PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202 197

M. Krstić

ELEKTRO OTPORNO ZAVARIVANJE ZAVRTANJA I MOŽDANIKA

WELD STUDS FOR CAPACITOR DISCHARGE AND WELD STUDS FOR DRAWN ARC

Stručni rad/ Professional paper UDK/UDC: 621.791.76:621.882 Rad primljen / Paper received: Decembar 2004.

Adresa autora / Author's address: Mihailo Krstić, dipl.ing. Đorđa Radojlovića 9, Beograd, SCG e-mail: mkr@beotel.yu

Ključne reči: Navijak, uvijak, moždanik, zavrtanj, elektro-otporno zavarivanje na kontatkt, elektro-otporno zavarivanje sa keramičkim prstenom

Keywords: Threaded studs, tapped studs, shear connector, weld studs, weld studs for capacitor discharge, weld studs for drawn arc

UVOD

Kao svi veliki izumi, koji su nastali od sasvim specijalnih primena, tako je i Tedu Nelsonu pošlo za rukom da 1938. godine razvije tehnologiju spajanja zavrtnja (uvijka/navijka) i moždanika specijalnim zavarivanjem. Spajanje se ostvaruje munjevitom brzinom, a rezultat je apsolutno siguran spoj.

Više od 60 godina firma NELSON, kao vodeća u ovoj oblasti razvija i proizvodi moždanike i ostali materijal sa preko 2000 različitih formi za razne oblasti. ”Know-How” je odlika NELSON proizvoda.

PRIMENA ZAVRTNJA I MOŽDANIKA

Primena može da se podeli na pet velikih grupa: − metalna industrija,

− spregnute konstrukcije u mosto- i visokogradnji ,

− brodogradnja,

− automobilska industrija,

− proizvodnja vatrostalnog materijala.

ZAVARIVANJE PO PRONALSKU TEDA NELSONA

Zavarivanje po pronalasku Teda Nelsona se deli na dve grupe i to: elektro-otporno zavarivanje na kontakt i elektro-otporno zavarivanje sa keramičkim prstenovima.

Elektro-otporno zavarivanje na kontakt (Capacitor Discharge Stud Welding)

Ovom metodom zavaruju se navijci i uvijci od M3 do M8 na limove, počevši od 0,2 mm debljine. Limovi mogu biti od čelika, prohroma, aluminijuma, bakra ili mesinga. Za ovu vrstu zavarivanja firma NELSON je predvidela aparat N10 sa odgovarajucim pištoljem P10 ( slika 1) .

Slika1: Šema principa elektrootpormog zavarivanja na kontakt

PRAKSA PRACTICE

198 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202

Princip rada aparata pri naponu od 220 V je sledeći:

Na aparatu se podesi jačina struje u zavisnosti od prečnika zavrtnja (uvijci i navijci) između 70 i 220 volti i kondezatori u apartatu se napune tom jačinom struje.

Na pištolju se podese dva parametra: vreme zavarivanja i visina podizanja zavrtnja sa jačinom federa koji gura zavrtanj ka limu u momentu zavarivanja.

Položaj 1: Elektromagnet pištolja podiže zavrtanj na pre toga određenu veličinu.

Položaj 2: Kada se zavrtanj podigne, on automaski zateže feder pritiska u pištolju. Pri tom položaju put električne energije ka delu koji se zavaruje je slobodan i dolazi do pražnjenja kondezatora u aparatu. Pri tome dolazi do stvaranja visoke struje, koja eksplozivno sagoreva špic paljenja , koji se nalazi na vrhu zavrtnja

Položaj 3: Zona vazduha između zavrtnja i lima jonizira, pri čemu se stvara Voltin luk.

Položaj 4: Pri Voltinom luku tope se čeona površina zavrtnja i ista tolika površina lima. Zavrtanj se pomoću federa za pritisak kreće brzinom 0.5 do 1 m/s u pravcu dela koji se zavaruje. Čim zavrtanj dodirne lim, dolazi do gašenja Voltinog luka.

Položaj 5: Sada su kondezatori u aparatu kratko spojeni i dolazi do pražnjenja preostale elekrične energije. Feder pištolja pritiska zavrtanj u rastopljenu masu, koja se vrlo brzo stvrdnjava i time je zavrtanj čvrsto spojen sa limom. Vreme od početka paljenja Voltinog luka pa do stvrdnjavanja rastopljene mase traje oko 1 do 2 ms.

