W Andy Marine wierzymy, że praktyczna wiedza produkcyjna jest jednym z najcenniejszych aktywów budowanych z biegiem czasu.
W naszym warsztacie pracują inżynierowie, specjaliści ds. produkcji i doświadczeni technicy, którzy spędzili lata pracując ze sprzętem morskim ze stali nierdzewnej — od doboru materiałów i procesów odlewania po wykończenie i kontrolę jakości.
Wiele z tych spostrzeżeń zdobywa się podczas codziennego doświadczenia produkcyjnego: zrozumienie, dlaczego komponent ulega awarii, jak różne materiały sprawdzają się w środowisku morskim i jakie szczegóły są naprawdę ważne przy opracowywaniu niezawodnego sprzętu.
Jednak ta praktyczna wiedza jest często udostępniana wyłącznie w warsztacie i rzadko dociera do klientów podejmujących decyzje dotyczące zaopatrzenia i inżynierii.
ROZMOWY INŻYNIERÓW to nasz wysiłek, aby organizować te rozmowy i dzielić się doświadczeniami w produkcji sprzętu morskiego.
W tej serii omawiamy materiały, procesy produkcyjne, rozważania projektowe i wnioski z życia codziennego z perspektywy producenta sprzętu morskiego.
Dzisiejsze ENGINEER TALKS, odcinek 26, jest prezentowany przez Inżyniera Li, napisany przeze mnie, redaktora.
Kiedy opór wzrasta, użytecznym posunięciem jest zatrzymanie się
Łącznik ze stali nierdzewnej, który obraca się swobodnie przez pierwszą część swojego skoku, a następnie staje się coraz trudniejszy do dokręcenia, mówi coś o połączeniu, a nie o zastosowanym dotychczas momencie obrotowym. Instynkt narzędzia polega na dodaniu siły i osadzeniu łącznika. Jest to moment, w którym niewielki dodatkowy wkład może zamienić marginalny zespół w zatarty lub element złączny, którego nie da się usunąć podczas następnego serwisu.
Niewygodną częścią zatarcia gwintu jest to, że nie jest ono sygnalizowane w certyfikacie kontroli. Elementy złączne ze stali nierdzewnej, które przejdą pomyślnie kontrolę kształtu gwintu, materiału i właściwości mechanicznych, mogą nadal nie działać razem jako para. Zacieranie zwykle nie jest wadą leżącą na ławce i czekającą na pomiar; jest to stan powstały podczas montażu pomiędzy dwiema powierzchniami, z których każda osobno była akceptowalna.
Zatem użyteczną reakcją na rosnący opór jest decyzja, a nie liczba: zatrzymaj się, przeczytaj dowody, a następnie zdecyduj, czy połączenie powinno zostać ponownie zmontowane, przerobione lub dobrane na nowo. Przed podjęciem tej decyzji warto wiedzieć, który z kilku raczej różnych schorzeń ma na myśli, ponieważ nie wszystkie wymagają tego samego działania.
