ENGINEER TALKS Ep.26: Natrganje navojev iz nerjavečega jekla: zakaj se pritrdilni elementi zagrabijo in kako zmanjšati tveganje

Ko se odpor poveča, je uporabna poteza, da se ustavite

Nerjaveči pritrdilni element, ki se prvi del svojega gibanja prosto vrti, nato pa ga je vse težje vrteti, vam pove nekaj o sklepu in ne o navoru, ki ste ga uporabili do zdaj. Instinkt pri orodju je dodati silo in pritrditi pritrdilni element. To je trenutek, ko lahko majhen dodaten vložek spremeni robni sklop v zaplenjenega — ali v pritrdilni element, ki ga pri naslednjem servisu ni mogoče odstraniti.

Neroden del draženja niti je, da se ne objavi v potrdilu o pregledu. Nerjavni pritrdilni elementi, ki prestanejo njihove vhodne preglede glede oblike navoja, materiala in mehanskih lastnosti, lahko še vedno ne delujejo skupaj kot par. Razjedanje običajno ni napaka, ki sedi na klopi in čaka na merjenje; gre za stanje, ki nastane med sestavljanjem, med dvema površinama, ki sta bili sprejemljivi vsaka zase.

Koristen odziv na naraščajoč upor je torej odločitev in ne številka: ustavite se, preberite dokaze in se nato odločite, ali je treba sklep ponovno sestaviti, predelati ali na novo določiti. Preden sprejmete to odločitev, je koristno vedeti, na katerega od več precej različnih pogojev gledate, saj vsi ne zahtevajo enakega ukrepanja.

Štirje pogoji, ki se predstavljajo kot "Ne bo se obrnilo"

Galling se pogosto uporablja kot vseobsegajoč izraz za vsako nit iz nerjavečega jekla, ki se preneha vrteti. Vsaj štirje pogoji so pri orodju prisotni na podoben način in kažejo v različne smeri:

Te kategorije se v praksi prekrivajo. Ostanki v navojih ne izginejo, ker tudi deli niso poravnani, in onesnaženje je pogosto predhodnik draženja in ne ločena razlaga. Kategorija je smer preiskave, ne diagnoza, in vam ne pove, ali je sklep varen za ponovno uporabo.

Kaj se dejansko dogaja: obraba lepila, ki se pospeši

Razjedanje je oblika hude adhezivne obrabe. Dve kovinski površini v relativnem gibanju se dotikata samo na svojih najvišjih točkah - neravninah - in ko je nit zategnjena, se ti kontaktni točki hkrati obremenita in zdrsneta. Film kromovega oksida, ki ohranja pasivnost nerjavečega jekla, je tanek in se na zraku hitro ponovno oblikuje, vendar ga drsenje odtrga na kontaktnih točkah in izpostavi golo kovino pod njim. Kjer sta kontaktni tlak in toplota trenja, ki ga spremljata, zadostna, se lahko izpostavljena kovina vari v trdni fazi, brez topljenja.

Posledica ni nežno povečanje trenja. Varjeni spoji so pogosto močnejši od osnovne kovine na obeh straneh, tako da, ko se nit še naprej vrti, pride do okvare znotraj šibkejše osnovne kovine: material se iztrga iz ene površine in prenese na drugo. Prenesene grudice so trše od površine, s katere izvirajo. Strgajo nasprotni bok, razbijejo njegov oksidni film, povečajo lokalni pritisk in ustvarijo sveže kontaktne točke, ki se lahko varijo. Poškodba se hrani sama od sebe, zato se draženje ponavadi pojavi kot nenadna sprememba orodja in ne kot postopno opozorilo.

Sledita dve praktični posledici. Prvič, kjer je zategovanje nadzorovano z navorom, naraščajoči koeficient trenja pomeni, da doseženi navor ne predstavlja več predvidene obremenitve vpenjanja: spoj je lahko videti zategnjen, medtem ko je njegova prednapetost pod predvideno zasnovo. Drugič, v skrajnem primeru lahko upor nadaljnjemu vrtenju preseže torzijsko trdnost zunanjega navoja in pritrdilni element pri torziji odpove, namesto da bi dosegel svoj sedež. Odčitek navora, ki doseže cilj, torej sam po sebi ni dokaz, da je sklep pravilno prednapet.

