ENGINEER TALKS Ep.26: Gevind i rustfrit stål: Hvorfor fastenere sætter sig fast, og hvordan man reducerer risikoen

Når modstanden stiger, er det nyttige træk at stoppe

Et rustfrit fastgørelseselement, der drejer frit den første del af sin vandring, og derefter bliver gradvist sværere at dreje, fortæller dig noget om leddet snarere end om det moment, du har påført indtil nu. Instinktet ved værktøjet er at tilføje kraft og få fastgørelseselementet på plads. Det er det øjeblik, hvor et lille ekstra input kan forvandle en marginal samling til en beslaglagt - eller til en fastgørelsesanordning, der er fundet umulig at fjerne ved næste service.

Den akavede del af trådgalning er, at den ikke melder sig selv i et kontrolcertifikat. Rustfrit fastgørelseselementer, der består deres indgående kontrol for gevindform, materiale og mekaniske egenskaber, kan stadig ikke fungere sammen som et par. Galning er normalt ikke en defekt, der sidder på bænken og venter på at blive målt; det er en tilstand, der er skabt under montering mellem to overflader, der hver for sig var acceptable.

Så det nyttige svar på stigende modstand er en beslutning snarere end et tal: stop, læs beviserne, og beslut derefter, om samlingen skal samles igen, omarbejdes eller genspecificeres. Før du træffer den beslutning, hjælper det at vide, hvilken af ​​flere ret forskellige forhold du ser på, fordi de ikke alle kræver den samme handling.

Fire forhold, der præsenterer som "Det vil ikke vende"

Galling bruges ofte som en samlebetegnelse for enhver rustfri tråd, der holder op med at dreje. Mindst fire forhold forekommer på lignende måder ved værktøjet, og de peger i forskellige retninger:

Disse kategorier overlapper hinanden i praksis. Snavs i gevindene forsvinder ikke, fordi delene også er lidt ude af justering, og forurening er ofte en forløber for gnidning snarere end en separat forklaring. En kategori er en retning for undersøgelsen, ikke en diagnose, og den fortæller dig ikke, om leddet er sikkert at tage i brug igen.

Hvad sker der faktisk: Klæbende slid, der accelererer sig selv

Klæbning er en form for kraftigt klæbende slid. To metaloverflader i relativ bevægelse rører kun ved deres høje punkter - skævhederne - og når et gevind strammes, belastes disse kontaktpunkter samtidigt og får dem til at glide. Chromoxidfilmen, der holder rustfrit stål passivt, er tynd og gendannes hurtigt i luften, men glidning skærer den af ​​ved kontaktpunkterne og blotter bart metal nedenunder. Hvor kontakttrykket og friktionsvarmen, der følger med det, er tilstrækkeligt, kan det blottede metal svejse i fast fase, uden at bulksmelter.

Konsekvensen er ikke en blid stigning i friktionen. De svejste samlinger er ofte stærkere end grundmetallet på hver side af dem, så efterhånden som gevindet fortsætter med at dreje, sker fejlen inde i det svagere ophavsmetal: materiale rives ud af den ene overflade og overføres til den anden. De overførte klumper er hårdere end overfladen, de kom fra. De skraber den modsatte flanke, nedbryder dens oxidfilm, øger det lokale tryk og skaber nye kontaktpunkter, der kan svejse på skift. Skaden lever af sig selv, og det er grunden til, at galning har en tendens til at fremstå som en pludselig ændring ved værktøjet snarere end en gradvis advarsel.

To praktiske konsekvenser følger. For det første, hvor tilspænding styres af drejningsmoment, betyder en stigende friktionskoefficient, at det opnåede drejningsmoment ikke længere repræsenterer den tilsigtede klembelastning: samlingen kan se strammet ud, mens dens forspænding ligger under, hvad designet antog. For det andet kan modstanden mod yderligere rotation i ekstreme tilfælde overstige vridningsstyrken af ​​det udvendige gevind, og fastgørelsesorganet svigter i torsion i stedet for at nå sit sæde. En drejningsmomentaflæsning, der når sit mål, er derfor ikke i sig selv et bevis på, at leddet er korrekt forspændt.

