Тестирование болтовых соединений и контроль качества металлических и железобетонных конструкций

Болтовые соединения играют важную роль в создании прочных и надежных металлических и железобетонных конструкций. Для обеспечения безопасности и долговечности таких конструкций необходимо проводить тестирование болтовых соединений и контроль качества материалов, из которых они изготовлены.

Контроль качества болтовых соединений имеет решающее значение и осуществляется в соответствии с установленными стандартами. Современное оборудование и измерительные инструменты используются как в лабораториях, так и в полевых условиях для обеспечения точных результатов.

Болты бывают разных уровней точности, от A до C, где A соответствует самому высокому уровню точности, а C - самому низкому уровню в соответствии с ГОСТ ISO 4759-1-2015. Тип и характеристики болтов зависят от их назначения.

• Болты с уровнем точности А используются, когда необходимо просверлить отверстия определенного диаметра в собранных компонентах или в отдельных компонентах, которые будут использоваться в качестве проводников. Их также можно использовать, когда необходимо запрессовать или просверлить отверстия в отдельных деталях меньшего диаметра, а затем повторно просверлить отверстия требуемого размера в собранных деталях.

• Болты с уровнем точности В подходят для использования в ситуациях, когда они в основном работают под напряжением. Эти болты следует устанавливать в отверстия, которые на 1-1,5 миллиметра больше диаметра самого болта.

• Болты с классом точности С можно устанавливать без предварительных расчетов, так как они подходят для отверстий, диаметр которых на 2-3 миллиметра больше диаметра стержня болта.

Сборка болтовых соединений включает в себя несколько этапов. Сначала подготавливаются соединяемые поверхности и выравниваются отверстия для крепежных элементов. При необходимости соединяемые детали могут быть предварительно затянуты. Затем просверливаются отверстия нужного размера, указанного в проекте, после чего монтируются болты и собирается соединение.

Прочность соединения зависит от нескольких факторов, включая тип болта, материал крепежа и соединяемую конструкцию.

Отверстия для соединения могут быть выполнены несколькими способами:

• сверление;

• продавливание в прессе;

• пробивка с рассверливанием.

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, и важно выбрать наиболее подходящий метод для каждого конкретного применения. Болтовые соединения широко используются в различных конструкциях, как традиционных, так и подверженных динамическим воздействиям. В менее ответственных конструкциях могут не предъявляться строгие требования к прочности крепежных элементов, поскольку они не работают в условиях полной нагрузки. Однако для таких важных конструкций, как компоненты машин (трансмиссионные системы, электростанции), здания, на которые переносятся тяжелые грузы, системы безопасности (предохранительные устройства, такелажное оборудование), транспортные средства, подъемные механизмы и другие области применения, где важны безопасность и устойчивость, необходимы более прочные крепежные элементы.

Классы прочности болтов

При проектировании ответственных конструкций крайне важно проверить прочность болтовых соединений в соответствии с действующими стандартами, чтобы убедиться, что они могут выдерживать предполагаемые нагрузки. Эти испытания гарантируют, что соединения будут достаточно прочными, чтобы обеспечить необходимую поддержку и стабильность. Основным параметром, используемым для оценки качества металлического изделия, является его класс прочности, который обозначается двумя цифрами, выбитыми на головке изделия. Например, болт с классом прочности 10,9 имеет две цифры: 10 и 9. Первое число, 10, соответствует 1/100 номинального временного сопротивления в Н/мм2. Второе число, 9, представляет собой 1/10 соотношения между номинальным пределом текучести и временным сопротивлением, выраженного в процентах. Чтобы рассчитать предел текучести, мы умножаем первое и второе значения вместе. В этом примере предел текучести должен составлять не менее 900 МПа.

Виды испытаний болтовых соединений

Существуют различные виды испытаний болтовых соединений, проводимых строительными лабораториями для определения различных параметров и свойств крепежных элементов.

Испытание на растяжение

Одним из таких испытаний является испытание на растяжение, которое проводится в соответствии с ГОСТ Р 52627 с использованием обработанных образцов. Этот тест помогает определить несколько механических свойств, включая предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное удлинение при разрыве и относительное сжатие при разрыве.

При изготовлении образца термообработанного болта с диаметром резьбы более 16 мм допустимо уменьшение диаметра стержня до 25%. Эти показатели позволяют нам точно определить класс прочности болта. При испытании болтов на прочность при растяжении прочность измеряется путем расчета показателя, основанного на площади поперечного сечения болта. Резьбовая часть болта должна быть длиной в один диаметр резьбы, и считается, что изделие выдержало испытание, если разрушение происходит вдоль резьбы или вдоль стержня. Если соединение между головкой и стержнем нарушено, значит, крепежный элемент не прошел проверку. Скорость нагрузки не должна превышать 25 миллиметров в минуту, чтобы избежать боковой нагрузки, а самоцентрирующиеся зажимы используются для предотвращения разрыва оборудования из-за боковой нагрузки.