Zakaj so avstenitne nerjavne niti običajna nastavitev

Večina motečih pritožb se nanaša na to, da sta oba člana para iz nerjavečega jekla serije 300, razlog pa ni skrivnosten. Avstenitna nerjavna jekla so razmeroma mehka in duktilna, njihov pasivni film je tanek in ga je med drsenjem enostavno strgati, ter manj hitro odvajajo torno toploto kot ogljikovo jeklo, hkrati pa ustvarjajo več trenja. Poleg tega so materiali enake vrste in enake trdote na splošno bolj nagnjeni k draženju kot različni - in vijak 316 v ohišju z navoji 316 je točno ta kombinacija. Končna obdelava ali premaz na enem od elementov običajno deluje v drugo smer.

Izbira materiala je legitimen del odgovora, ni pa iskanje. Za razrede z višjo trdoto se na splošno poroča, da se bolje upirajo draženju, za mikrostrukture z več kot eno fazo ali z razpršenimi karbidi, nitridi ali sulfidi pa poročajo, da zmanjšajo hladno varjenje med drsnimi površinami – v vsakem primeru pa je odpornost proti koroziji skladna z delovnim okoljem, kar je za delo v pomorstvu omejitev, ki običajno odloča o vprašanju. Tipi za prosto strojno obdelavo ponazarjajo trgovino: njihovi sulfidni vključki delujejo kot trdno mazivo pri drsnem stiku, njihovo korozijsko učinkovitost pa je treba oceniti ločeno.

Parjenje razredov je včasih predstavljeno kot zdravilo za jezo. Pogosto naveden primer – vijak 304 proti matici 316 – ni zanesljiv, ker razlika v trdoti med obema ni nujno dovolj velika, da bi spremenila rezultat. Razred lastnine je naveden na enak način in tam se poročila ne strinjajo: nekatera dela kažejo, da se pritrdilni elementi višjega razreda 80 bolje upirajo drgnjenju kot pritrdilni elementi razreda 70, medtem ko druga poročila trdijo, da vpletena hladna obdelava poveča tveganje. Glede na to, da objavljeni dokazi kažejo v dve smeri, niti združevanje razredov niti razred lastnosti nista osnova za izbiro pritrdilnega elementa samo na podlagi odpornosti proti draženju. Kadar je vprašanje ključnega pomena za spoj, sodi v specifikacijo in se ga lahko reši s poskusom dejanskega sestavljanja.

Spremenljivke, ki jih lahko nadzorujete

Izbira stopnje je ena ročica in običajno najmanj premična, ko je izdelek v proizvodnji. Spodnje spremenljivke so v rokah proizvodnih, nabavnih in montažnih funkcij in tam je mogoče prevzeti večino tveganja.

Kakovost navojev in robovi

Običajno poročajo, da so valjčno oblikovani navoji manj dovzetni za luščenje kot strojno obdelani ali rezani navoji, ker je površina bolj gladka in tok zrn sledi obliki navoja, namesto da bi bil prerezan po njej - čeprav vsaj en vir surovin iz nerjavečega materiala oporeka prednosti hladnega oblikovanja v materialu serije 300, zato je to prej poročana težnja kot ustaljeno pravilo in ne nadomešča ocene dejanske okvare.

Bolj dosledna v virih je vloga poškodb in geometrije. Zareze, udrtine, šivi, robovi materiala in brazde tvorijo visoke točke, ki začnejo cikel, zato je navoj z vidnimi poškodbami ali tisti, ki ne bo prestal merila za premikanje, opozorilni znak: motnja doda prevladujoč navor na sprednji strani krivulje zategovanja in poškodovana geometrija lahko začne dražiti v bližini. Fini navoji se pri rokovanju lažje zarežejo in potrebujejo več vrtenja za enako obremenitev sponke, zato se na splošno obravnavajo kot bolj nagnjeni k trganju kot grobi navoji. Površinska obdelava je prav tako pomembna na obeh koncih: pretirano gladke in pretirano hrapave končne obdelave so po poročanju manj ugodne kot kontrolirana končna obdelava srednjega razreda.

