Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav základů techniky a automobilové dopravy APLIKACE NÝTOVÝCH SPOJŮ V KOROZNÍM PROSTŘEDÍ Diplomová práce Brno 2006 Vedoucí diplomové práce: Vypracoval: Doc. Ing. Michal Černý, CSc. Zdeněk Šmitka

2 2

3 3 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Aplikace nýtových spojů v korozním prostředí vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně,dne Podpis diplomanta

4 4 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Doc. Ing. Michalovi Černému, CSc., vedoucímu diplomové práce za jeho odborné vedení, rady a pomoc při vzniku této diplomové práce a dále bych chtěl touto cestou poděkovat panu Ing. Jiřímu Votavovi za pomoc při zpracování vzorků pro metalografickou analýzu.

5 5 Annotation The following dissertation describes the effect of the atmospheric corrosion upon the mechanical qualities of blind rivets. The subject of the backround research is: corrosion of metal materials, save syste, construction upgrade and others points of prevention from corrosion attack. In the next pages I am going to focus on blind rivets, blind rivet setting, setting equipment, terminology and definitions, charakteristic, and special blind rivet setting. The experiment itself, the trial method and the evaluation of the test are characterized in the following chapters. At the end of my dissertation a confrontation between the test results and data from backround research is made.

6 6 OBSAH Úvod Koroze Definice koroze Mechanismy korozních dějů Druhy korozního znehodnocení Systém ochrany proti korozi Definice systému ochrany proti korozi Volba konstrukčního materiálu Konstrukční úpravy výrobků Úprava korozního prostředí Ochranné povlaky Elektrochemická ochrana proti korozi Dočasná ochrana proti korozi Nýtové spoje Princip a použití Technologie nýtování Kategorizace nýtů a nýtových spojů Rozdělení nýtů podle normy ČSN EN ISO Další druhy vyráběných nýtů Materiálové a rozměrové provedení Charakteristiky provedení Speciální způsoby nýtování Technologičnost nýtovaných konstrukcí Technologie nýtovacího procesu Cíl práce 43

7 7 5. Experimentální část Výběr korozního prostředí Výběr testovaných materiálů Příprava zkušebních vzorků Metody korozních zkoušek Korozní zkouška v kondenzační komoře dle ČSN Korozní zkoušky (vlastní experiment) Korozní zkouška v kondenzační komoře Odběry vzorků Měření mechanických vlastností Metalografická analýza Vyhodnocení zkoušek Výsledné pevnostní charakteristiky Nerezový plech Ocelový plech Měděný plech Diskuse výsledků Závěr 72 Literatura 73 Příloha. 74

8 8 Úvod Koroze představuje degradaci materiálu, která se promítá do mnoha odvětví zpracovatelského průmyslu a to především u technologických zařízení a konstrukcí. Neopomenutelný je fakt, že mnohdy poškození malé části velkého celku má za následek zničení nebo vyřazení z provozu celého celku. Pro obnovu funkčnosti konstrukcí je pak nutné čerpat neobnovitelné přírodní zdroje, jejichž zásoby nedostačují tempu růstu spotřeby. Kromě toho se sebou nutnost obnovy konstrukcí nese i vysoké finanční náklady. Proto je aktuální otázka protikorozní ochrany, která se podílí nejen na výsledné jakosti technického zařízení, ale ovlivňuje i jeho provozní spolehlivost, životnost, využitelnost a také nároky na údržbu. Je tedy potřeba zvážit nejen vhodnou protikorozní ochranu vzhledem k prostředí ve kterém by měl daný stroj nebo součást pracovat, protože přirozená korozní atmosféra a voda jsou neustále znečišťovány produkty průmyslové činnosti a tím se zvyšuje jejich agresivita, ale v potaz je také nutné vzít i správnou volbu konstrukčního a spojovacího materiálu. Použití vhodné protikorozní ochrany souvisí také s ekonomickým aspektem, neboť optimální volba ochrany má zásadní vliv na rentabilitu investice Tato diplomová práce řeší především problém způsobu volby materiálu v kombinaci s vhodným druhem nýtu vzhledem ke společné odolnosti proti korozi.

9 9 1. Koroze Koroze je definována jako nežádoucí znehodnocování tuhých látek chemickými, elektrochemickými, případně biologickými vlivy okolního prostředí. Korozní děje probíhají na rozhraní fáze kov prostředí. Prostředí může být tuhé, kapalné, plynné, popřípadě fázově heterogenní. Jeho vlastnosti se mohou měnit s časem. Korozi podléhají nejen kovy, ale i plastické hmoty a další. Koroze má za následek poškození funkčních vlastností kovu, poškození okolního prostředí nebo narušení technického systému, který zahrnuje oba tyto subjekty. Všechny kovy, s výjimkou vzácných kovů, korodují a znehodnocují se s časem. Kovy představují vyšší energetický stav než ruda, protože na výrobu kovů z rudy je třeba vynaložit určitou energii. Při korozi se kov pokouší tuto energii uvolnit a vrátit se do svého přirozeného a stabilního výchozího stavu. Z tohoto důvodu se korozní produkty svým složením často podobají sloučeninám, ze kterých byl kov vyroben. Vyšší energetický stav kovů ale sám o sobě nedostačuje pro vznik korozního napadení. Ke korozi ocele v běžném prostředí dochází současným spolupůsobením kyslíku a vody. Kyslík i voda se na většině území vyskytuje v dostatečném množství po většinu roku, což umožňuje i průběh korozního procesu. Kovy jsou nejpoužívanějším konstrukčním materiálem. Jejich velkou nevýhodou je však tendence příliš rychle korodovat a mnoha prostředích. Koroze kovů je tak stále závažnějším problémem jak z hlediska technického tak i ekonomického. 1.1 Definice koroze Podle normy ISO je koroze kovů označena jako fyzikálně chemická interakce kovu a prostředí vedoucí ke změnám vlastností kovů, které mnohdy vyvolávají zhoršení funkce kovu, prostředí nebo technického systému, jehož jsou kov a prostředí součástí. Korozí se dále také rozumí rozrušování organických materiálů, především plastů a pryží, vlivem působení kyselin, zásad, rozpouštědel, paliv apod. Pokud je pro tyto materiály znehodnocujícím prostředím atmosféra, označuje se proces jako stárnutí. Při posuzování korozního problému se za korozní prostředí považuje:

10 10 nevodné prostředí, nejčastěji prostředí plynů za zvýšených teplot a organických kapalin bez jakékoliv vodné fáze na povrchu kovu vodné prostředí, nejčastěji ve třech nejrozšířenějších formách (atmosféra, půda a voda, např. mořská) 1.2 Mechanismy korozních dějů Z hlediska mechanismu korozních dějů se rozeznává: chemická koroze, probíhající zpravidla v plynných prostředích za vyšších teplot a v elektricky nevodivých kapalných prostředích (v organických kapalinách). Kovy jsou rozrušovány chemickými vlivy. Koroze probíhající při styku kovu s plynným prostředím rozdělujeme podle charakteru prostředí na: - korozi v oxidačně působících plynech (např. O 2, CO 2, SO, SO 2 ), jejíž charakteristickým rysem je tvorba oxidických vrstev na povrchu kovu, na rozhraní mezi kovem a prostředím. Příkladem je vznik okují při tepelném zpracování. - korozi v redukčně působících plynech (např. H 2, NH 3 ), jejíž charakteristickým rysem je rozrušování kovu difuzí plynu do kovu a jeho následnými reakcemi.poškození způsobuje nejčastěji vodík a může být dočasné (vodíková křehkost) nebo trvalé (vodíková koroze, vodíková nemoc) elektrochemická koroze, probíhající v elektricky vodivém prostředí, tvořeném elektrolytem a anodickými a katodickými místy, tzv. elektrodami. Každá korozní reakce v sobě zahrnuje dvě dílčí reakce anodickou a katodickou. Anodická reakce odpovídá oxidaci kovu a tedy vlastní korozi. Katodická reakce odpovídá současně redukci některé oxidující složky obsažené v roztoku. Obě reakce jsou na sebe vázány a nemohou samostatně probíhat. Vzájemná závislost je dána požadavkem elektroneutrality. Jestliže anodická reakce je zdrojem elektronů, pak katodická