Elektro-otporno zavarivanje sa keramičkim prstenovima (Weld Studs for Drawn Arc)

Ovom metodom se zavaruju navijci/uvijci od M3 do M24 i moždanici od 6 do 25,4mm. Za ovu vrstu zavarivanja firma NELSON je predvidela vise aparata u zavisnosti od prečnika koji se zavaruje. Pored toga je za visoke objekte ili tesko pristupačne konstrukcije, NELSON nudi najnoviji aparat moderne generacije PORTABLE 12. Ovaj aparat proizveden je na osnovu visoke tehnologije u ovoj oblasti. On omogućava siguran proces zavarivanja, lako rukovanje i upotrebu na skoro svim mestima. Težak je samo 18kg i može da zavaruje do prečnika od 12mm.

Svi aparati rade pri električnom napona od 400 V (min.380 V.)

Princip zavarivanja

Ova vrsta zavarivanja je u principu slična kao kod zavarivanja na kontakt, samo što se ovde na zavrtanj stavlja i odgovarajući keramički prsten. Uloga keramičkog prstena biće objašnjena u nastavku rada. Princip zavarivanja je prikazan na slici 2 .

Slika 2: Šema principa elektrootpronog zavarivanja sa keramičkim prstenom

Princip zavarivanja dat je u sledećih pet faza:

1. Prislanjanje pištolja sa zavrtnjem ili moždanikom na deo koji se zavaruje,

2. Paljenje Voltinog luka prilikom podizanja zavrtnja,

3. Dejstvo Voltinog luka na površine zavarivanja,

4. Utapanja zavrtnja ili moždanika u rastopljenu masu,

5. Stvrdnjavanje rastopljene mase u spoju materijala i u kragni oko zavarenih delova.

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202 199

Šema elemenata koji mogu da se zavaruju

Na slici 3. je prikazano nekoliko primera zavrtnjeva i moždanika iz izbora od preko 2000 raznih vrsta

Slika 3: Razni oblici zavrtnjeva i moždanika

Sa NELSON-ovim pištoljem NS 40 B-1 mogu da se zavaruju svi zavrtnji (navijci i uvijci), kao i moždanici po DIN EN ISO 13918 u različitim dimenzijama i materijalima. Kompletan program može da se nađe na sajtu www.nelson-europe.de a za dimenzionisanje moždanika na sajtu www.nelson-europe/service.

Keramički prstenovi

Na slici 4. su dati različiti oblici i veličine keramičkih prstenova. Te veličine zavise od prečnika i oblika zavrtnjeva i moždanika koji se zavaruju.

Slika 4: Razni oblici keramičkih prstenova

Keramički prstenovi imaju višestruku ulogu:centriranje Voltinog luka, formiranje ravnomerne “kragne”istopljene mase vara oko zavrtnja kao i zaštitu od nepozeljnih atmosferskih uticaja. Pri zavarivanju na kosim, vertikalnim ili površinama iznad glave, prsten sprečava “curenje” tečne mase, kao i zaštitu zavarivača od varničenja.

TERMIČKI I MAGNETNI UTICAJ NA VOLTIN LUK

− Termičko skretanje Voltinog luka stvara usijan gas koji si pri tome širi i koji ga svojom turbulencijom pomera iz željenog pravca. Otklanjanje je jako teško i zato se zahteva da se zavrtnji i moždanici sa keramičkim prstenom tačno centriraju na mesto zavarivnja.

− Magnetno skretanje Voltinog luka nastaje usled dejstva magnetnih i elektromagnetnih uticaja. Da bi se ta dejstva otklonila postoji više načina, od kojih će se samo neka od njih pomenuti.

Slika 5: Simetrično postavljene

mase Slika 6:Postavljanje mase na

čeliičnim profilima Slika 7: Postavljenje mase samo sa

jedne strane

Da bi se stvorio povoljan položaj Voltinog luka, mase se postavljaju simetrično u odnosu na mesto zavarivanja, slika 5. Postavljanjem dodatnih limova na određena mesta čeličnih profila smanjuju se negativni uticaji na Voltin luk, slika 6. Ako se postavi masa samo sa jedne strane, onda je skretanje Voltinog luka na tu stranu, slika 7. Dodatkom limova taj uticaj se može eliminisati.

PRAKSA PRACTICE

200 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202

KONTROLA ZAVARENOG SPOJA

Kontrola vara kod elektrootpornog zavarivanja na dodir

Kontrola se vrši tako što se preko zavarenog zavrtnja stavi odgovarajuća cev za savijanje i njome se zavrtanj savije za 30 stepeni.Kontrola savijanja je zadovoljena, ako se u varu ne pojavi prslina niti lom.

Kontrola vara kod elektrootpornog zavarivanja sa keramičkim prstenom

Na ovom mestu će se pomenuti samo normalna kontrola koja se sastoji iz 3 dela: − Kontrola okom svih zavrtnjeva

− Kontrola savijanjem za 30 stepeni na 5 zavrtnjeva

− Brušenjem na 2 zavrtnja

Svi rezulatati se moraju dokumentovati.

