Высокопрочные болты – полная информация о крепежных изделиях

1 Основная информация о болтах высокой прочности

Интересующие нас метизы производятся из низкоуглеродистых легированных сталей, в которых содержится не больше 0,4 % углерода. При их изготовлении применяется технология холодной либо горячей высадки исходных заготовок. Резьбу на высокопрочные болты (ВПБ) накатывают на специально предназначенных для этих целей станках-автоматах. Обязательной частью производства описываемых крепежных изделий является их термообработка в электрических печах. Эта операция выполняется с целью придания ВПБ высокой антикоррозионной защиты и повышенной прочности. Кроме того, термическая обработка предохраняет болты от старения.

Высокопрочные болты

Класс прочности ВПБ не может быть ниже 8.8. Данный показатель обозначается на головке крепежа. Там же могут присутствовать литеры ХЛ, У и S. Первое обозначение указывает на то, что изделия разрешается использовать в низкотемпературных условиях (до -60 °С). Метизы с буквой У предназначены для эксплуатации при температурах не ниже -40°. А литера S указывает на увеличенные параметры головки ВПБ.

Используются рассматриваемые нами изделия в сфере производства автомобилей, машиностроении, строительстве, при возведении железных дорог и мостов для соединения разнообразных деревянных и металлических конструкций. Особые свойства такого крепежа (стойкость к экстремальным температурам, противодействие влиянию агрессивных соединений, прочность) делают его незаменимым при выполнении ряда промышленных работ. ВПБ применяются и в бытовых условиях. В подобных ситуациях они используются в качестве надежных анкеров, позволяющих зафиксировать в стеновых поверхностях из бетона практически любые конструкции и предметы.

2 Требования Госстандарта Р 52644–2006 – вес, длина, сечение ВПБ

ВПБ выпускаются с диаметром резьбы М16, М20, М24, М30, М36, М42, М48, классами прочности – 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Длина болтов варьируется в пределах 40–300 мм. Вес изделий зависит от их длины и диаметра. Он колеблется в достаточно широких пределах. Вес 1000 штук ВПБ М16 равняется 116–514 кг, М20 – 204–804 кг, М24 – 377–1210 кг. Масса болтов М30–М42 изменяется от 633 до 3830 кг. А вот вес 1000 ед. М48 равняется 2495–5002 кг. Изделия высокой прочности производятся со специальным покрытием либо без такового. Толщина дополнительно слоя регламентируется ГОСТ. Для метизов М16 она должна быть не выше 25 мкм, для М20 – 30, для М24 – 40, М30–М48 – не более 50 мкм.

Высокопрочные болты М 20

Теоретический вес 1000 единиц ВПБ, который мы указывали выше, рассчитывается для изделий без специального покрытия. Высокопрочные метизы обязаны изготавливаться с постоянным уровнем качества резьбовой поверхности. Это является гарантией требуемого обеспечения затяжки соединений, выполняемых посредством ВПБ. Уровень качества обуславливается показателем закручивания (так называемый коэффициент или момент затяжки). Его величина зависит от типа смазки и дополнительного покрытия болтов. Высокопрочные изделия с произвольным покрытием должны иметь коэффициент закручивания в пределах 0,11–0,2. Метизы со стандартной смазкой и покрытием – 0,14–0,2. Проверяют коэффициент закручивания по Госстандарту Р 52643.

ВПБ чаще всего выпускаются из сталей 40Х и 40Х Селект. Второй из указанных сплавов по своему химическому составу является максимально качественным. Он, по сути, представляет собой выборку из нескольких партий 40Х. Сплавы с маркировкой Селект имеют стабильные механические показатели. Достигаются они именно за счет проведения выборки. Болты из стали 40Х Селект используются для соединения конструкций высокой степени ответственности (эксплуатируемых в особых условиях, имеющих большой вес). В остальных случаях применяются ВПБ из обычных сплавов 40Х. Выборка стали 40Х Селект осуществляется непосредственно на литейном производстве.

Покрытие описываемых болтов бывает следующих видов:

• электролитическое кадмиевое;
• электролитическое цинковое;
• горячее цинковое.

При наличии на крепежных изделиях любого из этих покрытий обязательным является их обработка смазывающим составом.

3 Соединения на ВПБ – ключевые положения СниП III-18-75

Указанные Саннормы описывают правила производства металлических конструкций. В них рассматриваются все существующие соединения на высокопрочных болтах:

1. С несущими метизами. В них передача сдвигающих усилий осуществляется через смятие, срез и трение.
2. Фрикционное. В этом случае усилия передаются исключительно посредством трения.
3. Болтосварное, болтозаклепочное и болтоклеевое.
4. Фланцевое. Такие соединения на высокопрочных болтах используются в конструкциях, в которых крепеж работает только на изгиб (фланцы податливого типа) либо на растяжение (жесткие фланцы).

Отдельно отметим, что любое фрикционное соединение проектируется по спецнормативам. Они изложены в СНиП II-В.3-72. Прочие виды соединений разрабатываются по техусловиям конкретного производителя работ. Они могут быть разными. Все болтовые соединения имеют собственное обозначение на чертежах. Оно остается неизменным, начиная с 1968 года, когда был введен в действие Госстандарт 2.315.