11 11 reakce musí stejné množství elektronů spotřebovávat. Uvolňování iontů probíhá až po ustavení rovnováhy. Napětí, které vzniká mezi kovem a roztokem, nazýváme elektrodový potenciál. Hodnota elektrodového potenciálu závisí především na kovu elektrody ale i na koncentraci elektrolytu. seřadíme-li kovy podle jejich elektrodového potenciálu, dostaneme elektrolytickou řadu napětí (tab. 1). Podle umístění kovů v této řadě rozdělujeme kovy na ušlechtilé (s větším potenciálem než má vodíková elektroda, označené znaménkem +) a na neušlechtilé (s menším potenciálem než vodík, označené znaménkem -). Spojíme-li dvě elektrody různých kovů, vzniká korozní článek. V článku ta elektroda, která má zápornější potenciál se stává anodou a probíhají na ní oxidační děje (koroze) a ta elektroda, která má kladnější potenciál se stává katodou. Tab. 1 Elektolytická řada napětí Au Ag Cu H Pb Sn Ni Co Fe Cr Zn Al +1,36 +0,79 +0,34 0-0,12-0,14-0,23-0,28-0,44-0,56-0,76-1,33 biologická koroze, probíhající za přítomnosti bakterií, plísní a hub, které způsobují chemické a elektrochemické změny na povrchu kovu. Koroze kovů může být způsobena mikrobiologickou činností přímo nebo nepřímo, jako důsledek metabolické činnosti mikroorganizmů. 1.3 Druhy korozního znehodnocení Podle plošného rozdělení rychlosti korozního znehodnocování se rozeznává: Rovnoměrná koroze, která probíhá téměř stejnou rychlostí na celém povrchu kovu, který je vystaven koroznímu prostředí.

12 12 Obr. 1 Rovnoměrná koroze Nerovnoměrná koroze, která probíhá nestejnou rychlostí na odlišných místech povrchu kovu, který je vystaven koroznímu prostředí. Pokud zasahuje jen některé části povrchu, označuje se jako místní (lokální). Místní koroze může být: - Skvrnitá koroze, která je způsobena různou aktivitou v systému kov, elektrolyt, prostředí, např. provzdušněním, teplotními rozdíly, korozními články. Obr. 2 Skvrnitá koroze - Důlková koroze je hloubkové poškození, způsobené místním zvýšením aktivity kovového povrchu nebo korozních zplodin. Obr. 3 Důlková koroze

13 13 - Bodová koroze se od důlkové liší rozměry: hloubkou průniku korozního napadení h k a průměrem bodu, popř. důlku d k. Je-li h k d k, jde o korozi důlkovou. S růstem h k se zvyšuje pravděpodobnost perforace materiálů. Obr. 4 Bodová koroze - Štěrbinová koroze je zvláštní druh místní koroze, který souvisí s úzkými štěrbinami a mezerami, a který probíhá podél nich nebo v jejich bezprostředním okolí. Lze ji odstranit vhodným konstrukčním uspořádáním. Obr. 5 Štěrbinová koroze při rozdílném přístupu kyslíku k povrchu kovu 1 anodová oblast rozpouštění 2 přístup kyslíku Dalšími druhy nerovnoměrné koroze jsou: - Mezikrystalická koroze, probíhající na hranicích zrn kovu nebo v oblasti, která k nim přiléhá. Vyskytuje se nejčastěji tam, kde došlo teplem ke změnám struktury na hranicích zrn (tepelné zpracování, svařování). Mezi nejdůležitější slitiny, které mají sklon k mezikrystalické korozi, patří duraly a korozivzdorné

14 14 oceli. Koroze probíhá do značné hloubky, čímž porušuje soudržnost a materiál ztrácí původní vlastnosti, především mechanickou pevnost. Obr. 6 Mezikrystaliská koroze - Transkrystalická koroze probíhá napříč zrn. Vzniká při současném působení elektrochemických vlivů a mechanického namáhání vnějšími silami nebo vnitřním pnutím.vyskytuje se často u chromniklových ocelí v korozním prostředí s obsahem chloridů a u některých mosazí v prostředí obsahujícím amoniak. Obr. 7 Transkrystalická koroze Společným působením koroze a střídavého napětí kovu dochází ke korozní únavě, která může způsobit praskání. Vibrační koroze je proces společného působení koroze a vibračního skluzu mezi dvěma stykovými povrchy. Může vznikat např. v mechanických spojích vibrujících konstrukcí. Kavitační koroze je proces, kdy společně působí koroze a kavitace. Tento druh koroze může vznikat např. v rotačních čerpadlech. U erozně-korozního procesu dochází ke koroznímu znehodnocování společným působením eroze a koroze. K tomuto druhu koroze může docházet např. v potrubích, která dopravují vysokou rychlostí proudění kapaliny obsahující suspendované abrazivní částice.

15 15 2. Systém ochrany proti korozi Základní podmínkou volby a optimalizace systému ochrany proti korozi je poznání korozního systému výrobek prostředí a v něm probíhajícího korozního procesu. Provádí se především posouzení podmínek korozního procesu (tab. 2): - soustavy činitelů kovového materiálu - soustavy činitelů konstrukce kovového výrobku - soustavy činitelů korozního prostředí - časového průběhu korozního procesu Tab. 2 Přehled základních činitelů korozního systému Činitele materiálu (výrobku): chemické složení, popř. slitiny, struktura a její nehomogenity, vnitřní pnutí, přítomnost nečistot a nežádoucích příměsí, jakost povrchu, čistota povrchu. Činitelé konstrukce: kombinace materiálů (materiálová skladba), konstrukční uspořádání. Činitelé prostředí: chemické složení a jeho různorodost, přítomnost stimulátorů a inhibitorů koroze, oxidačně-redukční vlastnosti, teplota a teplotní změny, mechanické vlivy, hydrodynamické podmínky, přítomnost tuhé fáze a její charakter. Časový činitel: čas a četnost intervalů interakce, čas a četnost intervalů bez průběhu interakce.

