Какой метод затяжки резьбового соединения более эффективен: приложение крутящего момента или осевая вытяжка?

14.02.2018
Автор: Nic Townsend
Перевод: Игнатова Д.В., специалист по маркетингу ООО ЗВК «БЕРВЕЛ»

Какой метод является наиболее эффективным при затяжке резьбового соединения?
В данной статье будут подробно рассмотрены два метода затяжки резьбового соединения. И побеждает ...

Метод приложения крутящего момента

Практически каждому из нас хотя бы раз в жизни приходилось затягивать гайку на определённый момент. Принцип затяжки гайки путём приложения крутящего момента является наиболее распространённым и простым для обывателя. Он заключается в создании на гайке (болте) крутящего момента, обеспечивающего необходимое усилие затяжки. Главное преимущество этого метода в том, что для его использования существует большая номенклатура профессионального инструмента с ручным, пневматическим, гидравлическим и электрическим приводом: гайковёрты, динамометрические ключи, мультипликаторы крутящего момента.
Метод приложения крутящего момента является экономичным методом.
«С помощью одного динамометрического ключа и набора сменных головок можно затянуть немалое количество гаек и болтов различных размеров. Такой инструмент прост в использовании», говорит Роберт Нобель, главный инженер компании Asset 55.
Считается, что динамометрический ключ эффективен в большинстве сфер применения. Именно по этим причинам обычно выбирают именно этот метод затяжки.

Однако, данный метод имеет свои недостатки, главным из которых является сила трения, по словам Нобеля, - "главный враг затяжки резьбового соединения". В целом, сила трения влияет на 90% величины предварительной нагрузки, достигаемой при определенном крутящем моменте. Это означает, что лишь 10%  крутящего момента преобразуется в предварительную нагрузку. Соответственно, трудно с точностью определить величину нагрузки на болт. Для высокой точности определения величины предварительной нагрузки стоит учитывать многие факторы: используемая смазка, загрязнения на поверхности деталей, а также  качество обработки поверхности гайки. Величина предварительной нагрузки имеет ключевое значение, так как соединение может разрушиться при слишком высокой, слишком низкой или неравномерной нагрузке на каждый болт.
Нобель отмечает, что при соблюдении всех предписаний, наличии квалифицированных операторов и использовании калиброванного, проверенного оборудования, затяжка резьбового соединения проходит успешно.

Метод осевой вытяжки шпильки (болта)

Метод осевой вытяжки болта начали применять в 1970-е годы. Метод заключается в предварительном растяжении болта с усилием, равным требуемому усилию затяжки, последующим закручиванием гайки от руки до упора в опорную поверхность и снятием нагрузки с болта сбрасыванием гидравлического давления, после чего соединение получает заданное усилие затяжки. Принципиальным отличием данного метода является то, что усилие прикладывается не к гайке, а к болту с применением тензорных домкратов, гидравлических гаек. Первооткрывателем этого метода считают британского инженера Фреда Хитона, в дальнейшем основателя компаний Hydratight и Boltight. В течение последующих 20 лет этот метод приобретал всё большую популярность. На сегодняшний день метод осевой вытяжки предпочтителен в соединениях на высокопрочных болтах в различных отраслях промышленности (нефтегазовая отрасль, ветроэнергетика, энергетика и др.).
В сравнении с затяжкой динамометрическим ключом, использование гидравлических натяжителей - процесс более сложный. В определённых условиях применения метод предварительного осевого растяжения обеспечивает более высокую точность усилия затяжки, равномерность приложения усилия, синхронность затяжки сложных соединений. Скорость монтажа (сборки) более высокая.  В случае с фланцевыми соединениями, возможна синхронная затяжка.

Следующим весомым преимуществом осевой вытяжки является высокая точность, но, как отмечает Нобель, не всё так однозначно. По словам Нобеля, в современной промышленности зачастую прибегают к  использованию универсальных правил монтажа, не придавая должного значения таким важным характеристикам, как величина крутящего момента и усилие затяжки. При правильном соблюдении всех технических требований точность усилия предварительной затяжки максимально высока. Метод предварительного осевого растяжения особенно эффективен при использовании длинных, ступенчатых болтов, болтов высокой прочности для сборки тяжелонагруженных соединений. Что же касается использования коротких, малонагруженных болтов, в данном случае метод осевой вытяжки обладает меньшей точностью.
У метода осевой вытяжки также есть недостатки. В первую очередь это потеря нагрузки. Потеря нагрузки учитывается в расчетах заранее и добавляется к значению предварительной нагрузки для определения исходной приложенной нагрузки.  Поэтому,  для большей точности рекомендуется прилагать усилие к болту и завинчивать гайку дважды. При первом нагружении достигается компенсация зазоров, деформация микронеровностей поверхностей и равномерное распределение нагрузки. Второе нагружение главным образом обеспечивает необходимую точность конечного усилия затяжки соединения.
Более того, метод осевой вытяжки менее экономичен. Для сборки требуется дорогостоящее оборудование и специальные инструменты.

Итак, сравнив два метода затяжки резьбового соединения, мы можем сделать вывод о том, что определить, какой из них лучше, достаточно сложно. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Роберт Нобель отмечает, что каждый случай уникален и иногда стоит тщательно обдумать, какой метод затяжки выбрать, а именно учесть следующие моменты:
- сфера применения резьбового соединения (например, для фундаментных анкерных болтов метод осевой вытяжки будет более подходящим);
- стоимость оборудования;
- количество единиц и размер оборудования;
- особенности объекта (площадь, местоположение и др.);
- доставка оборудования до места сборки;
- соответствие оборудования.

Дата: 12.02.18
Источник: Nord-Lock group, журнал «BOLTED»