Крепежни елементи за заваряване

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 5/2021 • 02.08.2021

  • Процесът на заваряване чрез капацититвен разряд се извършва чрез разреждане на кондензаторите за много кратко време от 0,001 – 0,003 сек

  • Неподходящата обработка на материала може да попречи на качественото изпълнение на съединението

  • При електродъговото челно заваряване между скрепителния елемент и повърхността на конструкцията възниква дъга, която разтопява част от метала на двата елемента

Заваряването на крепежни елементи е техника, при която скрепителният елемент, било то шпилка, гайка, втулка или друг тип специализиран крепеж, се заварява към друга метална част, обикновено неблагороден метал или подложка. Има много разновидности крепежни елементи, но най-общо могат да се определят като елементи с резба, без резба или с вътрешна резба. Крепежните болтове могат да се подават автоматично в заваръчния апарат. Гайките, които подлежат на заваряване, обикновено имат фланец с точки, които се стопяват, за да се образува заваръчното съединение.

Крепежните елементи се заваряват чрез челно заваряване, като за целта се прилагат два основни способа – заваряване чрез капацитивен разряд и електродъгово заваряване.


Заваряване чрез капацитивен разряд

Челното заваряване чрез капацитивен разряд (Capacitor Discharge – CD) отнема много кратко време на съединение, като с този метод могат да се изпълняват заварки на шпилки с малък диаметър към тънки и леки материали. Един цикъл на заваряване може да се извърши за 0,01 секунди върху материал с дебелина 0,5 мм. Тези кратки времена на заваряване минимизират натрупването на топлина, което от своя страна води до заварки с пренебрежимо малко изкривяване, обезцветяване или нагаряне. Поради тези предимства заваряването на крепежни елементи с капацитивен разряд се използва, когато външният вид на конструкцията е критична характеристика на продукта. CD заваряването с шпилка използва кондензаторна батерия, за да произведе бърз електрически разряд. Процесът на заваряване се извършва чрез разреждане на кондензаторите за много кратко време от 0,001 – 0,003 сек през запалващия връх на заваръчния елемент. Методът е използван предимно за заваряване на меки стоманени, неръждаеми и алуминиеви крепежи, като процесът обединява два основни технологични принципа – контакт и междина. За да се осъществи скрепяване, се изискват скрепителният елемент да бъде специално проектиран с шип или запалващ връх върху заварявания край. Този връх осигурява точен контрол на времето за заваряване с прецизирана повторяемост.

Този метод на монтаж на крепежни елементи се е наложил успешно в света, като той е утвърдил предимствата си в автомобилостроенето, в обработката на листов материал и в декоративната обработка на метали. Чрез запалването на върха на елемента могат да се заваряват шпилки, гайки и щифтове с размери, вариращи от M3 – M8 (M10) или с диаметър 3 – 8 мм с изключително висока скорост.

Заваряването с капацитвен разряд може да се прилага за шпилки и втулки с външна резба, щифтове без резба, накрайници за електрически връзки, пирони за фиксиране на изолация, фиксатори за изолация, заваръчни букси, заземителни клеми и др. Материалите, от които най-често са изработени, са стоманa с медно покритие, алуминий, неръждаема стомана и месинг.
Процесът се извършва със заваръчни апарати, като кондензаторната им батерия се зарежда чрез инверторно устройство, осигуряващо кратък цикъл и повторяемост на параметрите. Предлагат се апарати с електронна настройка на функциите.

Удобно средство при този метод са пистолетите за заваряване. Типът инструмент трябва да се избере според вида на крепежните елементи, които трябва да се монтират. Заваряването може да се извърши по два способа – с междина или с контактен метод. В първия случай пистолетът позиционира шпилката и при стартиране на процеса тя се отделя механично от повърхността на материала и това възпламенява дъгата, повърхностите в заваряваната зона се стопяват и върхът се изпарява, шпилката се притиска към материала и двата метала се съединяват. При заваряване по “контактен” метод шпилката остава в контакт в материала. По този начин се заваряват пирони и други елементи с диаметър до 4 мм.