16 Definice systému ochrany proti korozi Základním požadavkem je řešit protikorozní ochranu již v předvýrobních etapách, a to systémově. Podle ČSN se systém ochrany proti korozi definuje jako komplex technických, technologických a ekonomických opatření: volba dostatečně odolných konstrukčních materiálů konstrukční a technologická řešení zamezující vzniku lokalit se sníženou jakostí ochrany proti korozi a umožňující racionální použití dalších ochranných opatření použití nekovových anorganických povlaků použití kovových a slitinových povlaků použití organických povlaků použití prostředků dočasné ochrany úpravy korozního prostředí odstraněním nebo snížením vlivu agresivních složek vhodné kombinace jednotlivých opatření Návrh systému ochrany proti korozi se pro konkrétní výrobek zpracovává ve formě projektu systému ochrany, obsahujícím: a) informativní údaj o technickém životě systému ochrany stanovený na základě provozních životnostních zkoušek, průzkumu a zobecněných zkušeností výrobce b) údaj o předpokládaném klimatickém provedení výrobků c) specifikaci vnějších, provozních a technologických prostředí při skladování výrobku d) specifikaci provozních a technologických prostředí při používání výrobku e) druh a jakost systému ochrany pro období skladování, přepravy a montáže f) druh a jakost systému ochrany pro období používání výrobku podle jeho určení g) specifikaci způsobu ověřování jakosti systému ochrany Jednotlivé body projektu systému ochrany se pak předepisují v dokumentaci přípravy výroby, výrobní a uživatelské. Ochrana ocelových konstrukcí se předepisuje podle ČSN.

17 17 V předpisu systému ochrany se znehodnocující prostředí rozdělují na: vnější prostředí prostředí obklopující výrobek. Pokud je vnějším prostředím atmosféra, hodnotí se její vlastnosti podle norem definujících vlastnosti vnějšího prostředí a určující zásady předepisování systému ochrany za provozní prostředí se považuje vnější prostředí ovlivněné výrobkem a jeho funkcí. Je-li vnějším prostředím atmosféra, definuje se provozní prostředí vlastnostmi mikroklimatu a kryptoklimatu, které je v bezprostředním styku s výrobkem (jeho částí). Provozní prostředí působí během využívání výrobku a zahrnuje přídavné fyzikální a chemické vlivy vyvolané funkcí výrobku a jeho blízkého okolí. Mezi nejvýznamnější přídavné vlivy patří zejména přestup tepla mezi výrobkem a prostředím, proudění atmosféry, znečištění povrchu složkami vnějšího nebo technologického prostředí, působení těkavých složek organických materiálů, abrazivní působení tuhých částic, statické a dynamické namáhání apod. technologické prostředí je prostředí, které je ve styku s výrobkem (s jeho částí) při jeho používání v souvislosti s určením výrobku. Mezi technologická prostředí patří např. paliva, spaliny, maziva, teplosměnné látky, pevné, kapalné a plynné látky používané v souvislosti s výrobou a používáním výrobku. Technologická prostředí spolu s mechanickými vlivy vytvářejí specifické kombinace činitelů znehodnocování protikorozních opatření a pro navrhování systému ochrany je nutné jim věnovat zvýšenou pozornost. Při povrchových úpravách je snaha navrhnout a realizovat optimální systém ochrany, který zabezpečí požadovanou spolehlivost a životnost výrobku v uvedených prostředích odpovídajících podmínkám výroby, skladování, přepravy a využití výrobku. Při odvozování optimálního systému se dodržují zásady: - systém ochrany musí zabezpečit funkci v prostředích odpovídajících určení výrobku (jeho části) po dobu technického života systému ochrany. Funkce výrobku (jeho části) se definuje zachováním fyzikálních vlastností výrobku v předepsaných mezích, přičemž pojem fyzikální zahrnuje vlastnosti fyzikálně-mechanické, elektrické, magnetické, optické, třecí, charakteristiky přestupu tepla, vlastnosti

18 18 podmiňující přenos hmoty aj. nebo zachováním estetického vzhledu v předepsaných mezích. - znehodnocující vlivy vnějšího, provozního a technologického prostředí se posuzují na základě rozborů, průzkumů a zkoušek; pokud je vnějším, provozním nebo technologickým prostředím atmosféra, využívá se klasifikace korozní agresivity podle ČSN. Technický život se v návrhu systému ochrany definuje dobou používání výrobku do okamžiku mezního znehodnocení systému ochrany stanoveného technickou dokumentací výrobku. 2.2 Volba konstrukčního materiálu Volba konstrukčního materiálu a jeho korozní odolnosti musí být provedena s ohledem na konkrétní funkci technického výrobku a jeho použití (tedy i vymezené podmínky korozního prostředí). Musí byt tedy vymezeny zakázané projevy znehodnocení, které ovlivňují provozní spolehlivost a bezpečnost provozu výrobku v technicky významné míře. Nejvýznamnější znaky znehodnocení a jejich technický význam u kovových výrobků jsou v tab. 2. Materiál, jehož odolnost je pro daný konkrétní korozní systém dostatečná, se používá jako protikorozní tam, kde: - není jiné řešení protikorozní ochrany než použití odolného materiálu - toto řešení je technicky a ekonomicky výhodnější než jiný způsob ochrany proti korozi - tvar výrobku a další činitele korozního systému činí jeho vhodnou povrchovou úpravu velmi obtížnou nebo vůbec neproveditelnou Při volbě nedostatečně odolného materiálu je nezbytné z hlediska protikorozní ochrany přihlédnout k nárokům, které na materiál klade příslušná protikorozní ochrana.

19 19 Tab. 3 Vybrané znaky znehodnocení a jejich technický význam Znaky znehodnocení Změna lesku Změna barevného odstínu Nerovnoměrnost vzhledu Hmotnostní úbytek korozí Průnik korozí Plošné rozdělení koroze Změna pevnosti Změna meze kluzu Plošné rozdělení koroze Změna vodivosti Změna přechodového odporu Změna součinitele přestupu tepla Změna odrazovosti světla Změna hystereze Technický význam Estetická funkce Optická funkce Mechanické vlastnosti Estetická funkce Mechanické vlastnosti Elektrické vlastnosti Přenos tepla Optické vlastnosti Estetická funkce Magnetické vlastnosti 2.3 Konstrukční úpravy výrobků Správné navržení konstrukce výrobku je základem všech opatření k zajištění jeho odolnosti proti korozi a klimatickým vlivům a pro optimalizaci ochrany. Konstrukční řešení výrobku musí napomoci splnění požadovaného druhu klimatického provedení jeho jednotlivých částí. Označení druhu klimatického provedení výrobku vyjadřuje schopnost výrobku plnit funkce v daných klimatických podmínkách jako celku. Z tohoto pohledu musí konstrukční řešení výrobku splňovat tyto požadavky:

20 20 - pro výrobek se volí materiály dostatečně odolné proti vnějším vlivům ve všech případech, kde se nepředpokládá využití k ochraně ještě některých dalších možností - při použití povrchové úpravy k ochraně nedostatečně odolných součástí se volí takový druh a jakost úpravy, že budou splněny funkční požadavky na chráněné části po celou dobu stanovené životnosti ochrany za podmínek předpokládaného klimatického a provozního namáhání - tvarové řešení jednotlivých částí výrobku a sled operací v jeho kompletaci musí umožňovat provedení navržené povrchové úpravy v požadované kvalitě a pokud možno běžnými technologickými postupy - při použití jiného systému ochrany musí konstrukční řešení dovolovat provedení potřebných úprav a umožnit jejich správnou funkci - předpokládá-li se v době technického života výrobku oprava nebo obnova systému ochrany určitých jeho částí, popř. jejich výměna, musí konstrukční řešení zajistit jejich přístupnost a snadnou demontáž - konstrukční řešení nesmí zhoršovat mikroklima výrobku z hlediska možného urychlení znehodnocování materiálu nebo ohrožení funkce či udržování provozních parametrů výrobku. Pro splnění dalších požadavků na konstrukční řešení výrobků při zajišťování jejich korozní a klimatické odolnosti musí být postupováno podle těchto zásad: - pro části výrobku volit pokud možno jednoduché tvary s málo členitým povrchem. Pokud se při kompletaci výrobku stanou některé části obtížně přístupné, musí být povrchová úprava dílčích částí provedena ještě před montáží nebo musí být předepsána jiná ochranná opatření (např. vysoušení). - konstrukčním řešením výrobku omezit přímý účinek vnějších agresivních vlivů na jeho citlivé nebo funkčně významné části - konstrukce výrobku nesmí vytvářet podmínky pro zvyšování agresivity jeho vnitřního mikroklimatu. např. hromaděním zkondenzované vody (obr. 8), s těkavými složkami z použitých organických materiálů apod.