Hvorfor austenitiske rustfrie tråde er den sædvanlige indstilling

De fleste irriterende klager involverer, at begge medlemmer af parret er 300-seriens rustfrit stål, og årsagen er ikke mystisk. Austenitiske rustfrie stål er relativt bløde og duktile, deres passive film er tynd og let at forskyde under glidning, og de spreder friktionsvarme mindre let end kulstofstål, mens de genererer mere friktion på samme tid. Oven i købet er materialer af samme type og samme hårdhed generelt mere tilbøjelige til at gnave end uens - og en 316 bolt i en 316 tappet krop er præcis den parring. En finish eller belægning på et af elementerne har en tendens til at arbejde i den anden retning.

Materialevalg er en legitim del af svaret, men det er ikke et opslag. Kvaliteter med højere hårdhed rapporteres generelt at modstå gnidning bedre, og mikrostrukturer med mere end én fase, eller med dispergerede karbider, nitrider eller sulfider, rapporteres at reducere koldsvejsning mellem glideoverflader - med forbehold for i alle tilfælde, at korrosionsbestandigheden er i overensstemmelse med servicemiljøet, hvilket for marine arbejde er den begrænsning, der normalt afgør spørgsmålet. Fribearbejdningskvaliteter illustrerer faget: deres sulfidindeslutninger fungerer som et fast smøremiddel i glidende kontakt, og deres korrosionsevne skal vurderes separat.

Karakterparring præsenteres nogle gange som en kur mod galning. Det almindeligt citerede eksempel - en 304-bolt mod en 316-møtrik - er ikke pålidelig, fordi hårdhedsforskellen mellem de to ikke nødvendigvis er stor nok til at ændre resultatet. Ejendomsklasse er citeret på samme måde, og der er rapporterne uenige: Nogle arbejder tyder på, at 80-befæstelseselementer af højere klasse modstår gnidning bedre end 70-befæstelseselementer, mens andre rapporter mener, at det involverede kolde arbejde øger risikoen. Med de offentliggjorte beviser, der peger i to retninger, er hverken karakterparring eller egenskabsklasse grundlag for at vælge en fastgørelsesanordning alene på grund af modstandsdygtighed over for gnidning. Hvor spørgsmålet er kritisk for en samling, hører det hjemme i specifikationen og kan afgøres ved forsøg på selve samlingen.

De variabler, du kan kontrollere

Valg af kvalitet er et håndtag og normalt det mindst bevægelige, når et produkt er i produktion. Nedenstående variabler ligger i hænderne på fremstillings-, indkøbs- og montagefunktionerne, og det er her, størstedelen af ​​risikoen kan tages ud.

Trådkvalitet og grater

Rulleformede tråde rapporteres almindeligvis at være mindre følsomme over for gnidning end bearbejdede eller skårne tråde, fordi overfladen er glattere og kornstrømmen følger trådformen i stedet for at blive skåret over den - selvom mindst én rustfri råmaterialekilde bestrider fordelen ved koldformning i 300-seriens materiale, så dette er en rapporteret tendens til snarere end en fejlagtig vurdering, og den erstatter ikke regelen.

Mere ensartet på tværs af kilder er skadens og geometriens rolle. Hak, buler, sømme, materialeoverlapninger og grater danner de høje punkter, der begynder cyklussen, og derfor er et gevind med synlige skader, eller et gevind, der ikke vil passere sin køremåler, et advarselstegn: Interferensen tilføjer det fremherskende drejningsmoment foran på strammekurven, og den beskadigede geometri kan begynde at gnave i nærheden. Fine gevind skæres lettere ved håndtering og har brug for mere rotation for den samme klembelastning, hvorfor de generelt behandles som mere tilbøjelige til at skæve end grove gevind. Overfladefinish har også betydning i begge ender: finish, der er for glatte, og finish, der er alt for ru, rapporteres begge at være mindre gunstige end en kontrolleret mellemfinish.

