ENGINEER TALKS Ep.26: Odírání závitů z nerezové oceli: Proč se spojovací prvky zadírají a jak snížit riziko

Když odpor stoupá, užitečný pohyb je zastavit

Nerezový spojovací prvek, který se v první části své dráhy volně otáčí, a poté se postupně hůře otáčí, vám spíše říká něco o spoji než o utahovacím momentu, který jste dosud používali. Instinkt v nástroji je přidat sílu a usadit upevňovací prvek. To je okamžik, kdy malý dodatečný vstup může proměnit okrajovou sestavu v zadřenou – nebo v upevňovací prvek, který při příštím servisu nelze odstranit.

Nepříjemnou částí zadírání nití je to, že se neoznámí v osvědčení o kontrole. Nerezové spojovací prvky, které projdou vstupními kontrolami tvaru závitu, materiálu a mechanických vlastností, stále nemusí fungovat společně jako pár. Galling není obvykle vadou sedící na lavičce čekající na měření; je to stav vzniklý během montáže mezi dvěma povrchy, které byly každý sám o sobě přijatelný.

Užitečnou reakcí na rostoucí odpor je tedy spíše rozhodnutí než číslo: zastavte se, přečtěte si důkazy a pak se rozhodněte, zda by měl být spoj znovu sestaven, přepracován nebo znovu specifikován. Než učiníte toto rozhodnutí, pomůže vám vědět, na kterou z několika dosti odlišných podmínek se díváte, protože ne všechny vyžadují stejnou akci.

Čtyři podmínky, které se prezentují jako „Neotočí se“

Galling se často používá jako univerzální termín pro jakýkoli nerezový závit, který se přestane otáčet. Nejméně čtyři podmínky se v nástroji vyskytují podobným způsobem a ukazují různými směry:

Tyto kategorie se v praxi překrývají. Nečistoty v závitech nezmizí, protože části jsou také mírně vyosené a kontaminace je často spíše předzvěstí zadření než samostatným vysvětlením. Kategorie je směr pro vyšetřování, nikoli diagnóza, a neřekne vám, zda je bezpečné znovu uvést kloub do provozu.

Co se vlastně děje: Adhezivní opotřebení, které se samo zrychluje

Galling je forma silného adhezivního opotřebení. Dva kovové povrchy v relativním pohybu se dotýkají pouze ve svých vysokých bodech – nerovnostech – a když je závit utažen, jsou tyto kontaktní body současně zatíženy a posunuty. Vrstva oxidu chromitého, která udržuje nerezovou ocel pasivní, je tenká a rychle se znovu formuje na vzduchu, ale klouzáním se odstřihne v kontaktních bodech a odhalí holý kov pod ním. Tam, kde jsou kontaktní tlak a třecí teplo, které jej doprovázejí, dostatečné, může exponovaný kov svařovat v pevné fázi bez tavení.

Důsledkem není mírný nárůst tření. Svařované spoje jsou často pevnější než základní kov na obou jejich stranách, takže jak se závit dále otáčí, dochází k poruše uvnitř slabšího základního kovu: materiál je vytržen z jednoho povrchu a přenesen na druhý. Přenesené hrudky jsou tvrdší než povrch, ze kterého pocházejí. Odírají protilehlý bok, narušují jeho oxidový film, zvyšují místní tlak a vytvářejí nové kontaktní body, které se mohou postupně svařovat. Poškození se živí samo sebou, což je důvod, proč se zadření obvykle jeví jako náhlá změna nástroje spíše než jako postupné varování.

Z toho plynou dva praktické důsledky. Za prvé, tam, kde je utahování řízeno kroutícím momentem, rostoucí koeficient tření znamená, že dosažený krouticí moment již nepředstavuje zamýšlené upínací zatížení: spoj může vypadat utažený, zatímco jeho předpětí leží pod tím, co předpokládala konstrukce. Za druhé, v extrémním případě může odpor vůči dalšímu otáčení překročit torzní pevnost vnějšího závitu a upevňovací prvek selže v kroucení místo toho, aby dosáhl svého sedla. Hodnota točivého momentu, která dosáhne svého cíle, proto sama o sobě není důkazem, že je spoj správně předepnut.