21 21 Obr. 8 Konstrukční úprava tvaru výrobku a) nevhodná b) vhodná 1 zvytek korozního média - povrch výrobku a jeho části by měl být hladký bez ostrých hran (obr. 9). Nepřípustné jsou otřepy, nezačištěné svary, zbytky tavidel a jiné nečistoty na povrchu. Obr. 9 Konstrukční řešení geometrie povrchu a) nevhodné b) vhodné 1 ostrý kout, 2 nerovnosti, 3 ostré hrany, 4 zakulaceno, 5 leštěný povrch, 6 zaoblené hrany - zvýšenou pozornost je nutné věnovat způsobu spojování jednotlivých částí výrobku a možnému vzájemnému ovlivňování použitých materiálů. Zejména je třeba vyřešit: způsob spojování souvislým svarem (obr. 10)

22 22 zajištění protikorozní ochrany šroubového spojovacího materiálu zejména pro případy předpokládané časté demontáže (obr. 11) zamezení vzniku nebezpečných korozních makročlánků při spojování různých kovových materiálů (obr. 12) zamezení zhoršení korozních podmínek pro kovy použitými organickými materiály Obr. 10 Konstrukční řešení spoje materálů svarem a) nevhodné b) vhodné Obr. 11 Konstrukční řešení šroubového spoje kombinace ocelového a bronzového materiálu a) nevhodné b) vhodné 1 pórovité těsnění, 2 dielektrické těsnění, 3 dielektrické pouzdro, 4 izolující podložka Obr. 12 Konstrukční řešení styku kombinace ocelového (A) a zinkového (B) materiálu a) nevhodné b) vhodné 1 koroze, 2 izolační povlak

23 Úprava korozního prostředí Snížení pravděpodobnosti korozního znehodnocování lze dosáhnout úpravou prostředí: - odstranění rozhodující agresivní složky z prostředí. Nejčastěji jde o odstranění kyslíku z vody nebo vytěsnění vzduchu z uzavřených prostorů inertním plynem, např. dusíkem - zamezení kondenzace ve vnitřních uzavřených prostorách výrobků a obalů odstraněním vlhkosti ze vzduchu buď statickým vysoušením vysoušedly (např. silikagelu), nebo dynamickým vysoušením odvlhčovacími zařízeními. Jiná možnost spočívá v ohřevu za provozu na teplotu, při níž nemůže docházet ke kondenzaci vody. Z hlediska konstrukce výrobku je možno použití těchto ochranných opatření usnadnit ztížením přístupu složek, které mají být odstraňovány, do chráněného prostoru. - přidáním ochranné (inhibiční) látky do korozního prostředí. Nejčastěji jde o přidávání inhibitorů do vody a neutrálních vodných roztoků, přidávání inhibitorů do kyselin a jiných kyselých agresivních kapalin k zmenšování jejich agresivity na kovy, zejména ocel. - úpravou vzduchu v uzavřených prostorách výrobků nebo v obalech parami vypařovacích, popř. směsných vypařovacích inhibitorů koroze. Z hlediska konstrukce výrobku lze usnadnit použití této metody zmenšením úniku ochranné látky ze systému a přizpůsobením konstrukce požadavkům vlastního dávkování inhibitoru. 2.5 Ochranné povlaky Při povrchových úpravách ochrannými povlaky se zejména přihlíží k účelu použití a funkci povlaku.

24 24 Podle účelu použití se rozlišují: - povlaky ochranné, tj. vrstvy vytvořené na povrchu podkladového kovu k jeho ochraně proti korozi - povlaky dekorativní, tj. vrstvy vytvořené na povrchu podkladového kovu k zabezpečení dekorativního vzhledu - povlaky speciální, tj. vrstvy vytvářené na povrchu podkladového kovu mající jiné funkce než ochranné a dekorativní: odolnost proti opotřebení, tvrdost, magnetismus, elektrickou vodivost, pájitelnost aj. Pokud dekorativní povlak plní současně i funkci ochrannou, připouští se název ochranně-dekorativní povlaky. Funkce ochranných povlaků je založena na následujících základních principech: - izolace podkladového kovu od korozního prostředí - bariéra podkladovým kovem a korozním prostředím - pasivace povrchu podkladového kovu - anodická funkce povlaku Ostré ohraničení jednotlivých funkcí povlaku se vyskytuje v praxi zřídka. Častěji se vyskytují kombinace, slučující dva nebo více uvedených mechanismů. V technické dokumentaci je použití ochranných povlaků často označováno podle chemické podstaty jako: - anorganické nekovové povlaky, mezi něž patří povlaky fosfátové, chromátové, silikonové, oxidové a pasivační - kovové povlaky, mezi něž patří povlaky měděné, niklové, chromové, zinkové, kadmiové, hliníkové, cínové a povlaky ušlechtilých kovů - slitinové povlaky, vytvářené ze slitin kovů - smalty - organické povlaky, vytvářené povlakováním podkladového kovu plastem, aplikací nátěrových hmot nebo práškových plastů

25 25 - kompozitní povlaky, tj. povlakový systém složený z více fází, z nichž základní matrice může být kov, slitina nebo plast Předepisování ochranných anorganicky nekovových a kovových povlaků se provádí podle norem pro příslušný povlak, specifikuje se druh povlaku, stupeň jakosti povlaku a znaky jakosti. Předpis musí respektovat rozhodující činitele ovlivňující volbu povrchové úpravy. Pro předepisování nátěrů platí ČSN. 2.6 Elektrochemická ochrana proti korozi Elektrochemická ochrana proti korozi využívá zákonitostí elektrochemické koroze a rozdělujeme ji na dva druhy : Katodická ochrana proti korozi je založena na skutečnosti, že v korozním článku se na katodě koroze zpomaluje. Proto z kovu, který chceme chránit, vytvoříme katodu. To můžeme provést: - vnějším zdrojem proudu, tj. připojením chráněného kovu na záporný pól. Toho se využívá při ochraně potrubí uloženého v zemi před korozí bludnými proudy. - obětovanou anodou (protektorováním), tj. vytvořením umělého korozního makročlánku spojením chráněného kovu s kovem méně ušlechtilým. Koroze se převede na tzv. obětovanou anodu. Toho se využívá např. při ochraně vodojemů. Anodická ochrana je založena na skutečnosti, že u některých kovů vzniká oxidická vrstva elektrochemicky ušlechtilejší, pasivuje kov a zpomaluje jeho korozi. Proto u některých kovů urychlíme vznik oxidické vrstvy a jeho pasivaci pomocí vnějšího zdroje proudu připojením na kladný pól.