Cztery warunki, które przedstawiają się jako „nie obróci się”
Zacieranie jest często używane jako ogólne określenie każdego gwintu ze stali nierdzewnej, który przestaje się obracać. Co najmniej cztery warunki występują w narzędziu w podobny sposób i wskazują w różnych kierunkach:
| Co pokazuje narzędzie i części | Najpierw sprawdź | Czego nie dowodzi | Następny krok |
|---|---|---|---|
| Opór gwałtownie rośnie w połowie dokręcania, z rozdartym, rozmazanym lub przeniesionym metalem na bokach | Wyrównanie i czy stan tarcia jest zgodny ze specyfikacją zespołu | Że klasa jest niewłaściwa lub element złączny jest uszkodzony | Zatrzymaj się, wycofaj element mocujący i przede wszystkim sprawdź obydwa gwinty |
| Gwint, który nie został prawidłowo wprowadzony od pierwszego zwoju, z wyraźnie przesuniętym kontaktem bocznym | Czy element mocujący został rozpoczęty prostopadle do otworu | Że wina leży po stronie materiału | Usuń element mocujący, wyczyść gwinty prowadzące i uruchom ponownie określoną metodę |
| Piasek, gruz lub wysuszona mieszanka osadzona pomiędzy gwintami | Czystość gwintu i środowisko montażu | Że wspólny projekt lub materiał jest nieprawidłowy | Oczyść oba gwinty i zmontuj ponownie zgodnie ze specyfikacją |
| Element złączny, który po zamontowaniu obraca się swobodnie i nie rozpada się później, z obecnością produktów korozji wokół złącza | Czy zespół był eksploatowany i jakie osady występują | Która z tych dwóch części jest odpowiedzialna | Potraktuj go jako zatarty zespół i oceń go przed zastosowaniem dalszej siły |
Kategorie te w praktyce nakładają się na siebie. Zanieczyszczenia w gwintach nie znikają, ponieważ części również są nieco przesunięte, a zanieczyszczenie jest często raczej prekursorem zatarcia niż odrębnym wyjaśnieniem. Kategoria stanowi kierunek dochodzenia, a nie diagnozę i nie mówi, czy złącze można bezpiecznie ponownie uruchomić.
Co się właściwie dzieje: zużycie kleju, które samo przyspiesza
Zatarcie jest formą silnego zużycia adhezyjnego. Dwie metalowe powierzchnie będące w ruchu względnym stykają się tylko w swoich najwyższych punktach — chropowatości — a gdy gwint jest dokręcany, te punkty styku są jednocześnie obciążane i wprawiane w ruch. Warstwa tlenku chromu, która utrzymuje stal nierdzewną w stanie biernym, jest cienka i szybko odkształca się na powietrzu, ale przesuwając się, ścina ją w punktach styku i odsłania goły metal pod spodem. Jeżeli nacisk kontaktowy i towarzyszące mu ciepło tarcia są wystarczające, odsłonięty metal może być spawany w fazie stałej, bez topienia w masie.
Konsekwencją nie jest delikatny wzrost tarcia. Połączenia spawane są często mocniejsze od metalu rodzimego po obu stronach, zatem w miarę obracania się gwintu dochodzi do uszkodzenia wewnątrz słabszego metalu rodzimego: materiał jest wyrywany z jednej powierzchni i przenoszony na drugą. Przeniesione grudki są twardsze niż powierzchnia, z której pochodzą. Ocierają przeciwległy bok, niszczą jego warstwę tlenkową, zwiększają lokalne ciśnienie i tworzą nowe punkty styku, które z kolei mogą się zespawać. Uszkodzenia nasilają się same, dlatego zacieranie zwykle objawia się nagłą zmianą narzędzia, a nie stopniowym ostrzeżeniem.
Nierówności w prawdziwym kontakcie - stykają się tylko najwyższe punkty boków
Przesuwanie powoduje przecięcie ochronnej warstwy tlenku i odsłonięcie gołego metalu
Lokalne ciśnienie plus ciepło tarcia zgrzewa odsłonięty metal (faza stała)
Spoina jest mocniejsza niż metal macierzysty: metal jest wyrywany i przenoszony
Przeniesione grudki zdrapują przeciwległy bok – bardziej szorstki, gorętszy, pod większym ciśnieniem
Więcej gołego metalu, więcej spawania: cykl przyspiesza
Następują dwie praktyczne konsekwencje. Po pierwsze, gdy dokręcanie kontrolowane jest momentem obrotowym, rosnący współczynnik tarcia oznacza, że uzyskany moment obrotowy nie odpowiada już zamierzonemu obciążeniu zacisku: złącze może wyglądać na zaciśnięte, podczas gdy jego napięcie wstępne jest niższe od zakładanego w projekcie. Po drugie, w skrajnym przypadku opór dalszego obrotu może przekroczyć wytrzymałość na skręcanie gwintu zewnętrznego i element mocujący zamiast dotrzeć do gniazda, nie poddaje się skręcaniu. Dlatego odczyt momentu obrotowego, który osiąga wartość docelową, sam w sobie nie jest dowodem na to, że złącze jest prawidłowo naprężone.
