Opětovné použití spojovacích prvků a stanovení utahovacího momentu

Autor: Guy Avellon, časopis Fastener World
Překlad: Marketingový specialista ZVK BERVEL LLC Ignatova D.V.

RS – závitové připojení;
Cr+6 – šestimocný chrom;
Cr+3 – trojmocný chrom;
RoHS (Restriction of Hazardous Substances) je směrnice omezující obsah nebezpečných látek.

Většina otázek týkajících se použití spojovacích prvků má řešení vyvinutá na základě mnohaletých zkušeností. Je však velmi obtížné najít informace o takových řešeních, protože rozsah jejich použití je poměrně omezený.

Výrobci a distributoři často nedokážou odpovědět na technické otázky týkající se provozu spojovacích prvků. Zároveň životnost spojovacích prvků závisí na oblasti jejich použití a provozních podmínkách. Nepochopení účelu spojovacích prvků a jejich provozních podmínek vede k vážným následkům, protože v případě přerušeného spojení nebo jiných typů poruch nesou odpovědnost obě strany, kupující i výrobce.

Tento článek poskytuje odpovědi na nejčastější otázky týkající se opětovného použití spojovacích prvků a hodnot utahovacího momentu.

1. Lze spojovací prvek znovu použít v kritických spojích?
Odpověď: Ne.

Zdálo by se, že odpověď na tuto otázku je zřejmá, ale přesto je otázka relevantní. Tuto otázku si kdysi položil pracovník v jaderném energetickém průmyslu. V kritických spojích jsou spojovací prvky vystaveny vysokému zatížení, takže správná montáž a instalace dílů hraje klíčovou roli. Nesprávné utažení spojů vede k únavovým poruchám, které jsou v 90 % případů příčinou selhání závitových spojů. Předčasné odhalení poškození v těle šroubu může vést k prasknutí výrobku. Například mikrotrhliny v těle šroubu je téměř nemožné odhalit při vnější kontrole, takže testování lze provádět pouze v laboratorních podmínkách (ultrazvukové testování atd.). Proto je nutné spojovací prvky vyměnit, protože cena šroubu není srovnatelná s náklady na další náklady na obnovu poškozených konstrukcí.

2. Lze spojovací prvky znovu použít za běžných provozních podmínek?
Odpověď: Ano

Odpověď uvedená v článku je podmíněná, protože znovu použít lze pouze spojovací prvky vyrobené z uhlíkové oceli, které prošly všemi nezbytnými laboratorními zkouškami a byly instalovány za kontrolovaných podmínek. Během počáteční instalace je nutné kontrolovat dodržování všech technologických operací (zpracování kontaktních ploch, montáž spojů, instalace šroubů, napínání a kontrola napnutí šroubů), protože v případě porušení požadavků může dojít k deformaci a zničení výrobků při opakovaném použití. Pokud vám podmínky použití spojovacích prvků nejsou známy, měli byste jejich opětovné použití rozhodně odmítnout.

Spojovací prvky vyrobené ze speciálních materiálů musí být použity jednou pod povoleným zatížením. Zde je třeba upřesnit, že malé spojovací prvky (M8 a menší) lze znovu použít, ale pokud byl spojovací prvek instalován maximální silou, mohou se jeho mechanické vlastnosti snížit.

Pokud byl tedy závitový spojovací prvek vyrobený z uhlíkové nebo speciální oceli vystaven zatížení přesahujícímu mez kluzu, neměl by být takový díl nikdy znovu použit, protože jeho mechanické i fyzikální vlastnosti již nebudou splňovat stanovené požadavky.

3. Lze ořechy znovu použít?
Odpověď: Ne

Toto je jednoduchá odpověď na poměrně složitou otázku. Hlavním vysvětlením je proměnná hodnota součinitele tření. Během předběžného utahování je dřík šroubu v oblasti mezi hlavou a maticí vystaven krouticímu momentu, tj. při šroubování matice závitového spoje působí na matici krouticí moment, který překonává třecí momenty v závitu a na konci matice. Pod napětím se závit matice natahuje. Síla působí na závit matice a šroubu odlišně. Po uvolnění napětí se závit na dříku šroubu vrátí do původního stavu a povrch závitu na matici se deformuje. Při povolování matic je zapotřebí většího krouticího momentu než při utahování. To se vysvětluje korozí závitového těsnění (FS), vzájemným pronikáním materiálů šroubu a matice do oblasti závitu působením dlouhodobého zatížení. Kromě toho může mít matice neviditelné vady, které následně vedou ke zničení FS.
Proto je z důvodu výše uvedených důvodů nemožné dosáhnout požadované napínací síly, a to vzhledem k nepředvídatelné hodnotě součinitele tření.