26 Dočasná ochrana proti korozi Systém dočasné ochrany pro období skladování, přepravy a montáže se předepisuje podle ČSN. Pokud je systém dočasné ochrany složkou systému ochrany pro používání výrobku, je třeba v dokumentaci určené uživateli uvést návod na dokončení systému, popř. obnovu.

27 27 3. Nýtové spoje Nýtování patřilo a dodnes patří k základním principům při spojování materiálu. Na. let docházelo k postupnému nahrazování klasických nýtovaných spojů spoji svarovými a spoji lepenými. V následujících letech došlo k výraznému rozvoji speciálního druhu nýtování a to nýtování trhacími nýty. Klasické nýtování, tzn. nýt se skládal z jedné části a závěrná hlava se vytvářela roznýtováním dříku nýtu kladivem nebo nýtovacím lisem, tak bylo prakticky vytlačeno spoji svarovými, lepenými a především spoji prováděnými trhacími nýty. Z původního okrajového způsobu nýtování se tak vyvinula technologie, určující charakteristiku současného způsobu nýtování. Klasické nýty se již dnes téměř nevyrábějí a trhací nýty našly svoje uplatnění od letectví, stavebnictví, nábytkářského průmyslu až po výrobu automobilů či výrobu klimatizačních zařízení. 3.1 Princip a použití Nýtování patří mezi technologii spojování součástí. Jedná se o nerozebíratelný spoj, u něhož je možná demontáž pouze s porušením základních součástí nebo spojovacího materiálu. Spoj vzniká: - deformací konce jedné ze spojovaných součásti vložené do díry ve druhé součásti - přímé nýtování - deformací konců nýtů vložených do průchozích děr ve spojovacích součástech - nepřímé nýtování Nýtové spoje se dnes používají především ke spojování těžko svařitelných materiálů, u plechů a profilů z lehkých kovů a slitin. Ve značném rozsahu se používají nýty v leteckém

28 28 průmyslu, nýty z vodivých materiálů pak také v elektrotechnice, v automobilové průmyslu, stavebnictví, při výrobě technických zařízení budov, ale i například při výrobě skleníků či komínových komponentů. 3.2 Technologie nýtování Zhotovení nýtového spoje (obr. 14) se skládá z několika základních operací v tomto sledu: 1. Zhotovení díry pro nýt, úprava díry, popř. jeho zahloubení pro zapuštěnou hlavu nýtu. Díry lze zhotovit buď vrtáním nebo děrováním. Průměr díry je vždy větší než průměr nýtu. Díry se zhotovují buď najednou ve všech spojovaných částech po předchozím, nebo vrtáním podle šablony. Může se též zvětšit předvrtaná díra v jedné ze spojovaných součástí. Děrování se používá obvykle u tenkých spojovaných součástí. Kvalita je horší než u vrtaných děr a také únosnost nýtových spojů zhotovených děrováním je menší. Zahloubení díry se provádí u nýtů se zapuštěnou hlavou obráběním nebo prolisováním, popř. jejich kombinací. 2. Po zhotovení díry se do ní vloží nýt, podepře se opěrná hlava nýtu a sevřou se (utáhnou) spojovací části. 3. Spoj je ukončen plastickou deformací dříku a vytvořením závěrné hlavy. (V letecké výrobě je nezbytné, aby deformovaný dřík vyplnil těsně díru ve spojovaných součástech.)

29 29 Obr. 13 Schéma nýtování 1 hlava nýtu, 2- dřík, 3 hlava trnu 4 trn, 5 spojovaný materiál Obr. 14 Nýtový spoj U mechanizovaného a automatizovaného způsobu výroby se k těmto operacím řadí ještě manipulace o jednu rozteč díry. Způsoby nýtování lze rozdělit: 1. Podle použití metod, nástrojů, pomůcek a strojů na nýtování ruční a strojní. Nýtování ruční se provádí ručními nebo pneumatickými nýtovacími kleštěmi. Používá se různých nástrojů a pomůcek k sevření součástí a vytvoření závěrné hlavy nýtu, dále různého strojního zařízení a montážních nebo sestavovacích přípravků. 2. Podle druhu energie potřebné pro nýtování na nýtování rázové a tlakem. Nýtování rázové bylo charakteristické použitím kladiv. Při nýtování tlakem vzniká závěrná hlava účinkem plynule vzrůstající síly. Způsob nýtování tlakem se vyznačuje řadou předností a výhod. Jde především o ovládání nýtovacího pochodu, stejnoměrnost a reprodukovatelnost provedení nýtového spoje, menší spotřebu energie a lepší pracovní prostředí.

30 30 3. Podle počtu nýtovacích míst na nýtování jednoduché a skupinové (více nýtových spojů najednou). 3.3 Kategorizace nýtů a nýtových spojů Tato kapitola je věnována rozdělení a kategorizaci nýtů a nýtových spojů. Věnuje se již výhradně jen trhacím nýtům. Kategorizace a rozdělení trhacích nýtů však dosud není popsána v žádné dostupné literatuře, proto sem si dovolil shromáždit údaje od předních světových výrobců trhacích nýtů a provést vlastní kategorizaci. Dalším vodícím materiálem byla zpracovaná Česká technická norma ČSN EN ISO ( ) Trhací nýty terminologie a definice, vydaná Českým normalizačním institutem v roce Trhací nýt mechanická spojovací součást umožňující vzájemné spojení jednotlivých dílů v případech, kdy je přístup při realizaci nýtového spojení pouze z jedné strany trhacího nýtu. Obr. 15 Schéma trhacího nýtu

31 31 Legenda: 1. Těleso trhacího nýtu sestává z hlavy, dříku, konce a dutiny. 2. Konec trhacího nýtu konec na opačné straně hlavy trhacího nýtu, může být uzavřený, otevřený nebo rozštěpený. 3. Hlavy trhacího nýtu přední část těla trhacího nýtu, která je vždy na přístupné nebo instalační straně spojení. 4. Dřík trhacího nýtu část prodlužující spodní stranu hlavy ke konci nýtu, jeho řez je běžně kruhový. 5. Dutina trhacího nýtu axiální díra v tělese nýtu, může být buď v rozsahu celé délky tělesa, nebo v její části. 6. Trn komponent v tělese trhacího nýtu, obvykle s plochou přetržení po montáži. Má roznýtovat hlavu a jeho stopka může být hladká nebo drážkovaná. Tažením nebo zařazením sestavy trnu dojde k deformování konce tělesa trhacího nýtu v roznýtovanou hlavu. 7. Hlava trnu většinou půlkulatá, po montáži zůstává v tělese nýtu nebo vypadává ven. 8. Oblast přetržení místo ve kterém dochází k přetržení trnu při nýtování. 9. Stopka trnu slouží k uchycení a roznýtování nýtu v nýtovacím zařízení 10. Konec trnu Rozdělení nýtů podle normy ČSN EN ISO a) podle hlavy trhacích nýtů trhací nýt s vyčnívající hlavou (obr. 16) trhací nýt se zápustnou hlavou (obr. 17)