Proč jsou austenitické nerezové nitě obvyklým nastavením

Většina stížností na zadření se týká obou členů dvojice z nerezové oceli řady 300 a důvod není záhadný. Austenitické nerezové oceli jsou relativně měkké a tvárné, jejich pasivní film je tenký a snadno se střihne během klouzání a odvádějí třecí teplo méně ochotně než uhlíková ocel, přičemž současně vytvářejí větší tření. Kromě toho jsou materiály stejného typu a stejné tvrdosti obecně náchylnější k zadření než ty odlišné – a šroub 316 v těle se závitem 316 je přesně to párování. Povrchová úprava nebo povlak na jednom z členů má tendenci působit v opačném směru.

Výběr materiálu je legitimní součástí odpovědi, ale není to vyhledávání. O třídách s vyšší tvrdostí se obecně uvádí, že lépe odolávají zadření, a o mikrostrukturách s více než jednou fází nebo s rozptýlenými karbidy, nitridy nebo sulfidy se uvádí, že snižují studené svařování mezi kluznými povrchy – v každém případě podléhají odolnosti proti korozi, která je v souladu s provozním prostředím, což je pro námořní práce omezení, které obvykle rozhoduje o otázce. Typy pro volné obrábění ilustrují řemeslo: jejich sulfidické inkluze působí při kluzném kontaktu jako tuhé mazivo a jejich korozní vlastnosti je třeba posuzovat samostatně.

Stupeň párování je někdy prezentováno jako lék na zadření. Běžně citovaný příklad — šroub 304 proti matici 316 — není spolehlivý, protože rozdíl tvrdosti mezi těmito dvěma nemusí být nutně dostatečně velký, aby změnil výsledek. Třída vlastností je uvedena stejným způsobem a zprávy zde nesouhlasí: některé práce naznačují, že spojovací prvky vyšší třídy 80 odolávají oděru lépe než spojovací prvky třídy 70, zatímco jiné zprávy tvrdí, že související práce za studena riziko zvyšuje. S publikovanými důkazy ukazujícími ve dvou směrech není ani párování stupňů ani třída vlastností základem pro výběr spojovacího prvku pouze na základě odolnosti proti zadření. Tam, kde je otázka pro spoj kritická, patří do specifikace a může být vyřešena zkouškou na skutečné montáži.

Proměnné, které můžete ovládat

Výběr třídy je jedna páka a obvykle ta nejméně pohyblivá, jakmile je produkt ve výrobě. Níže uvedené proměnné jsou v rukou výrobních, nákupních a montážních funkcí a právě v nich lze podstoupit většinu rizik.

Kvalita závitu a otřepy

Běžně se uvádí, že závity tvářené válcováním jsou méně náchylné k zadření než závity obráběné nebo řezané, protože povrch je hladší a tok zrna sleduje tvar závitu, místo aby se přes něj přeřezával – i když alespoň jeden zdroj nerezové suroviny zpochybňuje výhodu tváření za studena v materiálu řady 300, takže jde spíše o hlášenou tendenci než o ustálené pravidlo a nenahrazuje to hodnocení.

Více konzistentní napříč zdroji je role poškození a geometrie. Zářezy, promáčkliny, švy, přesahy materiálu a otřepy tvoří nejvyšší body, které začínají cyklus, a proto je závit s viditelným poškozením nebo závit, který neprojde měrkou průchodu, varovným signálem: překážka přidává převažující krouticí moment na přední části utahovací křivky a poškozená geometrie se může začít zadřít poblíž. Jemné závity se při manipulaci snadněji prořezávají a potřebují větší rotaci při stejném zatížení svorky, proto se s nimi obecně zachází jako s více náchylnými k zadření než s hrubými závity. Povrchová úprava je také důležitá na obou koncích: povrchové úpravy, které jsou nadměrně hladké, a povrchy, které jsou nadměrně hrubé, jsou obě uváděny jako méně příznivé než kontrolované povrchové úpravy středního rozsahu.

