Закручивания высокопрочных болтов

Вот смотришь на эти шпильки, гайки — кажется, что там сложного? Вкрутил да затянул покрепче. А потом на объекте случается история, когда узел, собранный на болтах класса 12.9, начинает 'петь' под нагрузкой. И сразу понимаешь, что закручивание высокопрочных болтов — это не физика, а почти философия. Особенно когда речь идет о нестандартных крепежах для ответственных конструкций — мостов, нефтяных вышек, энергетики. Многие, особенно новички, грешат тем, что считают главным — достичь заданного момента. А ведь момент — это только вершина айсберга. Куда важнее контроль предварительного натяжения, равномерность затяжки по кругу фланца, учет состояния поверхностей. И самое главное — понимание, что болт и гайка — это система, и работают они только в паре. Вот об этих тонкостях, которые в нормативных документах часто сухим языком написаны, а на практике кровь из носа бывает, и хочется порассуждать.

Момент затяжки и его коварные иллюзии

Начнем с самого простого и самого обманчивого — с динамометрического ключа. Выставил нужный Н·м, щелчок — готово. Казалось бы, идеально. Но здесь первый подводный камень: коэффициент трения. Если резьба или опорная поверхность гайки не были как следует подготовлены — очищены от окалины, обработаны рекомендуемой смазкой (не любой, а конкретной, часто идущей в комплекте с крепежом от производителя) — то до 50% приложенного усилия может 'съесть' трение. В итоге болт недополучает то самое критически важное предварительное натяжение, ради которого все и затевалось. Сидит он в отверстии красиво, по паспорту все сходится, а по факту — нерабочий узел.

Поэтому в нашей практике на производстве ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь, когда отгружаем партии высокопрочных нестандартных крепежных изделий для ветроэнергетики или железнодорожных стыков, всегда акцентируем: методика затяжки — часть технических условий. Нельзя наши болты, рассчитанные под одну технологию, закручивать 'как обычно'. Иначе ресурс узла падает в разы. Мы это знаем, потому что сами участвуем в разработке этих ТУ вместе с заказчиком, под конкретные нагрузки и среды.

Был случай с одним нашим клиентом из атомной отрасли. Использовали американские стандартные крепежи A490, но свою, 'проверенную' смазку. После контрольной затяжки с измерением угла поворота выяснилось, что разброс усилия в соединениях одной группы — под 30%. Хорошо, что вовремя проверили методом контроля по углу. Переделали с рекомендованной пастой — разброс упал до 7%, что уже в пределах нормы. Вот она, цена 'мелочи'.

Методы контроля: от щелчка до ультразвука

Так как же быть, если момент — ненадежный свидетель? Переходим к более продвинутым методам. Самый распространенный в полевых условиях — это комбинированный метод: момент плюс угол поворота. Сначала болт затягивается до определенного, относительно небольшого момента (чтобы 'посадить' соединение, убрать зазоры), а потом гайка доворачивается на расчетный угол. Этот способ уже меньше зависит от трения, но требует хорошего доступа и разметки на гайке. На больших фланцах, где десятки болтов, процесс становится кропотливым.

Для особо ответственных объектов, где доступ после монтажа будет закрыт, применяют метод контроля по удлинению болта или прямого измерения натяжения ультразвуковым толщиномером. Дорого, требует калибровки под каждую партию болтов, но дает цифру с минимальной погрешностью. Мы, поставляя крепежные изделия для атомной энергетики, всегда предоставляем паспорта с точными данными по модулю упругости и коэффициенту Пуассона материала именно этой партии — это необходимо для настройки ультразвуковых приборов.

А вот с титановыми стандартными деталями — отдельная песня. Титан 'ползет' под нагрузкой, у него выраженная релаксация. Закрутил, выдержал, подтянул. И так иногда несколько циклов. Если этого не делать, натяжение может упасть ниже критического уже через несколько часов. Приходится клиентам подробно расписывать эти нюансы, чтобы не было потом претензий к материалу.