32 32 Obr. 16 Trhací nýt s vyčnívající hlavou 1 hlava trhacího nýtu, 2 roznýtovaná hlava Obr. 17 Trhací nýt se zápustnou hlavou 1 hlava trhacího nýtu, 2 roznýtovaná hlava b) podle typu trnů a kolíků trhacích nýtů tažný trn - protahovací trn kompletní trn je protažen tělesem dutého nýtu - přetrhávací trn trn, který se přetrhne v blízkosti hlavy trnu a jeho stopky, hlava trnu a malá část jeho stopky zůstávají zadrženy v tělese nýtu - utržená hlava trnu trn, který se přetrhne v blízkosti hlavy trnu a jeho stopky a dojde k vytvoření vyhloubení v dutém nýtu - nepřetrhávací trn trn, který se nepřetrhne - samouzavíratelný zarovnávací tažný trn trn, který se přetrhne uvnitř a ne nad hlavou nýtu - smíšený zarovnávací pozitivně umístěný tažný trn (obr. 18) trn předem určující deformaci, kterou způsobí v průběhu nýtování a nebo svým tělesem zajišťující rozšíření v důsledku odporu při jeho

33 33 přemisťování a který se v průběhu nýtování přetrhne zásadně v místě hlavy trhacího nýtu a v tělese nýtu je omezen rovinou přetržení uvnitř spoje na společné délce stopky trnu a dříku nýtu rozháněcí trn (obr. 18) předmontážní trn pronikající hlavou trhacího nýtu je po jeho vložení a vniknutí do tělesa nýtu a spojovaných komponentů postupně vtlačován, dokud není jeho konec zároveň s vrcholem hlavy trhacího nýtu a konec nýtu je rozšířen do tvaru roznýtované hlavy Obr. 17 Smíšený zarovnávací pozitivně umístěný tažný trn Obr. 18 Rozháněcí trn c) podle typu dříků trhacích nýtů otevřený konec dutá část tělesa nýtu v rozsahu jeho délky, při použití jakéhokoliv typu trnu otevřený konec prodloužené uspořádání (obr. 19) otevřený konec tělesa nýtu s charakteristikami, které jsou schopny spojit části komponentů přes celý rozsah zkoušek uzávěrný konec (obr. 20) těleso nýtu, jehož konec je uzavřen a zůstává uzavřen i po snýtování rozštěpený konec (obr. 21) těleso nýtu, jehož konec je rozštěpen ve směru osy na dva nebo více segmentů

34 34 drážkový dřík (obr. 22) těleso nýtu, jehož dřík má drážky ve směru osy mezi spodní stranou hlavy a koncem nýtu Obr. 19 Otevřený konec- prodloužené uspořádání Obr. 20 Uzavřený konec Obr. 21 Rozštěpený konec Obr. 22 Drážkový dřík d) podle typu jader trhacích nýtů plné jádro nýt u něhož k přetržení trnu, kterým končí jeho část v tělese nýtu, dojde zpravidla v místě vrcholu hlavy nýtu poloplné jádro nýt u něhož je v tělese nýtu pouze krátká utržená část trnu duté jádro nýt u něhož žádná utržená část v jeho tělese, a proto je jeho těleso duté

35 Další druhy vyráběných nýtů Trhací nýty s velkou hlavou standardní nýty - větší plocha hlavy zajišťuje rozložení tlaku na materiál na větší plochu, tím se zabrání jeho případné deformaci či prasknutí. Trhací nýty vroubkované s plochou hlavou - vroubkovaný nýt se používá pro aplikace do slepých, neprůchozích děr. Vroubkování zajišťuje pevné uchycení uvnitř nýtovaného spoje (Obr. 23). Obr. 23 Spoj vroubkovým trhacím nýtem Nýty do betonu - nýt se aplikuje úderem kladivem do hlavy trnu, což způsobí rozšíření opačného konce nýtu a zajistí rychlý a pevný spoj. Hlava nýtu je široká ale přitom nízká, takže rovnoměrně rozkládá zátěž na plochu a zároveň ji příliš nepřesahuje. Všestranné použití pro připevnění plechových či jiných desek do betonu, zdi atd. Těsnící nýty - těsnící nýt je užíván pro aplikace do oceli či v situacích, kdy je vyžadována vysoká mechanická odolnost spoje. Je vhodný pro spojování, kdy je zapotřebí zabránit pronikání tekutin či plynů skrz spoj. Pevnostní nýty - pevnostní nýty jsou určeny pro spojení ocelových částí, kde je kladen velký důraz na vysokou pevnost spoje na tahu i střihu. Deformace nýtu je řešena tak, že se podvolí svěrné síle a upevnění je vždy rezistentní. Vrchní část trnu zůstane po zanýtování uvnitř těla, čímž zdvojí jeho stěny a celý spoj tak dosahuje vysoké pevnosti.

36 36 Vícesvěrné nýty - umožňují spojení různých druhů materiálů, včetně měkký na tvrdý či měkký na měkký. Během aplikace se tělo nýtu roztáhne do stran, takže zajistí pevné spojení i v případě nekvalitně vyvrtaných otvorů. Tento nýt je schopný se přizpůsobit různým tloušťkám materiálu, takže pro různé svěrné síly, kde by byly potřeba tři různé rozměry standardního nýtu, stačí pouze jeden. Hlava trnu zůstává po zanýtování pevně zafixovaná v těle nýtu, což zajišťuje částečné utěsnění spoje. Trhací nýty poutkové nýt pro speciální aplikace zejména v automobilovém průmyslu a kovovýrobě. Uzemňovací nýty Obr nýt s velkou hlavou, 2 vroubkovaný nýt, 3 nýt do betonu, 4 těsnící nýt, 5 pevnostní nýt, 6 vícesvěrný nýt, 7 poutkový nýt, 8 uzemňovací nýt 1) 2) 3) 4)

37 37 5) 6) 7) 8) Materiálové a rozměrové provedení Trhací nýty jsou vyráběny v následujícím materiálovém provedení: Hliník Hliník/Hliník Hliník/Ocel Hliník/Nerez Hliník lakovaný/elox Ocel/Ocel Ocel pozinkovaná Nerez ocel A2 Nerez ocel A4 Měď/Ocel Měď/Bronz Měď/Nerez ocel Umělá hmota Speciální provedení, Delta Seal

38 38 Rozměry trhacích nýtů jsou udávány Ø dříku a délkou trnu Trhací nýty s vyčnívající hlavou - rozměr Ø 2,4 3,0 3,2 4,0 4,8 5,0 6,0 6,4 mm Trhací nýty s velkou hlavou - velikost hlavy K 9,5 K12 K14 K16 - rozměr Ø 3,2 4,0 4,8 5,0 mm Trhací nýty se zápustnou hlavou - rozměry Ø 3,0 4,0 5,0 mm 3.4 Charakteristiky provedení - Mezní zatížení tahem maximální osové zatížení, které vydrží trhací nýt před přetržením - Mezní zatížení smykem maximální osamělé zatížení smykem, které vydrží trhací nýt před přetržením - Zatížení k snýtování zatížení způsobující snýtování - Zatížení k přetržení trnu zatížení nezbytné k přetržení a vytažení trnu po snýtování - Schopnost vytažení schopnost trhacího nýtu během nýtování uzavřít jakoukoliv mezeru mezi spojovanými komponenty - Svěrná síla maximální síla aplikovaná během nýtování ke snýtování trhacím nýtem