Крепление высокопрочных болтов

Обозначение ВПБ при фрикционном соединении имеет вид обычного треугольника. В чертежах металлоконструкций, которые собираются при помощи ВПБ, указываются методы просверливания отверстий и их номинальные сечения, а также вид соединения. Эти данные присутствуют в первую очередь. Кроме того, в чертежах СНиП требуют указывать следующие характеристики:

• марку сплава, из которого делаются болты (40Х Селект или другие стали), а также ГОСТ на изготовление последних;
• осевое усилие и способ натяжения ВПБ;
• коэффициент трения;
• вариант обработки соприкасающихся деталей;
• спецификацию болтов, шайб и гаек;
• коэффициент сопротивления (временного) на разрыв крепежных элементов.

СНиП выдвигают специальные требования к отправочным частям металлоконструкций, которые соединяются рассматриваемыми в статье болтами. Они обычно собираются в предназначенных для этого приспособлениях (чаще всего в кондукторах), располагающих крепежными фиксаторами. Отверстия для монтажа метизов высверливаются под проектное сечение ВПБ (оно указывается на чертежах). Диаметры отверстий подбираются с учетом условий эксплуатации конструкции. Также в данном случае принимается во внимание коэффициент сдвигоустойчивости сооружений.

Для болтов М20 из стали 40Х Селект допускается высверливать отверстия сечением 21, 23 и 25 мм, для М24 – 25, 28 и 30 мм. Возможное отклонение от указанных параметров – не более +1,5 мм. Края отверстий в обязательном порядке обрабатываются с целью удаления с них заусенец. При этом фаски не снимаются.

4 Как крепить высокопрочные метизы – какова технология?

Операция состоит из пяти отдельных этапов. Они приведены далее:

1. Производится обработка поверхностей деталей и элементов, которые соприкасаются друг с другом.
2. Выполняется подготовка крепежа.
3. Осуществляется сборка соединений.
4. Делается затяжка (натяжение) ВПБ.
5. Соединения герметизируются.

Обработка соприкасающихся деталей по СНиП выполняется механическими либо стальными щетками, многопламенными ацетиленовыми горелками (огневая методика), металлическим или кварцевым песком (пневматический способ). Эта операция производится максимально тщательно, так как она изменяет коэффициент трения, а значит, от нее зависит, какая у соединения будет несущая способность. После обработки сборка конструкции должна выполняться в минимальные сроки. По истечению 72 часов выполнять соединение деталей запрещается. В подобных случаях соприкасающиеся поверхности СНиП требуют обрабатывать повторно, используя ранее применявшуюся методику.

Маркировка высокопрочных болтов

Под подготовкой болтов высокой прочности понимают их расконсервацию, прогонку резьбы метизов, которые отбраковываются, очистку изделий от коррозии и грязи. Удаление смазочного слоя (он наносится на все ВПБ, его задача – выравнивать коэффициент закручивания крепежных элементов) осуществляется посредством их кипячения. Для этих целей используется обычная вода. После кипячения болты окунаются в раствор автола (15 %) и неэтилированного бензина (85 %). Подготовленные описанным способом изделия нельзя хранить более 10 суток из-за того, что коэффициент закручивания болтов может увеличиться.

Прогонка резьбы ВПБ производится специальным гайковертом пневматического типа. После этого можно приступать непосредственно к сборке соединения.

Процедура выполняется по следующей схеме:

1. Осмотр металлоконструкции.
2. Совмещение и фиксация монтажных отверстий (используются особые пробки) в положениях, указанных на чертежах.
3. Установка болтов в свободные отверстия.
4. Анализ параметров (геометрических) собранного сооружения.
5. Стяжка (максимально плотная) пакетов.
6. Затяжка ВПБ на оговоренное в проекте усилие.
7. Демонтаж пробок, монтаж на их место крепежных элементов, затяжка установленных болтов. Она, опять же таки, производится на заданное усилие.

Все высокопрочные болты монтируются в металлоконструкции с двумя шайбами (они также изготавливаются высокопрочными, в противном случае несущая способность соединения снижается). Одна из них предназначена под гайку, вторая – под головку крепежного изделия. СНиП запрещают размещать две шайбы (и более) под один пакет. При монтаже болтов высокой прочности гайки обязаны накручиваться на резьбу от руки (свободно). Другие варианты не допускаются. Если гайка наворачивается с трудом, ее следует заменить (как вариант – установка другого ВПБ).

Пробки освобождаются исключительно после монтажа болтов во все свободные отверстия и затяжки крепежа на заданное усилие. При этом следует поочередно вынимать пробки и сразу же ставить на их место ВПБ. Финальное натяжение высокопрочных болтов всех видов (М20, М24) на предусмотренное в проекте усилие выполняется только после тщательного анализа геометрических параметров металлоконструкции. Подробнее о правилах затяжки метизов далее.