Определение твердости болтовых соединений

При стандартном испытании на твердость определяется путем измерения на головке, стержне или торцевой поверхности образца после удаления покрытия. Если твердость превышает максимально допустимый предел, проводится повторное измерение в точке на полпути между поверхностью и концом стержня, на расстоянии одного диаметра от поверхности.

Если по-прежнему остаются вопросы относительно результатов испытания, его можно повторить, используя метод Виккерса с нагрузкой HV 0,3. Твердость следует измерять с обеих сторон и торцов образца, которые перед испытанием следует слегка отполировать или отшлифовать наждачной бумагой. Если измеренная твердость отличается от ожидаемого значения более чем на 30 единиц, это может свидетельствовать о науглероживании.

Испытание пробной нагрузкой

Для проверки соответствия болтов требуемым техническим характеристикам проводится пробное испытание под нагрузкой. Испытание состоит из двух этапов: приложения заданной нагрузки и измерения относительного удлинения.

Усилие прикладывается к болту в течение 15 секунд вдоль его оси с помощью разрывной машины. Длина резьбовой части без нагрузки составляет 6 витков. Для измерения удлинения в центре просверливается отверстие с помощью конуса под углом 60 градусов.

После сверления болт помещается на призму в измерительном устройстве. До и после измерения прикладывается испытательная нагрузка. Внутри устройства находятся измерительные штифты со сферическими концами. Для минимизации погрешностей можно использовать щипцы или перчатки.

Важно, чтобы после испытания длина крепежного элемента оставалась постоянной с допустимой погрешностью ±12,5 микрон. Нагрузка не должна превышать 3 миллиметров в минуту. Для предотвращения боковой нагрузки следует использовать станок с самоцентрирующимися захватами.

Испытание на разрыв по косой шайбе

Болты проверяются на разрыв с помощью наклонной шайбы в соответствии с ГОСТ Р 52627. Перед испытанием под головку болта помещается наклонная шайба, и проводится испытание на растяжение до тех пор, пока болт не выйдет из строя. Если имеется повреждение резьбы или стержня, но не в месте соединения головки со стержнем, изделие проходит испытание.

Определение ударной вязкости

Во время испытания на отказ соблюдаются требования к минимальной временной стойкости, а значения варьируются в зависимости от класса прочности болтового соединения. Определение ударной вязкости проводят по ГОСТ 9454-78 с использованием образцов с U-образной насечкой, которая вырезается из болта в продольном направлении. Зазубренная сторона образца расположена близко к поверхности болта, и испытываются изделия диаметром d>M16.

Стандартный образец в виде призматического бруска подвергают изгибу при ударе. В середине бруска делается выемка глубиной 2 мм с помощью шлифовального круга.

Испытание проводится с использованием маятникового ударного станка. Станок имеет прочное основание с двумя металлическими опорами, на которых закреплена ось, вращающаяся на шарикоподшипниках. Во время испытания образец помещается на одну из опор так, чтобы поверхность среза была обращена к кончику маятникового ножа, который будет ударять по образцу. Маятник поднимается на определенную высоту, фиксируется в нужном положении, а шкала устанавливается на ноль. Затем маятник отпускается и падает, ударяясь об образец и вызывая его разрушение. Сила удара измеряется путем вычисления объема работы, проделанной с образцом во время его разрушения, и деления его на площадь образца в том месте, где он был разрезан.

Определение прочности соединения головки и стержня

Во время испытания по головке болта несколько раз ударяют молотком. После определенного количества ударов болт должен согнуться под углом 90 градусов, и после испытания под головкой болта не должно быть видимых трещин. При наличии трещин на первой резьбе, пока головка остается неповрежденной, болт выдерживает испытание. Крепежные детали диаметром менее M16 и недостаточной длины для проведения испытания на разрыв с помощью наклонной шайбы также должны быть испытаны. Испытание наклонной шайбы для этих крепежных элементов имеет решающее значение, даже несмотря на то, что испытание для более длинных крепежных элементов все еще применяется.

При выполнении болтовых соединений предъявляются высокие требования к крепежным элементам. Для обеспечения надежности важно получить точные результаты испытаний. Чтобы избежать ошибок и получить достоверную информацию о свойствах и характеристиках композитных материалов, рекомендуется проконсультироваться со специалистами специализированных строительных лабораторий.