Håndtering og emballering hører til den samme samtale. Tunge, rustfrie fastgørelseselementer, der tabes eller kastes sammen i en beholder, kommer ud med hak i tråde, og et hak er en irriterende stimulus. Indgående tjek, som en køber kan sætte på plads, er enkle: Tør tråden af ​​med en klud, og bemærk, om den sætter sig fast, undersøg flanken under lav effektforstørrelse, bekræft renhed, og anvend de måle- og acceptkriterier, som købsspecifikationen nævner i stedet for en improviseret standard.

Justering og hvordan fastgørelseselementet startes

Parringsdele skal være på linje, så godt som samlingen tillader, før den endelige tilspænding. Hvor justeringen er dårlig, er flankekontakt begrænset til to små buer på modsatte sider af gevindet, så det samme tilspændingsarbejde koncentreres til en brøkdel af det tilsigtede kontaktområde, og den lokale temperatur og tryk stiger tilsvarende. Håndstart af fastgørelsesanordningen for at sikre, at den er gået i hak, før der bruges elværktøj, forhindrer, at denne tilstand bliver indbygget ved første drejning. Hvorvidt et gevind kan bruges til at trække en stak dele sammen, og hvordan fastgørelseselementet skal startes, er emner for montagespecifikationen; grunden til, at disse elementer findes, er den netop beskrevne kontaktgeometri.

Monteringshastighed og friktionsvarme

Det meste af arbejdet i en gevindsamling går til at overvinde friktion i stedet for i klemmebelastning, og ved flankerne afsættes denne energi i et lille volumen metal. Størstedelen af ​​fastgørelseselementet kan forblive køligt, mens den belastede flankeoverflade bliver meget varmere end delen som helhed, og højere installationshastighed øger både den genererede varme og risikoen for overspænding. Dette er grundlaget for standardværkstedsrådene om at køre rustfrit fastgørelseselementer langsommere end kulstofstålfastgørelseselementer af samme størrelse, og at se sædets drejningsmoment frem for uret. Låsefunktioner fortjener samme opmærksomhed: Elementer med fremherskende drejningsmoment tilføjer aksial belastning, når de går i indgreb, hvilket tilføjer en ende af ekstra arbejde foran på strammekurven og ændrer samlingens friktionstilstand.

Godkendt smøre- og friktionskontrol

Friktionskontrol er en designbeslutning, ikke et valg af forbrugsvarer. Tilføjelse af et smøremiddel eller ændring af en belægning eller plettering ændrer drejningsmoment-spændingsforholdet i samlingen, og det specificerede tilspændingsmoment skal revurderes, når det sker - et tørgevindmomenttal overføres ikke til et smurt gevind, og at anvende en fast procentuel reduktion på det oprindelige tal er ikke en erstatning for genbestemmelse.

Hvilket smøremiddel eller belægning, der er acceptabelt, afhænger af servicemediet, temperaturen, materialerne i kontakt, galvaniske effekter og producentens godkendelse. To advarsler er værd at notere for marine arbejde: grafitbærende forbindelser kan fremme galvanisk korrosion af rustfrit stål og har også høje temperaturbegrænsninger, så deres brug skal retfærdiggøres snarere end antages; og et fedt, der tørrer ud, revner eller ikke væder overfladen, kan efterlade en lomme, hvor der samler sig vand, hvilket er en sprækketilstand i sig selv. Leverandørpåførte belægninger - voks-, PTFE- eller molybdæn-disulfidsystemer - bruges i vid udstrækning på rustfri fastgørelseselementer og er lettere at kontrollere i produktionen end smøremiddel påført på bænken. Der er ikke noget enkelt anti-seize produkt, der passer til alle led, og denne artikel anbefaler bevidst ikke et.