Ravnanje in pakiranje spadata v isti pogovor. Težki pritrdilni elementi iz nerjavečega jekla, ki jih padejo ali vržejo skupaj v posodo, pridejo ven z zarezanimi navoji, zareze pa so moteč dražljaj. Vhodna preverjanja, ki jih lahko opravi kupec, so preprosta: obrišite navoj s krpo in preverite, ali se zatakne, preglejte bok pod majhno povečavo, potrdite čistočo in uporabite merila in merila sprejemljivosti, ki jih imenujejo nakupne specifikacije namesto improviziranega standarda.

Poravnava in začetek pritrditve

Pred končnim zategovanjem je treba prilegajoče se dele poravnati tako dobro, kot to dopušča sklop. Kjer je poravnava slaba, je bočni stik omejen na dva majhna loka na nasprotnih straneh navoja, tako da je enako delo pri zategovanju skoncentrirano na del predvidene kontaktne površine, lokalna temperatura in tlak pa se ustrezno dvigneta. Ročno zaganjanje pritrdilnega elementa, da se prepričate, da se je zaskočil pravokotno, preden uporabite katero koli električno orodje, prepreči, da bi se to stanje vgradilo ob prvem obratu. Ali se sme uporabiti nit za vlečenje svežnja delov skupaj in kako naj se pritrdilo zažene, so postavke za specifikacijo sestavljanja; razlog za obstoj teh postavk je pravkar opisana geometrija kontakta.

Hitrost sestavljanja in toplota trenja

Večina dela, vloženega v navojni spoj, gre za premagovanje trenja in ne za obremenitev sponk, na bokih pa se ta energija odloži v majhno količino kovine. Večji del pritrdilnega elementa lahko ostane hladen, medtem ko postane obremenjena bočna površina veliko bolj vroča kot del kot celota, višja hitrost vgradnje pa poveča tako proizvedeno toploto kot tudi tveganje premočnega zategovanja. To je osnova standardnega nasveta v delavnici, da je treba pritrdilne elemente iz nerjavečega jekla voziti počasneje kot pritrdilne elemente iz ogljikovega jekla enake velikosti in paziti na vrtilni moment namesto na uro. Funkcije zaklepanja si zaslužijo enako pozornost: elementi s prevladujočim navorom dodajo aksialno obremenitev, ko se zaskočijo, kar doda rep dodatnega dela na sprednji strani krivulje zategovanja in spremeni stanje trenja spoja.

Odobren nadzor mazanja in trenja

Nadzor trenja je oblikovalska odločitev in ne izbira potrošnega materiala. Dodajanje maziva ali spreminjanje prevleke ali obloge spremeni razmerje med navorom in napetostjo spoja in določeni navor zategovanja je treba znova oceniti, kadar koli se to zgodi – vrednost navora suhega navoja se ne prenese na mazani navoj in uporaba fiksnega odstotnega zmanjšanja prvotne vrednosti ni nadomestilo za njegovo ponovno določitev.

Katero mazivo ali premaz je sprejemljiv, je odvisno od delovnega medija, temperature, materialov v stiku, galvanskih učinkov in odobritve proizvajalca pritrdilnih elementov. Pri delu v pomorstvu je vredno upoštevati dva opozorila: spojine, ki vsebujejo grafit, lahko spodbujajo galvansko korozijo nerjavnega jekla in imajo tudi visoke temperaturne omejitve, zato je treba njihovo uporabo utemeljiti in ne domnevati; in maščoba, ki se posuši, razpoka ali ne zmoči površine, lahko pusti žep, kjer se zbira voda, kar je samo po sebi stanje špranje. Premazi, ki jih nanese dobavitelj – vosek, PTFE ali molibden-disulfidni sistemi – se pogosto uporabljajo na nerjavnih pritrdilnih elementih in jih je lažje nadzorovati v proizvodnji kot mazivo, ki se nanese na delovni mizi. Ni enega samega izdelka proti zasegovanju, ki bi ustrezal vsakemu sklepu, in ta članek ga namerno ne priporoča.