39 39 - Zbytkové zatížení osová tahová síla v trhacím nýtu po snýtování - Odpor trnu proti vytažení odpor trnu proti oddělení od trhacího nýtu po snýtování - Schopnost udržení hlavy trnu schopnost udržet část zbytku trnu trhacího nýtu po snýtování - Schopnost utěsnění schopnost sestavy trhacího nýtu zabránit unikání plynů, tekutinám nebo pevným látkám jádrem a vůlí v díře - Schopnost zaplnit díru část stopky trnu vyplňující vůli v díře po snýtování 3.5 Speciální způsoby nýtování Kromě klasických druhů nýtů se z důvodů konstrukčních, ale i technologických a montážních používá celá řada dalších nýtů, nazývaných zvláštní nebo speciální: - nýty s vyšší smykovou pevností se používají při požadavku vyšší pevnosti spoje - nýty duté a poloduté se používají z důvodu snížení hmotnosti nýtu při dostatečné pevnosti trubkového průřezu - nýty s kompenzátorem se požívají u spojů s požadavkem vyšší únavové životnosti spoje - výbušné nýty mají uvnitř dříku trhavinu jen výjimečné použití Podle strojírenské příručky r.v byly trhací nýty uváděny mezi speciálními druhy nýtování. Dle mého názoru trhací nýty opustili roli specializace a profilovaly se do pozice hlavního druhu nýtovaného spoje. Proto je mezi speciálními způsoby nýtování již neuvádím. 3.6 Technologičnost nýtovaných konstrukcí Nýtované konstrukce mají být konstrukčně navrženy tak, aby zhotovení nýtového spoje mohlo být provedeno s nejnižšími náklady, v co nejkratší době a v požadované kvalitě. To je možno zabezpečit dodržením těchto zásad: a) nýtové spojení umístit na přístupném místě tak, aby nebylo příliš pracné

40 40 b) díry pro nýty zhotovit pokud možno najednou ve všech spojovaných součástech c) závěrnou hlavu nýtu vytvořit raději lisováním tlakem než údery d) při nýtování materiálů s různou tvrdostí umístit závěrnou hlavu nýtu na straně s vyšší tvrdostí e) při nýtování materiálů s rozdílnou tloušťkou, umístit závěrnou hlavu nýtu na tlustším plechu f) z důvodů zmenšení deformací spojovaných součástí při vytváření závěrné hlavy nýtu nepoužívat pevnější nýty než je tvrdost spojovaných materiálů g) při nýtování rozdílných materiálů je pro zabránění korozi vhodné vložit mezi spojované součásti izolaci h) k zabezpečení hladkého povrchu, jako je tzv. aerodynamická čistota potahu letadel, je nutné použít nýty se zápustnou hlavou i) k utěsnění nýtového spoje se používá různých konstrukčně-technologických přístupů. Jde především o hermeticky těsnící materiály, jako je emulze bitumenu, thiokolová páska nebo tmel. Používá se rovněž roztemování hlavy nýtu nebo provedení svaru po obvodě plechu. Při opravě těsnosti nýtového spoje je možno provést svar v místě hlavy nýtu. 3.7 Technologie nýtovacího procesu Nástroje pro nýtování trhacími nýty se dělí na: Ruční nýtovací kleště ruční nýtovací kleště ruční nýtovací kleště s pružinou ruční nýtovací kleště zpřevodované, delší krok Nůžkové a pákové nýtovací kleště nůžkový nýtovací přístroj pro nýty do 4 mm (5 mm Al) nůžkový nýtovací přístroj pro nýty do 6,4 mm pákové nýtovací kleště pro nýty do 6,4 mm

41 41 Pneumaticko-hydraulické pistole na trhací nýty pneumaticko-hydraulická pistole pro nýty do 4 mm pneumaticko-hydraulická pistole pro nýty do 5 mm pneumaticko-hydraulická pistole pro nýty do 3,2 mm pneumaticko-hydraulická pistole pro nýty do 4 mm mimo nerezových pneumaticko-hydraulická pistole pro nýty do 6,4 mm Elektromechanický přístroj pro nýtování standardních trhacích nýtů akumulátorový elektromechanický přístroj pro nýty do 5 mm Obr. 25 Ruční nýtovací kleště Obr. 26 Nůžkové nýtovací kleště Obr. 27 Pneumatická nýtovací pistole Kontrolní a měřící zařízení nýtovacího procesu trhacích nýtů Požadavky zákazníků na kontrolu, měření a dokumentaci nýtovacího procesu vedlo k vývoji a vyrobení elektronického procesního systému DMSD. Se systémem DMSD může být měřen a kontrolován proces zanýtování jednotlivého nýtu a v případě potřeby mohou být získané údaje vyhodnoceny a vytištěny přes napojený zdroj výstupního zařízení (např. počítač s tiskárnou). Tímto způsobem je možné provádět 100% kontrolu nýtovacího procesu.

42 42 Celý kontrolní systém se sestává kromě vlastního měřícího zařízení z nýtovacího přístroje, který je vybaven odpovídajícími senzory, odečítajícími v daný okamžik požadované hodnoty. Při nýtovacím procesu je monitorován a měřen také vyvinutý zdvih, tažná síla a transport odtrženého trnu do záchytné schránky. Po ukončení nýtovacího procesu následuje vyhodnocení naměřených údajů a porovnání s referenčními (předepsanými) hodnotami pro použitý typ nýtu. Tímto systémem je možné sledovat správné vytvoření hlavy nýtu na slepé straně a správnou svěrnou tloušťku nýtovaného materiálu. Dále je možné sledovat celý průběh zanýtování včetně počtu kusů spotřebovaných nýtů. Není-li během nýtování dodržena referenční (předepsaná) hodnota nebo jiné kritérium. zobrazí se na displeji chybové hlášení. Přívod stlačeného vzduchu k přístroji se přeruší a tak se zamezí dalšímu nýtování, dokud nebude odstraněna nahlášená chyba. Možnosti alternativního příslušenství možnost napojení na tiskárnu PC k zobrazení a archivaci procesních údajů možnost napojení kódovacího scanneru teleservis pro dálkové udržování dat Možnosti pro vyhodnocování systému DMSD dosažení potřebné startovací síly pro zanýtování nýtu po zanýtování srovnání síly s referenční (zadanou) hodnotou, potřebnou k dosažení odtrhnutí trnu nýtu (důležité např. pro správné vytvoření hlavy na slepé straně dílu) po zanýtování srovnání zdvihu s referenční hodnotou nutného pro dosažení odtrhnutí trnu nýtu (např. síla materiálu) po odtrhnutí trnu přezkoušení odsávacího procesu v případě chyby odpojení od zdroje stlačeného vzduchu možnost připojení externích zařízení (např. pro výstup hodnot)

43 43 4. Cíl projektu Předkládaný diplomový projekt je zaměřen na řešení a poznání materiálové degradace nýtových spojů. Tyto spoje v moderním pojetí představují v některých odvětvích výroby (letectví, elektronika apod.) až 50 % součástí u vytvářeného předmětu. I zde se projevuje, mnohdy nevědomá, ale vždy dost nešťastná, kombinace materiálů, která vede v konečném důsledku k znehodnocení spojů a jejich nefunkčnosti v důsledku galvanické koroze. Tato koroze, známá již z období antiky, zkoumaná v století, se přes všechny praktické poznatky (A. Galvani až boje o Falklandy) objevuje opět ve své zákeřné formě. U nýtovaných plechů startuje koroze v důsledku rozdílu potenciálů mezi nýtem, plechem a trnem nýtu a vede ke ztrátě funkčnosti nýtu jako spoje sevřením. Studium mechanismu poškození spoje a změn podmínek při následném zatížení vnějším silovým působením představuje cíl této diplomové práce.