Заваряването с междина се изпълнява с по-кратки времена на заварките и с по-висока плътност на тока в сравнение с контактно заваряване с капацитивен разряд. При способност за толкова бързо заваряване, тази техника е особено подходяща за декоративни и естетически издържани приложения, тъй като от интервенцията остават почти незабележими следи от обратната страна. При заваряването с междина, шпилката е разположена отгоре, а не срещу детайла. Когато шпилката се освободи, тя се насочва към детайла. Едновременно с това се прилага напрежение от отворена верига, докато при контактното заваряване, запалващият връх на крепежния елемент се изпарява и парчетата се разтопяват и по този начин се образува заварката. Тъй като шпилката се движи по време на способа с междина, времената на заваръчните цикли са дори по-кратки от тези, получени при контактно заваряване на шпилки – приблизително 0,004 секунди с пикови токове от 9000 ампера. Заваряването с междина е идеално решение за конструкции от алуминий или цветни сплави, които имат отлична топлопроводна способност. При по-бавни техники основният материал може да отведе топлината твърде бързо, за да може да възникне съединяване, но при бързия метод с междина този проблем е преодолян.

Неподходящата обработка на материала може да попречи на качественото извършване на съединяването, като това може да бъде цинково покритие, по-дебело от 15 микрометра, покрития с органични материали, покрития с изолационни материали (напр. аноден алуминий). Този тип заваряване намира добро приложение за крепежи върху тънки метални листове от неръждаема стомана или алуминий и особено когато изискванията за ненарушен външен вид на обратната страна са високи.


Електродъгово заваряване на крепежни елементи

При електродъговото челно заваряване между скрепителния елемент и повърхността на конструкцията се възпламенява дъга, която разтопява част от метала на двата елемента. В края на времето за заваряване болтът/шпилката влиза в образуваната заваръчна вдлъбнатина, подаването на електричество се преустановява и разтопеният метал във вдлъбнатината се втвърдява.

Елементите, които могат да се използват за такъв тип монтаж, например са конектори, шпилки, втулки с вътрешна резба, щифтове без резба, като материалът най-често е неръждаема стомана, но може да бъде и друг.

Както при заваряването чрез капацитивен разряд, и при електродъговото заваряване на болтове и шпилки в зависимост от приложението съществуват няколко варианта на процеса – челно заваряване с керамична втулка, челно заваряване със защитен газ, челно заваряване с къси цикли с или без защитен газ.

При всички варианти на електродъговото челно заваряване болтът или друг тип крепежен детайл се поставя срещу повърхността. При протичането на тока елементът се повдига, с което се запалва дъга. Дъгата разтопява повърхностите на крепежния елемент и детайла и елементът влиза във вдлъбнатината, образувана от разтопяването – заваръчния кратер, с което челното съединяване е завършено.

При челно заваряване с керамична втулка минималната дебелина на листа трябва да е 1/4 от диаметъра на болта. При заваряване със защитен газ и заваряване с къси цикли с или без защитен газ минималната дебелина на листа е 1/8 от диаметъра. Подходящите параметри на повърхността включват металът да бъде почистен, повърхността да е валцована, може да е нанесена единствено подходяща за заваряване боя (грунд), тънък слой масло.

По същество за всеки отделен случай наборът от предварителни условия е специфичен, но най-общо казано, за по-кратковременно заваряване е необходима по-висока степен на чистота на повърхността. Винаги добре почистените повърхности са сигурна предпоставка за най-добри резултати.

Неподходящата обработка или състояние на повърхността, възпрепятстващи качественото извършване на заваряването, включват дълбоко горещо галванизиране, накип, силна корозия и защитни покрития.

Челното заваряване с керамична втулка намира много удачно приложение за високоефективен монтаж на болтове с диаметър над 8 мм, за стоманени конструкции за дълбоко проникване. Заваряването със защитен газ се използва за крепежни елементи с размер от М6 до М12 в положение надолу и най-вече за автоматично подаване на елемента. С къси цикли се заваряват крепежи с диаметър от 5 до 10 мм при средни изисквания за качество на профила на заваръчната яка без защитен газ, а ако изискванията са високи, се използва защитен газ.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top