Na slikama 8 ,9 i10 dati su neki primeri kontrole, gde se kontrola vara može ustanoviti vizuelnim pregledom. Ostale informacije o kontroli date su u EN ISO 14555.

Slika 8: Besprekoran var Slika 9: Neuspeo var Slika 10: Neuspeo var

Kod besprekornog vara na slici 8, kragna vara je ravnomerna, sijajuća i bez prekida. Kod neuspelog vara na slici 9, kragna vara je uža od prečnika zavrtnja. Korektura se podiže ako se vreme zavarivanja smanji i dubina utapanja poveća. Kod neuspelog vara na slici 10, kragna vara je nepotpuna, slabo izražena sa nesijajućom površinom. Zavrtanj suviše dugačak. Korektura se postiže ako se vreme zavarivanja i jačina struje povećaju.

APARATI ZA ZAVARIVANJE

Od mnogobrojnih aparata na slici 11 prikazan je aparat N10 za elektrootporno zavarivanja na dodir, a na slici 12 aparat INTRA 2100 za elektrootporno zavarivanje sa keramičkim prstenovima.

Slika 11: Aparat N10 Slika 12: Aparat INTRA 2100

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202 201

PRAKTIČNA PRIMENA ZAVRTNJEVA I MOŽDANIKA U PRAKSI

Primena u praksi je jako velika i zato će se pomenuti samo nekoliko primera:

− Za pričvršćivanje toplotne izolacije na brodovima ili rezervoarima koriste se tzv. brkovi,

− Za pričvršćivanje staklene ili limene fasade na noseće stubove od čelika,

− Za ankerovanje čeličnih ploča i ugaonih profila u betonu, kao i metalnog rama za vrata,

− U mostogradnji i visokogradnji za spregnute konstrukcije.

Na slici 13. data je skica primera spregnute konstrukcije mosta.

Slika13: Primena moždanika u mostogadnji

Na slici 14. je prikazan princip spregnutih konstrukcija u visokogradnji.

Slika 14: Oslanjanje trapezastih limova na oslonac. 1. čelični nosač manji od 200 mm, 2. trapezasti profil, 3. flah za oslanjanje trapezastog profila, 4. moždanici, 5. beton.

Za spregnute konstrukcije se koriste moždanci, pri čemu se sila iz betona preko njih prenosi u čelične nosače konstrukcija. Gradnjom po sistemu spregnutnih konstrukcija data je mogućnost da se u visokogradnji prave ekonomične i na izgled vrlo lake, a elegantne građevine.

Pri takozvanoj izgubljenoj oplati od trapeznog lima, otpada podupiranje drvene oplate tavanica u klasičnoj gradnji. To dovodi do ekonomičnije i brže gradnje. Na slici 15 je prikazano postavljanje trapeznih limova, koja su na mestima gde se zavarju moždanici ostavljeni okrugli otvori da bi oni tuda prošli. Ovo važi ako se trapezni limovi postavljaju preko više polja bez prekida na osloncima.

PRAKSA PRACTICE

202 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2004), str. 197-202

Slika 15: Rebrasti profili sa otvorima za moždanike

Na slici 16. se kroz trapezne limove moždanici na gradilištu direktno zavaruju na čelični nosač. Zbog velikog varničenja ova metoda nije dozvoljena u nekim evropskim zemljama.

Slika16: Zavarivanje moždanika kroz rebrasti profil na čelični nosač

ZAKLJUČAK

Kod ove tehnologije zavarivanja toplota se unosi samo na jako malu površinu, i na taj način smanjuju se deformacije noseće konstrukcije. To proizilazi iz činjenice da je vreme zavarivanja kod limova 1 do 2 ms, a kod čeličnih nosača 100 do 1000 ms u zavisnosti od prečnika zavrtnjeva tj. moždanika.

U građevinarstvu ova tehnologija omogućava bržu izgradnju , veće raspone a manje poprečne preseke. Time se dobijaju elegantnija rešenja, kao i mogućnost jednostavnijeg postavljanja instalacija.

Osim toga, preuređenje objekta za druge svrhe ili proširenje postojećeg objekta, vrlo je jednostavno.

Slike preuzete od:

NelsonBolzenschweiss-Technik GmbHPostfach 4020, D-58272 GevelsbergTelefon +49 2332 661-0Telefax +49 2332 661-135Email: info@nelson-europe.de Www.nelson-europe.de

NelsonMihailo Krsti , dipl.ing. Djordja Radojlovi a 9,11000 BeogradTel fax +49 221 760 36 78Tel fax +381 11 2668 659

ćć

Email: mkr@beotel.yu