Moment, friktion og forspænding

Der er ikke noget universelt tilspændingsmomentbord til rustfri fastgørelseselementer, og årsagen er strukturel snarere end et hul i litteraturen. ISO 3506, det rustfrie fastgørelseselements egenskabsklassestandard, giver minimum brudmoment frem for tilspændingsmoment; offentliggjorte referencetabeller for rustfri fastgørelseselementer er beregnet ud fra angivne antagelser om overfladens tilstand og smøring og er beskrevet af deres udgivere som en vejledning snarere end en specifikation, med forsøg indikeret til kritiske anvendelser. Monteringsmomentet for en given samling skal derfor sættes i forhold til fastgørelseselementet, samlingsgeometrien og den friktionstilstand, der faktisk er angivet for det - og kontrolleres igen, når nogen af ​​disse ændres.

Hvornår skal man stoppe og undersøge

1. Stop, når modstanden stiger, før delene står ansigt til ansigt.Tilføj ikke drejningsmoment, og ræk ikke ud efter et slagværktøj til at drive fastgørelseselementet gennem forhindringen. Stigningen i modstand er information om leddet, ikke en hindring, der skal besejres.
2. Ryg fastgørelseselementet ud og se på begge tråde.Bemærk revet, udtværet eller overført metal, grus eller snavs, tørret sammensætning og korrosionsprodukter. Kontroller, om fastgørelseselementet startede vinkelret, og om delene var justeret.
3. Sorter resultatet i kategorierne ovenfor, og husk overlapningen.En beslaglagt samling, der har været i brug, er en anden sag end en fastgørelsesanordning, der satte sig fast under den første samling, og ingen af ​​dem fortæller dig på egen hånd, hvilket medlem af parret, der er ansvarlig.
4. Behandl de beskadigede dele som beskadigede.Ethvert fastgørelseselement eller ethvert legeme med skæve gevind bør vurderes i forhold til producentens vejledning og af kvalificeret personale. En tråd, der er blevet klædt, arkiveret eller på anden måde omarbejdet på stedet, bør ikke returneres til en kritisk bærende forbindelse.
5. Registrer hvad der blev fundet, med betingelserne.Friktionstilstanden, det anvendte værktøj og den anvendte hastighed, indstillingstilstanden og delnumrene er det, der lader den næste samling undgå det samme resultat. En hændelse uden denne rekord har en tendens til at blive gentaget på næste batch.

Hvad skal anføres i købs- og monteringsspecifikationen

Det meste af den ovenfor beskrevne risiko kan flyttes fra samlepladsen til et dokument. For rustfrit hardware med gevindforbindelser er disse elementer værd at optage:

• Gevindform, diameter, stigning og toleranceklasse, angivet for begge medlemmer af parret i stedet for for bolten alene.
• Materiale og ejendomsklasse for begge medlemmer, herunder hårdhedsforholdet mellem dem, hvor et led er kendt for at være følsomt for galning.
• Trådkvalitet og acceptkriterier— måle- eller inspektionsmetoden, renhedskravet og grat- og skadesgrænser, der er aftalt inden bestillingen afgives.
• Krav til emballering og håndteringder beskytter færdige tråde under transport, opbevaring og kitting.
• Den tilsigtede friktionstilstand: tør, pletteret, vokset eller coatet, hvilket smøremiddel eller belægning er godkendt, og hvem påfører det.
• Stramningsmetoden: kørselshastighed, sædemoment, rækkefølge og antal trin som defineret af samlingsspecifikationen, sammen med det grundlag, hvorpå drejningsmoment-forspændingsforholdet blev etableret.
• Sporbarhed, således at en beslaglagt samling kan spores tilbage til en batch og en specifikationsændring.

Intet af dette er en specifikation for en bestemt leverandør. Pointen er, at gevindkvalitet, renhed og friktionstilstand alle kan skrives ned og verificeres, og at det at lade dem være underforstået er det, der konverterer et almindeligt monteringsspørgsmål til et garantiargument.

Diskussion af gevindfastgørelseskrav

Hvis du specificerer eller køber rustfrit marineudstyr med gevindforbindelser, så send os komponenttegningen, den samling, den tilhører, og friktions- og drejningsmomentforholdene, som din specifikation definerer. Vi kan gennemgå tråd- og materialekravene op imod ansøgningen og diskutere, hvad der skal noteres på indkøbsordren, så samlingen opfører sig efter hensigten ved montage og ved næste service.