Практические грабли: что не пишут в учебниках

Теперь о том, что приходит только с опытом, а часто и с шишками. Первое — последовательность затяжки. Особенно на круглых фланцах большого диаметра. Нельзя затягивать по кругу, как колесо на автомобиле. Нужно идти 'крест-накрест', от центра к краям, в несколько проходов с нарастающим усилием. Иначе фланец может 'повести', и получится клин. Вторая шишка — повторное использование болтов. Некоторые думают: высокопрочный болт — он же железный, разкрутил-закрутил. Нет. Особенно если применялся метод затяжки с большим углом поворота. В теле болта уже пошли необратимые пластические деформации, предел текучести 'выбран'. Повторное использование такого болта в ответственном узле — это русская рулетка.

У нас на сайте bjyhbzj.ru в описании продукции для нефтяных крепежных деталей мы отдельно указываем: одноразовый монтаж. Это не маркетинг, это требование безопасности. Был печальный опыт у партнеров на буровой: сэкономили на новых болтах для ремонта платформы, использовали снятые. Через полгода — трещина в узле крепления лебедки. Обошлось, но могло и нет.

И третье — погодные условия. Закручивание при минусовой температуре. Материал становится более хрупким, смазка меняет свойства. Нужно либо применять морозостойкие составы, либо — что чаще — закладывать поправочные коэффициенты к моменту затяжки. Но это уже высший пилотаж, требующий согласования с проектировщиком.

Инструмент: друг или враг?

Качество инструмента решает все. Дешевый динамометрический ключ с неоткалиброванной шкалой — это гарантированный брак в работе. Его нужно регулярно поверять. Гидравлические натяжители — удобно для больших диаметров, но они требуют точного расчета давления в насосе. Пневмогайковерты с ограничением момента — хороши на конвейере, но для уникальных нестандартных изделий часто не подходят, нужна индивидуальная настройка.

Мы, как производитель, часто сталкиваемся с запросами не просто на болт, а на комплект: болт, гайка, шайбы (обязательно твердые, чтобы не проминалась опорная поверхность) и рекомендуемый инструмент с протоколом калибровки. Особенно для железнодорожных крепежных деталей, где объемы монтажа огромные, а доступное время 'окна' для ремонта путей — минимально. Тут без надежного, быстрого и точного инструмента — никак. Иногда даже разрабатываем специальный ключ под нестандартный профиль гайки.

Запомнился проект по модернизации кранового оборудования. Там были болты с очень ограниченным пространством для затяжки. Стандартный ключ не лез. Пришлось совместно с технологами заказчика проектировать и поставлять специальные торцевые головки с тонкими стенками и удлинителем под углом. Мелочь? Нет. Без этой мелочи монтаж бы встал.

Вместо заключения: мысль вслух

В общем, что хочу сказать. Закручивание высокопрочных болтов — это не конечная операция, это процесс, который начинается с выбора поставщика, который дает полную и честную информацию о своем продукте, и заканчивается строгим контролем на последнем витке гайки. Это дисциплина. Нельзя слепо доверять цифре на ключе. Нужно понимать физику процесса, учитывать все переменные: от чистоты резьбы до температуры воздуха.

Для нас в ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь производство крепежа — это не просто выточить стержень с резьбой. Это обеспечить клиента всей цепочкой знаний: какой материал, какая термообработка, какая защита от коррозии (особенно для морских проектов), и — обязательно — как правильно установить. Потому что даже самый качественный болт, закрученный кое-как, становится слабым звеном. А в наших отраслях — энергетика, транспорт, нефтегаз — слабых звеньев быть не должно. В этом, пожалуй, и заключается наша работа: делать так, чтобы о креплениях думать не приходилось. Они просто должны работать.

Так что, когда в следующий раз возьмете в руки динамометрический ключ, остановитесь на секунду. Подумайте не только о том, какой момент выставить, но и о том, что происходит внутри этого стального стержня, который сейчас начнет растягиваться, чтобы намертво стянуть две махины металла. В этой простоте и есть вся сложность нашей профессии.