На болтах, как правило, соединяют металлические и железобетонные конструкции. Испытания болтовых соединений проводят для того, чтобы оценить прочность и другие характеристики крепежа, его устойчивость к различным воздействиям. Проверку должны проводить специалисты аккредитованных строительных лабораторий. Контроль качества соединений выполняется согласно установленным стандартам с применением современного оборудования и измерительных приборов в лабораторных и полевых условиях.
Характеристики и типы болтовых соединений
Для соединения металлоконструкций применяют болты разных классов точности: А, В, и С, при этом Класс А является наиболее точным, а класс С – наименее (ГОСТ ISO 4759-1-2015). Область применения и характеристики болтов различаются:
- Болты с классом точности А применяются для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах, или по кондукторам в отдельных элементах и деталях, или просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.
- Болты с классом точности В применяются в соединениях, в которых эти болты, преимущественно, работают на растяжение. Их устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра болта.
- Болты с классом точности С устанавливаются конструктивно без предварительных расчетов. Используют их для отверстий, диаметр которых на 2-3 мм больше диаметра стержня болта.
Сборка болтовых соединений выполняется поэтапно. Сначала подготавливают стыкуемые поверхности, затем совмещают отверстия под крепеж, предварительно стягивают детали стыка, если нужно, рассверливают отверстия до размера, установленного в проекте, монтируют болты и окончательно собирают соединение.
Болтовые соединения применяют повсеместно при монтажных работах, где не используется сварка. Главный тип болтовых соединений – на накладках. В строительстве преимущественно используют многоболтовые соединения. По принципу работы можно разделить соединения на те, в которых отсутствует или, наоборот, возникает сдвиг между соединяемыми элементами. Соединения, где отсутствует сдвиг, выполняют на болтах нормальной, повышенной и грубой точности (классы В, А и С соответственно). Во втором случае крепление делают на высокопрочных болтах.
Прочность соединений напрямую зависит от типа болтов, материала изготовления крепежа и соединяемых конструкций, от метода, которым были образованы отверстия. Отверстия, в свою очередь, выполняют:
- способом сверления, в этом случае они имеют гладкие края;
- методом продавливания в прессе, в этом случае возникают надрывы, наклепы и заусенцы металла;
- способом продавливания с последующим рассверливанием.
Болтовые соединения применяют как в обычных конструкциях, так и в конструкциях, которые воспринимают динамические нагрузки. Не ответственные конструкции работают без полноценной нагрузки. Особо строгих требований по прочности к крепежу таких изделий не предъявляется. К ответственным конструкциям относятся:
- Механизмы и узлы машин, например, системы передачи, силовые установки, приводы.
- Капитальные и несущие строительные конструкции.
- Системы безопасности, в частности, страховочные и такелажные приборы.
- Транспортные средства и подъемные механизмы.
При проектировании ответственных конструкций обязательно проводят испытания болтовых соединений. Их подвергают расчетам, приводят в соответствие требованиям установленных стандартов. О том, какие испытания проводятся, поговорим дальше.
Классы прочности болтов
Главный параметр, который определяют при оценке качества металла, — это класс прочности. Его указывают в виде двух цифр на головке изделия. Например, рассмотрим болт с классом прочности 10.9. В данном случае 10 – 1/100 номинального значения временного сопротивления разрыву в Н/мм2. Вторая цифра – 9 – это 1/10 отношения номинального значения предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Значение предела текучести мы можем получить, перемножив между собой первое и второе значение. Получается, что предел текучести металла данного класса изделия должен быть не ниже 900 МПа.
Виды испытаний болтовых соединений
Болтовые соединения испытывают разными способами, чтобы определить различные параметры и свойства крепежа. Рассмотрим подробнее типы испытаний, которые выполняют специалисты строительных лабораторий.
Испытание на растяжение
Испытание на растяжение проводится по ГОСТ Р 52627 на обработанных образцах. Проверка выполняется для определения ряда механических свойств – предел прочности на растяжение, предела текучести, относительное удлинение при разрыве, относительное сужение при разрыве. При вытачивании образца из болта, прошедшего термообработку с диаметром резьбы, превышающей 16 мм, допустимо уменьшение диаметра стержня не больше чем на 25%. Полученные показатели позволяют достоверно определить класс прочности болта.
При испытании на растяжение целых болтов определяется предел прочности на растяжение. Показатель рассчитывают по площади поперечного сечения. Длина нагруженной резьбовой части при этом должна равняться одному диаметру резьбы. Изделие будет считаться выдержавшим испытание, если разрушение произойдет по резьбе или по стержню. Если разрушится место соединения головки со стержнем, крепеж будет считаться не прошедшим тест. Скорость нагружения определяется свободно движущимся ползуном, но она не должна быть больше 25 мм в минуту. Чтобы избежать бокового нагружения, используют самоцентрирующиеся зажимы разрывного оборудования.