Manipulace a balení patří do stejné konverzace. Těžké nerezové spojovací prvky spadlé nebo shozené dohromady v kontejneru vycházejí s vroubkovanými závity a vryp je drásavým podnětem. Příchozí kontroly, které může kupující provést, jsou jednoduché: otřete nit hadříkem a poznamenejte si, zda se nezasekává, prozkoumejte bok pod malým zvětšením, ověřte čistotu a aplikujte měřidlo a kritéria přijetí, která uvádí nákupní specifikace, spíše než improvizovaný standard.

Zarovnání a jak se spouští spojovací prvek

Protilehlé díly by měly být před konečným utažením zarovnány tak, jak to montáž umožňuje. Tam, kde je vyrovnání špatné, je boční kontakt omezen na dva malé oblouky na opačných stranách závitu, takže stejná utahovací práce je soustředěna do zlomku zamýšlené kontaktní plochy a podle toho se zvyšuje místní teplota a tlak. Ruční nastartování upevňovacího prvku, abyste se ujistili, že zapadl do čtverce, před použitím jakéhokoli elektrického nářadí, zabrání tomu, aby se tento stav zabudoval při prvním otočení. Zda lze použít závit ke stažení stohu dílů k sobě a jak má být spojovací prvek spuštěn, jsou položky pro specifikaci sestavy; důvodem, proč tyto položky existují, je právě popsaná kontaktní geometrie.

Rychlost montáže a třecí teplo

Většina práce vložené do závitového spoje jde spíše do překonání tření než do svěrného zatížení a na bocích je tato energie uložena do malého objemu kovu. Převážná část spojovacího prvku může zůstat chladná, zatímco zatížený povrch hřbetu je mnohem teplejší než díl jako celek a vyšší rychlost instalace zvyšuje jak generované teplo, tak riziko nadměrného utažení. To je základ standardního dílenského doporučení zarážet nerezové spojovací prvky pomaleji než spojovací prvky z uhlíkové oceli stejné velikosti a hlídat spíše utahovací moment než hodiny. Stejnou pozornost si zaslouží uzamykací prvky: prvky s převládajícím kroutícím momentem zvyšují axiální zatížení, když zabírají, což přidává konec práce navíc v přední části utahovací křivky a mění stav tření spoje.

Schválené mazání a kontrola tření

Kontrola tření je rozhodnutím o návrhu, nikoli volbou spotřebního materiálu. Přidáním maziva nebo změnou povlaku nebo pokovení se změní vztah mezi kroutícím momentem a napětím spoje a specifikovaný utahovací moment se musí přehodnotit, kdykoli k tomu dojde – hodnota točivého momentu suchého závitu se nepřenáší na mazaný závit a použití fixního procentuálního snížení na původní hodnotu nenahrazuje jeho opětovné určení.

Které mazivo nebo povlak je přijatelný, závisí na provozním médiu, teplotě, materiálech, které jsou v kontaktu, galvanických účincích a schválení výrobce spojovacího materiálu. Pro práci na moři stojí za to zaznamenat dvě upozornění: sloučeniny obsahující grafit mohou podporovat galvanickou korozi nerezové oceli a mají také omezení při vysokých teplotách, takže jejich použití je třeba spíše odůvodnit než předpokládat; a mastnota, která vyschne, popraská nebo nezvlhčí povrch, může zanechat kapsu, kde se shromažďuje voda, což je samo o sobě stav štěrbiny. Povlaky aplikované dodavatelem – voskové, PTFE nebo molybdendisulfidové systémy – jsou široce používány na nerezových spojovacích prvcích a je snazší je kontrolovat ve výrobě než mazivo nanášené na pracovním stole. Neexistuje jediný přípravek proti zadření, který by vyhovoval každému kloubu, a tento článek jej záměrně nedoporučuje.

