Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением
METHOD FOR EXECUTING FIELD JOINTS ON HIGH-STRENGTH BOLTS WITH CONTROLLED TENSION

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций, в частности, к выполнению монтажных соединений на болтах с контролируемым натяжением. Оно предназначено для выполнения болтовых соединений с одновременным контролем качества каждого болта.
Известен способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением [1], который заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают в соответствии с действующей документацией, а, затем, производят затяжку болтов. Заданное проектом натяжение болтов обеспечивают затяжкой гайки или вращением головки болта до расчетного момента закручивания, либо поворотом гайки на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения.
Существенным недостатком этого способа является отсутствие сплошного контроля качества болтового соединения, что, в ряде случаев, может привести к выходу болтового соединения из строя. Так, например, при возведении одного из высотных зданий комплекса "Москва-Сити" наблюдались случаи разрушения высокопрочных болтов в течение 3…30 дней с момента установки в проектное положение [2]. Такое разрушение происходит вследствие замедленного распространения трещины под действием статических нагрузок от затяжки болта.
Известен способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением [3], который заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают, а, затем, производят затяжку болтов, при которой заданное проектом натяжение болтов обеспечивают затяжкой гайки или вращением головки болта до расчетного момента закручивания, либо поворотом гайки на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения, отличающийся тем, что, перед окончательной затяжкой на болт, с использованием специальной смазки для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии, регистрируют сигналы акустической эмиссии в процессе и определенное время после окончательной затяжки, и, по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии, судят о качестве болтового соединения.
Существенным недостатком данного способа является то, что, проверка качества болта методом акустической эмиссии при заданном усилии натяжения, т.е. при рабочей нагрузке, в то время как в соответствии с руководящими документами [4, 5], для надежного выявления дефектов методом акустической эмиссии необходимо проводить контроль при испытательной нагрузке, которая должна превышать рабочую нагрузку не менее, чем на 5%-10%.
Сущность изобретения заключается в том, что для регистрации факта замедленного распространения трещины после затяжки болта используют такое явление, как акустическая эмиссия, т.е. регистрируют акустические колебания, возникающие в области вершины трещины при ее продвижении. Для регистрации сигналов акустической эмиссии на болтовое соединение перед затяжкой устанавливают специальный датчик - преобразователь сигналов акустической эмиссии (ПАЭ). Процесс затяжки разделяют на две стадии. На первой стадии в теле болта создают испытательные нагрузки на 5%-10% превышающие рабочие, делают выдержку, во время которой регистрируют сигналы акустической эмиссии. Если в процессе нагружения будет инициирован процесс замедленного распространения трещины, то возникающие вследствие этого сигналы акустической эмиссии могут быть зарегистрированы и распознаны, а болтовое соединение своевременно отбраковано. На второй стадии нагрузку на болт снижают до требуемого усилия натяжения и фиксируют гайкой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено болтовое соединение, где скрепляемые детали 1 собраны с помощью болта 2 и гайки 3, на свободный конец болта установлено нагружающее устройство 4, а на смазку 5, обеспечивающую акустический контакт, установлен ПАЭ 6, служащий для контроля отсутствия роста трещины.
После предварительной сборки соединения с помощью нагружающего устройства 4 на болт подают испытательную нагрузку на 5%-10% превышающую заданное усилие натяжения. При этом болт деформируется, как показано на фиг.2. При этой нагрузке производят выдержку, во время которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии. Длительность выдержки зависит от величины инкубационного периода для данного материала, во время которого роста трещины не происходит. Ее определяют во время предварительных испытаний материала болтов на трещиностойкость.
Если характер сигналов акустической эмиссии свидетельствует о распространении дефекта, то болт бракуют и заменяют на новый. Если дефектов не выявлено, нагрузку на болт снижают до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой 3, как показано на фиг.3, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством 4, не начнет снижаться.
После этого нагружающее устройство 4 и ПАЭ 6 снимают, с болта убирают остатки специальной смазки 5, получая готовое к эксплуатации болтовое соединение, представленное на фиг.4.
Сравнительный анализ показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа использованием следующих существенных признаков: контроль отсутствия замедленного разрушения болта осуществляют путем оценки сигналов акустической эмиссии при испытательных нагрузках, на 5%-10% превышающих заданное усилие натяжения; для создания испытательных нагрузок и более точного обеспечения заданного усилия натяжения используется специальное нагружающее устройство.
Технический результат, на достижение которого направленно заявленное изобретение, заключается в сплошном контроле каждого болта в болтовом соединении путем проведения контроля за ростом возможным ростом трещины с помощью регистрации сигналов акустической эмиссии при создании испытательных нагрузок на 5%-10% превышающих заданное усилие натяжения.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
Скрепляемые детали 1 собирают с помощью болта 2 и гайки 3. На свободный конец болта установлено нагружающее устройство 4, а на смазку 5, обеспечивающую акустический контакт, установлен ПАЭ 6, служащий для контроля отсутствия роста трещины.
После предварительной сборки соединения с помощью нагружающего устройства 4 на болт подают испытательную нагрузку на 5%-10% превышающую заданное усилие натяжения. При этой нагрузке производят выдержку, во время которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии. По характеру сигналов акустической эмиссии судят о годности болта. Если дефектов не выявлено, нагрузку на болт снижают до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой 3, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством 4, не начнет снижаться.
После этого нагружающее устройство 4 и ПАЭ 6 снимают, с болта убирают остатки специальной смазки 5, получая готовое к эксплуатации болтовое соединение.
Использование предлагаемого способа позволит обеспечить сплошной контроль болтов монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением.
Практическое применение способа позволит повысить безопасность эксплуатации объектов, элементы конструкции которых соединены с использованием высокопрочных болтов.