Výrobce: „Ale při opětovném použití dílu byl použit stejný utahovací moment.“

Při opětovném použití matice již hodnoty utahovacího momentu neodpovídají uvedeným normám. Třecí síla se s každým opětovným použitím mění, protože vnitřní závit matice se deformuje a stlačuje. Při utahování RS momentovým klíčem je nutné přesně nastavit utahovací moment a zafixovat ji v dané poloze. Při opětovném použití je však téměř nemožné přesně určit utahovací moment, což snižuje spolehlivost spojení a zvyšuje se pravděpodobnost plastické deformace závitu.

Největší význam má tření v závitu mezi maticí a upevňovacím prvkem tyče, jakož i mezi maticí a povrchem spojované součásti, které závisí na faktorech, jako je stav kontaktních ploch, typ povlaku, přítomnost maziva, chyby ve stoupání a úhlu profilu závitu, odchylka od kolmosti nosného konce a osy závitu, rychlost šroubování atd.
Ztráty třením mohou být poměrně velké. Při prakticky suchém tření, drsném povrchu a smršťování materiálu mohou být ztráty tak velké, že při utahování na přímé napětí spoje nezůstává více než 10 % točivého momentu. Zbývajících 90 % se vynakládá na překonání třecího odporu a smršťování.

Při opětovném použití matic je „parazitní“ tření vysoké. A ačkoliv rázový utahovák ukáže požadovaný točivý moment, nebude dosaženo požadovaného stlačení spoje. Pokud je počítač během provozu vystaven zatížení nebo vibracím, existuje vysoké riziko samovolného uvolnění spoje a v důsledku toho nehody.

Koeficient tření lze snížit použitím oleje, ale ne nadměrně, protože to hrozí snížením odporu a překročením tahové síly spoje, což může vést ke zničení tyčového upevňovacího prvku.

Hodnoty součinitele tření v reálných montážních podmínkách lze pouze předpovědět. Jak ukazují četné experimenty, nejsou stabilní.

Fenomén opětovného použití matic hraje významnou roli při používání kolových matic, protože demontáž a výměna kol je nezbytná pro rotaci pneumatik, kontrolu brzd, opravu vozidla atd. Podle statistik je každé vozidlo s najetými kilometry více než 120000 XNUMX km vystaveno riziku selhání čepů v důsledku oslabení utahovací síly opakovaně použitých kolových matic.

Spotřebitel: „Po utažení šroubů vaší výroby došlo k poruše.“

Je důležité si uvědomit, že uvedená hodnota utahovacího momentu by měla být použita jako referenční, protože každý hotový díl má před instalací do spoje určité fyzikální vlastnosti, které je třeba při stanovení utahovacího momentu zohlednit.

Vezměme si jako příklad galvanické pokovování. Vzorce pro výpočet utahovacího momentu byly vyvinuty před desítkami let, hlavním aplikovaným povlakem bylo galvanické pokovování. V té době se pro zinkování používal kyanidový elektrolyt. V důsledku toho byla účinnost 40–60 %, riziko absorpce vodíku zůstávalo vysoké a povrch dílů byl porézní a nerovný. Proto byl faktor „K“ (koeficient tření) u těchto výrobků mnohem vyšší než u výrobků používajících alkalické a kyselé nekyanidové elektrolyty v 70. letech. Účinnost zinkování s novými elektrolyty se ještě zvýšila. Proto se změnila utahovací síla a koeficient tření.

Referenční údaje v tabulkách utahovacích momentů pro pozinkovaný PC však po celá desetiletí zůstávaly nezměněny. Dnes je situace jiná. V roce 2002 Evropská unie přijala směrnici RoHS, která omezuje obsah škodlivých látek v elektrických a elektronických zařízeních. V souvislosti s tím bylo používání šestimocného chromu (Cr+6) zakázáno. Následně byl toxický šestimocný chrom nahrazen trojmocným chromem (Cr+3).

Povlaky s použitím Cr+6 poskytovaly vyšší ochranu proti korozi než povlaky Cr+3. Povlaky Cr+3 mají tenčí vrstvu a úroveň ochrany proti korozi je mnohem nižší. Pro kompenzaci této nevýhody je nutné použít silnější vrstvu povlaku nebo nanést další vrstvu na stávající.

Proměnná utahovací síla je způsobena změnami tloušťky povlaku Cr+3. Nedávné testy nastavení utahovací síly ukázaly, že u spojovacích prvků s povlakem Cr+3 by se utahovací síla měla zvýšit o 7–10 %. Přesnost stanovení utahovací síly je navíc ovlivněna také metodou nanášení povlaku.

Standardizace produktů výrobcem umožní kontrolu odchylek a sníží potenciální riziko pro spotřebitele.

Datum: 20.10.2017
Zdroj: Časopis Fastener World