Navor, trenje in prednapetost

Univerzalne tabele zateznih momentov za nerjavne pritrdilne elemente ni, razlog pa je strukturni in ne vrzel v literaturi. ISO 3506, standard za razred lastnosti nerjavnih pritrdilnih elementov, daje minimalni pretrgalni navor namesto navora privijanja; objavljene referenčne tabele za pritrdilne elemente iz nerjavečega jekla so izračunane na podlagi navedenih predpostavk o stanju površine in mazanju, njihovi založniki pa jih opisujejo kot vodilo in ne kot specifikacijo, s poskusi, navedenimi za kritične aplikacije. Montažni navor za dani spoj je zato treba določiti glede na pritrdilni element, geometrijo sklepa in stanje trenja, ki je bilo zanj dejansko določeno — in ga ponovno preveriti, ko se kar koli od tega spremeni.

Kdaj se ustaviti in raziskati

1. Ustavite se, ko upor naraste, preden se deli soočijo.Ne dodajajte navora in ne posegajte po udarnem orodju, da bi pritrdilo potisnili skozi oviro. Dvig upora je informacija o sklepu in ne ovira, ki jo je treba premagati.
2. Odstranite zaponko in si oglejte oba navoja.Upoštevajte raztrgano, razmazano ali preneseno kovino, pesek ali ostanke, posušeno spojino in produkte korozije. Preverite, ali se je pritrdilni element začel pravokotno in ali so deli poravnani.
3. Ugotovitve razvrstite v zgornje kategorije in upoštevajte prekrivanje.Zaplenjen sklop, ki je bil v uporabi, je drugačen primer kot pritrdilni element, ki se je zagozdil med prvim sestavljanjem, in nobeden vam sam ne pove, kateri član para je odgovoren.
4. S poškodovanimi deli ravnajte kot s poškodovanimi.Vsak pritrdilni element ali telo z nazobčanimi navoji mora oceniti glede na navodila proizvajalca in usposobljeno osebje. Niti, ki je bila obdelana, piljena ali kako drugače predelana na mestu, se ne sme vrniti na kritično nosilno povezavo.
5. Zapišite najdeno s pogoji.Stanje trenja, uporabljena orodja in hitrost, stanje poravnave in številke delov so tisto, zaradi česar se naslednji sklop izogne ​​enakemu rezultatu. Zlobni dogodek brez tega zapisa se običajno ponovi v naslednji seriji.

Kaj navesti v specifikaciji nakupa in montaže

Večino zgoraj opisanega tveganja je mogoče premakniti iz ležišča za sestavljanje v dokument. Za strojno opremo iz nerjavečega jekla z navojnimi povezavami so to elementi, ki jih je vredno zabeležiti:

• Oblika navoja, premer, korak in razred tolerance, navedeno za oba člana para in ne samo za vijak.
• Materialni in premoženjski razred obeh članov, vključno z razmerjem trdote med njimi, kjer je znano, da je spoj občutljiv na draženje.
• Kakovost niti in merila sprejemljivosti— merilo ali metodo pregleda, zahtevo glede čistoče ter meje neravnosti in poškodb, dogovorjene pred oddajo naročila.
• Zahteve glede pakiranja in ravnanjaki ščitijo končne niti med prevozom, skladiščenjem in kompletiranjem.
• Predvideno stanje trenja: suho, prevlečeno, povoščeno ali prevlečeno, katero mazivo ali premaz je odobren in kdo ga nanaša.
• Metoda zategovanja: pogonska hitrost, sedežni navor, zaporedje in število stopenj, kot je opredeljeno v specifikaciji sestava, skupaj z osnovo, na kateri je bilo vzpostavljeno razmerje navor-prednapetost.
• Sledljivost, tako da je mogoče zaseženi sklop izslediti nazaj do serije in spremembe specifikacije.

Nič od tega ni specifikacija za določenega dobavitelja. Bistvo je, da je mogoče kakovost navojev, čistost in stanje trenja zapisati in preveriti ter da je puščanje implicitnih tisto tisto, kar običajno vprašanje sestavljanja spremeni v argument o garanciji.

Razprava o zahtevah za navojno pritrditev

Če določate ali nabavljate ladijsko strojno opremo iz nerjavečega jekla z navojnimi povezavami, nam pošljite risbo komponente, sklop, ki mu pripada, ter pogoje trenja in navora, ki jih določa vaša specifikacija. Zahteve glede navojev in materialov lahko pregledamo glede na aplikacijo in se pogovorimo o tem, kaj je treba zabeležiti na naročilnico, da se bo spoj ob montaži in pri naslednjem servisu obnašal, kot je predvideno.