozn </p> <p> Kontaminty s vekm kodlivm inkom s NPEL = 0,1 a 3,0 mg.m-3 Sem patria Cu, As, Mn, Sn, NaOH, KOH, CaO, Ci, F, Na2SiF6, formaldehyd </p> <p> Kontaminty s malm kodlivm inkom s NPEL &gt; 3,0 mg.m-3 NPEL (Najvyie prpustn expozin limity plynov, pr a aeroslov v pracovnom ovzdu) Ako u bolo spomenut, z hadiska kodlivosti maj najv dopad na udsk organizmus tavn spsoby zvrania, </p> <p>kde je najintenzvnejia produkcia kodlivch plynov najm pri oblkovch metdach zvrania ako s: metda runho oblkovho zvrania obalenmi elektrdami metdou MMA (Manual Metal Arc Welding), oblkov metda zvrania </p> <p>v ochrannch atmosfrach plynov GMAW (Gas Metal Arc Welding) GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Mnostvo kodlivch vparov sa uvouje pri zvran, resp. spjkovan (oblkovch procesoch spjkovania napr. MIG spjkovan) materilov s povrchovou pravou zinkovanm. Odparen zinok z povlaku je potrebn efektvne odvies z miesta zvrania, aby nedochdzalo ku kontamincii dchacch ciest zvraa zinkovmi vparmi, o spsobuje nemal zdravotn problmy. Na zdravotn stav zvraov v najvej miere negatvne vplvaj tieto zloky [12]: Be vytvra vysoko toxick zleniny spsobujce vne pokodenie zdravia, </p> <p>Cd karcinogn spsobujci trval pokodenie zdravia, CO v zvislosti od koncentrcie spsobuje bolesti hlavy, navu a otravu, Cr pokodzuje dchacie cesty, spojivky, spsobuje boles hlavy, chronick bronchitdu, zmeny farby koe a Cr+VI </p> <p>rakovinu dchacch ciest, Cu drdi horn dchacie cesty, Fluoridy (F-1) spsobuj zpaly spojiviek, hornch dchacch ciest a sklerzu kosti, Pb jeho jedovat - toxick vpary spsobuj anmiu, svalov slabos a otravu koniacu smrou, Mn prach a jeho spodiny drdia oi a sliznice dchacieho strojenstva. Spsobuje anmiu, podrdenos, bolesti hlavy, </p> <p>svalov a kbov, poruchy rei, </p> <p>O3 vznik pri reakcii elektrickho oblka a okolitej atmosfry, drdi oi a nosohltan. Prli vek mnostvo me spsobi smr, </p> <p>Zn spsobuje tzv. zinkov horku, </p> <p>52 </p> <p>Fosgn je vysokotoxick, vznik pri vyparovan zvykov chlrovch roztokov napr. trichloretylnu a pod. Jeho negatvny </p> <p>inok je oneskoren, nem okamit drdiv inky. Spsobuje podrdenie o a dchacch ciest, opuch pc, </p> <p>Pre ochranu zdravia je potrebn zabezpei, aby vetky tieto vyie uveden zloky boli inne odvdzan z pracoviska. Najastejie sa na tento el pouvaj odsvacie systmy. PRIVRANIE SVORNKOV </p> <p>Run privranie svornkov Run privranie svornkov je v praxi pouvan, najm v kusovej a malosriovej vrobe, kde by aplikcia </p> <p>robotizovanho privrania nebola ekonomicky rentabiln. Tie sa run spsob pouva v stavebnctve najm pre osadzovanie kotviacich prvkov oceovch kontrukcii, ale tie pri vstavbe kontrukci v hutnckom res. petrochemickom priemysle, kde </p> <p>zvranie pomocou zvracej pitole umouje poadovan operatvnos zvraa. Run spsob privrania svornkov je v automobilovom priemysle vyuvan iba v minimlnom objeme, najm v opravrenstve, nakoko procesy vroby karosrii a komponentov s plne automatizovan. </p> <p>Robotizovan privranie svornkov Privranie svornkov pomocou priemyselnho robota sa uplatuje hlavne v sriovej a hromadnej vrobe, kde je </p> <p>potrebn realizova identick spoje vo vekom pote ako aj v rznych polohch. Priemyseln robot je vybaven pecilnou zvracou hlavicou a samozrejme automatickm prvodom svornkov. Robotick zariadenie umouje automatick vmenu </p> <p>nstrojov. Poloha, vekos a tvar zvranch siastok je snman pomocou senzorov, ktor riadia pohyby robota (obr. 5). </p> <p>Obr. 5 - Robotizovan systm pre privranie svornkov [13] </p> <p> RIZIK V PROCESOCH PRIVRANIA SVORNKOV </p> <p>Procesy privrania svornkov je mon zaradi k metdam zvrania, pri ktorch nedochdza k intenzvnym negatvnym vplyvom procesu na zdravie ud ako aj na ivotn prostredie. Z prezentovanch metd privrania svornkov si najviac bezpenostnch opatren vyaduje najm oblkov metda (781), kde v oblku vznikaj vetky typy iarenia: infraerven, viditen a tie ultrafialov. Expozcia obsluhy je vak krtkodob nakoko sa jedn o rchly spsob zvrania so </p> <p>zvracmi asmi v milisekundch. Pri privran svornkov priemerov nad 6 mm me by svornk chrnen keramickm krkom, ktor vytvra okolo miesta zvrania spaovaciu komoru, ktor chrni zvraa pred elektrickm oblkom a rozstrekom. Zadriava atmosfru a redukuje reakciu s taveninou. Zrove koncentruje oblk do malej definovanej oblasti, zniuje rchlos ochladzovania a odvod tepla. Stabilizuje oblk a zabrauje odkloneniu oblka pri fkan oblka. Sli na tvarovanie vronku do prstencovho tvaru. Po zvran sa odstrauje ide o jednorazov pouitie. Pri oblkovom procese asto dochdza tie k roztreku roztavenho kovu do okolia zvaru. Tento rozstrek je najintenzvnej pri zvran povrchovo upravench (pozinkovanch) plechov, kde dochdza pri teplotch 906C k odparovaniu zinku z miesta zvaru, vzni...</p>