Определение твердости болтовых соединений
При стандартном испытании твердость болтов определяют на головке, стержне или торце, после того как образец подготовят и удалят покрытие. Если показатели превышают максимально допустимый предел, проводится вторичный замер, но уже на поперечном сечении. При этом он выполняется в точке, удаленной от поверхности на половину радиуса и расположенной на расстоянии одного диаметра от торца стержня. Если сомнения остаются, проверка проводится по Виккерсу при HV 0,3. Твердость измеряют на гранях и торцах, которые слегка полируют или шлифуют. Если показатель превышен более чем на 30 единиц, это указывает на науглероживание.
Для болтовых соединений с классом прочности от 8.8 до 12.9 решающей является разность между твердостью поверхности и сердцевины. По ней определяют состояние науглероживания в поверхности болта.
Испытание пробной нагрузкой
Тест проводится в два основных этапа. Сначала выполняется приложение заданной пробной нагрузки, а затем – измерение остаточного удлинения, которое возникает под действием пробной нагрузки.
Нагрузку прикладывают по оси болта на разрывной машине и выдерживают на протяжении 15 секунд. Длина свободной части резьбы, которая находится под нагрузкой, равняется 6 шагам резьбы.
Чтобы измерить остаточное удлинение, просверливают отверстия с конусом 60 градусов по центру болта. Изделие до и после приложения пробной нагрузки устанавливают на призму в измерительный прибор. Внутри прибора находятся измерительные штифы с концами в форме сферы. Чтобы свести погрешность до минимального уровня, при измерениях используют щипцы или перчатки. Длина крепежа после испытания должна оставаться неизменной. Допускается ± 12,5 мкм погрешности. Скорость нагрузки при этом не может превышать 3 мм в минуту. В целях исключения бокового нагружения используется машина с самоцентрирующимися захватами.
Ввиду того, что в ходе испытания на точность результатов оказывают влияние непостоянные величины, наподобие отклонений от прямолинейности, соосности, при первоначальном нагружении показатель удлинения может превысить допустимые значения. Поэтому изделие испытывают повторно, увеличивая нагрузку на 3%. Если после повторного нагружения длина крепежа в сравнении с результатом после первого нагружения не меняется, итог испытания считается удовлетворительным.
Испытание на разрыв по косой шайбе
Испытание болтов на разрыв по косой шайбе проводят в соответствии с ГОСТ Р 52627. Косую шайбу устанавливают под головкой болта. До того, как болт разрушится, проводят испытание на растяжение. Изделие считается прошедшим тест, если разрыв произошел на резьбе или в стержне, но не в месте соединения головки и стержня. При проверке на разрыв придерживаются требований по минимальному временному сопротивлению. Значения варьируются в зависимости от класса прочности болтовых соединений.
Определение ударной вязкости
Испытание выполняют по ГОСТ 9454-78 на образцах с U-образным надрезом, вырезанных из ботов в продольном направлении. Надрезанную сторону располагают близко к поверхности болта. Испытывают изделия с диаметром d>M l6.
Ударному изгибу подвергают стандартный образец в форме призматического бруска, надрез посередине имеет глубину 2 мм, делают его с помощью шлифовального круга. Исследование выполняют на маятниковом копре. Прибор имеет тяжелое основание, на котором установлены две стойки из металла, поддерживающие ось, вращающуюся в шариковых подшипниках.
Во время теста образец кладут на опоры станины копра таким образом, чтобы надрез находился против острия ножа маятника со стороны, которая противоположна удару. Затем маятник поднимают на определенную высоту, фиксируют, а стрелку шкалы ставят на 0. Далее маятник освобождают, он падает, ударяет по образцу. В итоге тот разрушается. Ударную вязкость определяют по отношению работы, поглощенной при разрушении образцов, к площади его поперечного сечения в месте надреза.
Определение прочности соединения головки и стержня
При испытании по головке болта выполняют удары молотком. После нескольких ударов она должна согнуться на угол 90 градусов. При этом трещин в округлении под головкой быть не должно. Болты считают выдержавшими испытания, даже если трещины появятся в первом витке резьбы. Но головка при этом не должна оторваться. Исследованию подвергают крепеж с диаметром d<М16 с недостаточной длиной для проведения исследования на разрыв по косой шайбе. Также тест проводится и для более длинных крепежных изделий, но решающим для них все-таки является испытание на косой шайбе.
Определение коэффициента закручивания
Болтовой комплект устанавливают в специальное устройство, которое фиксирует напряжение в теле болта. Далее болтокомплект затягивают и измеряют усилие натяжения, угол поворота между болтом и гайкой, удлинение изделия, крутящий момент. Коэффициент закручивания вычисляют посредством измерения фактического крутящего момента, который приложен к гайке в момент достижения нормативного растягивающего усилия в теле болта.
При выполнении болтовых соединений на ответственных конструкциях, требования к крепежу чрезвычайно высоки, поэтому результаты испытаний в данном случае должны быть корректными и точными. Чтобы избежать ошибок и получить достоверные сведения о свойствах и характеристиках соединений, необходимо обращаться к профессионалам – в специализированные строительные лаборатории.