44 44 5. Experimentální část 5.1 Výběr korozního prostředí Atmosféra je směs 79 % dusíku a 21 % kyslíku, která představuje suchý vzduch, způsobuje zcela zanedbatelnou korozi oceli a slitin. V ní totiž při normálních teplotách dochází k oxidaci těchto materiálů za vzniku oxidů. Růst oxidových vrstev je velmi pomalý a jejich tloušťka se zvětšuje s logaritmem času. Suchý vzduch tedy není tím činitelem, který způsobuje atmosférickou korozi železa za tvorby rzi, tak jak je obecně známa. Základní příčinou atmosférické koroze je přítomnost vody ve vzduchu. Ta umožňuje, aby se na povrchu kovů vytvářela vrstva elektrolytu, ve které korozní proces probíhá. Složení elektrolytu je závislé na povaze a koncentraci nečistot ve vzduchu. Anodická reakce při oxidaci Fe: 2 Fe 2 Fe e - 2 Fe OH - 2 Fe (OH) 2 2 Fe (OH) 2 + H 2 O + ½ O 2 2 Fe (OH) 3 2 Fe (OH) 3 2 FeO (OH) + H 2 O

45 Výběr testovaných materiálů Spojovaný materiál: - plech z nerezové oceli (CrNi), tloušťky 1,5 mm - ocelový plech třídy 11, jmenovitě , tloušťky 1 mm - měděný plech, tloušťky 0,65 mm Nýty: - trhací nýt s vyčnívající hlavou, s přetrhávacím trnem a otevřeným koncem označení CuNi 3, trn pozinkovaná ocel - trhací nýt s vyčnívající hlavou, s přetrhávacím trnem a otevřeným koncem označení AlMg 3,5, trn pozinkovaná ocel - trhací nýt s vyčnívající hlavou, s přetrhávacím trnem a otevřeným koncem označení Fe 3,5, trn pozinkovaná ocel Obr. 28 Schéma použitého nýtu Obr. 29 Testované nýty 1 Fe, 2- Al, 3 - Cu

46 46 Pro spojované součásti byly zvoleny materiály, které se často používají pro nýtované konstrukce. Nýty byly zvoleny v materiálovém provedení, které jednak odpovídají druhům materiálů spojovaných součástí a zároveň lze vhodnou kombinací těchto nýtů a plechů dosáhnout spojení s velkým rozdílem potenciálů, což umožní vznik galvanické koroze. 5.3 Příprava zkušebních vzorků Vzorky z ocelového plechu Z válcového ocelového plechu o tloušťce 1 mm bylo odebráno 40 kusů pásků rozměru 120 x 20 mm (ČSN ). Pásky byly opracovány, a provrtány vrtákem č. 3,2. o Ze 40-ti připravených pásků bylo snýtováno: 20 kusů trhacím nýtem ocel 3 x 10 s trnem nerez ocel 20 kusů trhacím nýtem CuNi 3 x 10 s trnem pozinkovaná ocel Vzniklo tak: 10 vzorků ocelový plech a nýt ocel 3 x vzorků ocelový plech a nýt CuNi 3 x 10 Vzorky z plechu z nerezové oceli Stejným způsobem jako u vzorků z ocelového plechu byly vytvořeny i vzorky z plechu z nerezové oceli.

47 47 Vzniklo tak: 10 vzorků nerezový plech a nýt ocel 3 x vzorků nerezový plech a nýt CuNi 3 x 10 Vzorky z měděného plechu Z měděného plechu o tloušťce 0,65 mm bylo odebráno 40 pásků o stejných rozměrech jako u vzorků z ocelového a nerezového plechu. Pásky byly opracovány a provrtány vrtákem č. 3,2. Ze vzniklých 40-ti kusů bylo snýtováno: 20 kusů trhacím nýtem Al- 3 x 10 s trnem pozinkovaná ocel 20 kusů trhacím nýtem CuNi 3 x 10 s trnem pozinkovaná ocel Vzniklo tak: 10 vzorků měděný plech a nýt AlMg - 3 x vzorků měděný plech a nýt CuNi 3 x 10 Po snýtování byly vzorky rozděleny do 6 skupin, každá skupina obsahovala: - 10 vzorků ocelový plech, nýt Fe - 10 vzorků ocelový plech, nýt CuNi - 10 vzorků plech nerezová ocel, nýt Fe - 10 vzorků plech nerezová ocel, nýt CuNi - 10 vzorků měděný plech, nýt CuNi - 10 vzorků měděný plech, nýt AlMg Všechny vzorky byly snýtovány ručními nýtovacími kleštěmi pro trhací nýty značky Bralo BM 65.

48 48 Obr. 30 Zkušební vzorky materiál ocel tř. 11, trhací nýt Fe Obr. 31 Zkušební vzorky materiál ocel tř. 11, trhací nýt CuNi

49 49 Obr. 32 Zkušební vzorky materiál nerez, trhací nýt Fe Obr. 33 Zkušební vzorky materiál nerez, trhací nýt CuNi

50 50 Obr. 34 Zkušební vzorky materiál měď, trhací nýt CuNi Obr. 35 Zkušební vzorky materiál měď, trhací nýt AlMg

51 Metody korozních zkoušek Dlouhodobé zkoušky Probíhají v atmosférických podmínkách, provozních podmínkách nebo jiných reálných prostředích. Atmosférická koroze je nejrozšířenější druh koroze, a proto právě prvními zkouškami bylo vystavování vzorků v síti atmosférických stanic. Jejich výsledky stanovují dobu, po kterou zůstane kov neporušen a končí úplnou degradací kovu. Jsou vysloveně dlouhodobého charakteru. Laboratorní zkoušky Napodobují přírodní, provozní či jiné specifické podmínky. Používají zkušebních vzorků většinou definovaných rozměrů a tvaru, které jsou podrobovány účinkům definovaného korozního prostředí. Jde o zkoušky, jejichž časová náročnost je vyjádřená ve dnech, týdnech až měsících. Jsou obvykle normalizovány, takže lze výsledky porovnávat. Urychlené laboratorní zkoušky Urychlují simulovanou atmosférickou korozi za zvýšené intenzity působení jednotlivých korozních vlivů. Nepřímé korozní zkoušky Postihují některé vlastnosti ochranných povlaků, které mohou nepřímo ovlivnit korozní procesy. Mají úzce specifický význam. Jde o zkoušky, které nehodnotí většinou přímo viditelné změny vzorků vzniklé následkem korozního testu, ale měří veličinu související s procesem degradace povlaků či jinak chráněného povrchu. Jsou nezbytným doplňkem korozních zkoušek, poskytují podklady pro studium mechanismu ochranného působení povlaků. Principy a metody urychlených korozních zkoušek Urychlené laboratorní zkoušky jsou nepostradatelnou a dosud nepřekonanou pomůckou při vyhodnocování korozních vlastností materiálů. Metodiky těchto testů jsou stále vyvíjeny a zdokonalovány. Všechny tyto zkoušky přinášejí praktické a rychlé výsledky.