Točivý moment, tření a předpětí

Univerzální tabulka utahovacích momentů pro nerezové spojovací prvky neexistuje a důvodem je spíše konstrukční než mezera v literatuře. ISO 3506, norma třídy vlastností nerezového spojovacího materiálu, poskytuje spíše minimální krouticí moment než utahovací moment; publikované referenční tabulky pro nerezové spojovací prvky jsou vypočteny na základě uvedených předpokladů o stavu povrchu a mazání a jsou popsány jejich vydavateli spíše jako vodítko než jako specifikace, přičemž zkoušky jsou uvedeny pro kritické aplikace. Montážní krouticí moment pro daný spoj proto musí být stanoven vůči spojovacímu prvku, geometrii spoje a stavu tření, který byl pro něj skutečně specifikován – a znovu zkontrolován, když se některá z nich změní.

Kdy zastavit a prozkoumat

1. Zastavte, když odpor stoupne, než budou části tváří v tvář.Nepřidávejte točivý moment a nesahejte po nárazovém nástroji, abyste prorazili spojovací prvek překážkou. Nárůst odporu je informace o kloubu, nikoli překážka, kterou je třeba porazit.
2. Vytáhněte upevňovací prvek a podívejte se na oba závity.Všimněte si roztrženého, ​​rozmazaného nebo přeneseného kovu, písku nebo úlomků, zaschlé směsi a produktů koroze. Zkontrolujte, zda spojovací prvek začal kolmo a zda byly díly zarovnány.
3. Seřaďte nález do výše uvedených kategorií a mějte na paměti jejich překrývání.Zadřená sestava, která byla v provozu, je odlišný případ od upevňovacího prvku, který se zasekl při první montáži, a ani jeden vám sám o sobě neřekne, který člen z dvojice je zodpovědný.
4. Zacházejte s poškozenými částmi jako s poškozenými.Jakýkoli upevňovací prvek nebo těleso s odřenými závity by měly být posouzeny podle pokynů výrobce a kvalifikovaným personálem. Vlákno, které bylo upraveno, zapilováno nebo jinak přepracováno na místě, by nemělo být vráceno do kritického nosného spojení.
5. Zaznamenejte, co bylo nalezeno, s podmínkami.Stav tření, použité nástroje a rychlost, stav vyrovnání a čísla dílů umožňují další sestavě vyhnout se stejnému výsledku. Událost zadření bez tohoto záznamu má tendenci se opakovat v další dávce.

Co uvést do specifikace nákupu a montáže

Většinu výše popsaného rizika lze přesunout z montážní pozice do dokumentu. U nerezového hardwaru se závitovým připojením stojí za zaznamenání tyto položky:

• Tvar závitu, průměr, stoupání a třída tolerance, uvedeno pro oba členy dvojice spíše než pro samotný šroub.
• Třída materiálu a vlastnosti obou členů, včetně vztahu tvrdosti mezi nimi, kde je známo, že spoj je citlivý na zadření.
• Kritéria kvality nití a přijatelnosti— měřidlo nebo metoda kontroly, požadavek na čistotu a limity otřepů a poškození, dohodnuté před zadáním objednávky.
• Požadavky na balení a manipulacikteré chrání hotové závity při přepravě, skladování a kompletaci.
• Zamýšlený stav tření: suché, pokovené, voskované nebo potažené, které mazivo nebo nátěr je schváleno a kdo je aplikuje.
• Metoda utahování: rychlost pohonu, moment sezení, pořadí a počet stupňů, jak je definováno ve specifikaci sestavy, spolu se základnou, na které byl stanoven vztah moment-předpětí.
• Sledovatelnost, takže zabavenou sestavu lze zpětně vysledovat k šarži a změně specifikace.

Nic z toho není specifikací pro konkrétního dodavatele. Jde o to, že kvalitu závitu, čistotu a stav tření lze zapsat a ověřit, a že jejich ponechání implikuje je to, co přemění běžnou otázku montáže na argument o záruce.

Diskuse o požadavcích na upevnění se závitem

Pokud specifikujete nebo získáváte nerezový lodní hardware se závitovými spoji, zašlete nám výkres součásti, sestavu, ke které patří, a podmínky tření a krouticího momentu, které definuje vaše specifikace. Můžeme zkontrolovat požadavky na závit a materiál oproti aplikaci a prodiskutovat, co je třeba zaznamenat do objednávky, aby se spoj choval tak, jak bylo zamýšleno při montáži a při příštím servisu.