5 Как выполняется натяжение болтов?

Усилие при натяжении ВПБ может регулироваться несколькими способами. Мы приводим их ниже:

1. По числу ударов гайковерта.
2. По осевому натяжению крепежного изделия.
3. По углу поворота гайки.
4. По моменту закручивания.

Здесь нужно знать, что вне зависимости от варианта затяжки высокопрочного крепежа обязательно необходимо использовать стяжные болты. На начальном этапе натяжения головку ВПБ следует придерживать. Сам процесс выполняется от самого жесткого участка соединения либо от его середины. Для натяжения болта на определенное усилие пользуются динамометрическим ключом. Этот инструмент позволяет четко определять момент (коэффициент) затяжки соединения.

Порядок натяжения соединения динамометрическим ключом таков:

• производится стягивание пакета стяжными изделиями;
• все болты (в том числе и стяжные) затягиваются на заданное усилие;
• пробки выбиваются, на их место монтируются ВПБ.

После этого установленный крепеж затягивается до отказа ключом. Болты М24 часто натягиваются посредством гайковерта, который тарируется по повороту гайки на определенный угол. Такой инструмент позволяет получить момент закручивания не ниже 1600 Нм. Тарировку приспособления для болтов М24 осуществляют перед началом выполнения работ. Описанный гайковерт может снабжаться сменными конусными головками. Они имеют повышенный вес. За счет этого удается снижать потери мощности от скручивания. Большой вес головок – это не единственная их особенность. Кроме того, их обязательно подвергают термообработке. Причем выполняется она так, чтобы сменные приспособления имели твердость по шкале HRC в пределах 35–45 единиц.

Натяжение выспокопрочных болтов

Болты М24 могут затягиваться не одним ключом, а сразу двумя. Такая методика дает возможность получать максимально точный момент закручивания. Используется она достаточно часто. В данном случае первым ключом (его называют малым) создают момент закручивания не более 200 Нм. После этого берут второй инструмент (большой). И уже этим ключом выполняют финальную затяжку. Он обеспечивает момент закручивания на уровне 1600 Нм. Натяжение высокопрочных болтов М20, М16, М30 и так далее (всех, кроме М24) осуществляют в большинстве случаев с ориентиром на осевое усилие. Операция выполняется электрическим либо пневматическим ключом. Его обязательно тарируют перед сборкой металлоконструкции.

Можно выполнять натяжение ВПБ М20 и других размеров, корректируя усилие на момент закручивания. Методика достаточно сложная. Для ее реализации нужно высчитать момент закручивания и постоянно измерять его при затяжке болта динамометрическим ключом. Последний способ натяжения предполагает применение ударного электрического гайковерта. Этот инструмент применяется для болтов М24 и М20. Методика проста. Все смонтированные крепежные изделия затягиваются указанным ключом посредством нанесения на гайки трех ударов (единичных). После этого производится затяжка болтов тем же способом. Но теперь уже наносится столько ударов, сколько требуется для получения в стержнях высокопрочного крепежа заданного осевого натяжения. Их число обычно находится в пределах 14–18.

6 Особенности разных видов соединений на крепежных элементах высокой прочности

Фрикционное соединение при проектировании считают неподатливым. А продольное усилие (точнее – его распределение между отдельными элементами металлоконструкции) рассматривается, как равномерное. На основании этих фактов и рассчитывают фрикционное соединение. Расчет осуществляется по усилиям. Причем обязательно принимаются во внимание усилия между разными участками рассматриваемого элемента.

Несущая способность такого соединения обязана составлять более 75 % способности детали, которая прикрепляется к конструкции. Важно! Несущая способность каждого элемента рассчитывается отдельно. При этом проводятся вычисления его прочности, выносливости и устойчивости, которые учитывают вес и другие параметры детали. Несущие высокопрочные болты применяются для сборки конструкций нескольких типов:

1. Постоянные и временные сооружения, расчет которых выполняется на подвижные либо динамические нагрузки.
2. Постоянные конструкции, рассчитанные исключительно на статические нагрузки.
3. Временные сооружения, проектируемые на нагрузки статического плана.

Болтоклеевые соединения производятся тогда, когда следует учитывать изгибающий момент и иные сдвигающие усилия (обычно под таковыми понимают поперечные и продольные силы). В таких конструкциях на контактные изделия наносится специальная клеевая пленка, которую обжимают ВПБ. В качестве клея обычно используют составы ЭД-20 и ЭД-16. Они включают в себя пластификатор, эпоксидную смолу, отвердитель и корунд в качестве специального наполнителя.

Болтоклепаные соединения используются при необходимости монтажа высокопрочных крепежных изделий вместо применявшихся ранее заклепок. Отдельным типом монтажа они не являются. Следует ответственно подбирать высокопрочные болты для установки их вместо заклепок. Существуют специальные таблицы, в которых указывается соответствие диаметров заклепочных и болтовых соединений. Например, вместо заклепок сечением 21 мм необходимо использовать болты с сечением 20 мм. А вот крепежом М24 заменяют заклепочные элементы диаметром 23 мм.