Dlaczego gwinty ze stali austenitycznej są zwykle stosowane
Większość irytujących skarg dotyczy obu elementów tej pary wykonanych ze stali nierdzewnej serii 300, a przyczyna nie jest tajemnicza. Austenityczne stale nierdzewne są stosunkowo miękkie i plastyczne, ich warstwa pasywna jest cienka i łatwa do ścinania podczas ślizgania, a także odprowadzają ciepło tarcia trudniej niż stal węglowa, jednocześnie generując większe tarcie. Co więcej, materiały tego samego rodzaju i tej samej twardości są na ogół bardziej podatne na zacieranie niż materiały odmienne – a śruba 316 w gwintowanym korpusie 316 jest dokładnie taką parą. Wykończenie lub powłoka na jednym z elementów ma tendencję do działania w przeciwnym kierunku.
Wybór materiału jest uzasadnioną częścią odpowiedzi, ale nie jest wyszukiwaniem. Ogólnie mówi się, że gatunki o wyższej twardości są lepiej odporne na zacieranie, a mikrostruktury z więcej niż jedną fazą lub z rozproszonymi węglikami, azotkami lub siarczkami zmniejszają spawanie na zimno pomiędzy powierzchniami ślizgowymi – w każdym przypadku pod warunkiem, że odporność na korozję jest zgodna ze środowiskiem pracy, które w przypadku prac morskich jest ograniczeniem, które zwykle decyduje o pytaniu. Gatunki do obróbki swobodnej ilustrują tę branżę: zawarte w nich wtrącenia siarczkowe działają jak stały smar w kontakcie ślizgowym, a ich odporność na korozję należy oceniać osobno.
Dopasowywanie klas jest czasami przedstawiane jako lekarstwo na irytację. Często przytaczany przykład — śruba 304 i nakrętka 316 — nie jest niezawodny, ponieważ różnica twardości między nimi niekoniecznie jest na tyle duża, aby zmienić wynik. Klasę właściwości podaje się w ten sam sposób i w tym przypadku raporty nie są zgodne: niektóre prace wskazują, że elementy złączne wyższej klasy 80 są bardziej odporne na zacieranie niż elementy złączne klasy 70, podczas gdy inne raporty utrzymują, że związana z tym praca na zimno zwiększa ryzyko. Ponieważ opublikowane dowody wskazują na dwa kierunki, ani dobór gatunków, ani klasa właściwości nie stanowią podstawy do wyboru elementu złącznego wyłącznie na podstawie odporności na zacieranie. Jeżeli kwestia ma kluczowe znaczenie dla złącza, należy ją uwzględnić w specyfikacji i można ją rozstrzygnąć w drodze prób na rzeczywistym montażu.
Zmienne, które możesz kontrolować
Wybór gatunku odbywa się za pomocą jednej dźwigni i zwykle najmniej ruchomej, gdy produkt jest już w produkcji. Poniższe zmienne zależą od funkcji produkcyjnych, zakupowych i montażowych i to w nich można wyeliminować większość ryzyka.
Jakość nici i zadziory
Powszechnie uważa się, że gwinty walcowane są mniej podatne na zatarcie niż gwinty obrobione maszynowo lub skrawane, ponieważ powierzchnia jest gładsza, a przepływ ziaren podąża za kształtem gwintu, a nie jest przecinany w poprzek – chociaż co najmniej jedno źródło surowca ze stali nierdzewnej kwestionuje korzyści płynące z formowania na zimno w materiale serii 300, jest to zatem zgłaszana tendencja, a nie ustalona zasada i nie zastępuje oceny faktycznej awarii.
Bardziej spójna w przypadku różnych źródeł jest rola uszkodzeń i geometrii. Nacięcia, wgniecenia, szwy, zakładki materiału i zadziory tworzą najwyższe punkty rozpoczynające cykl, dlatego też gwint z widocznym uszkodzeniem lub taki, który nie przekracza dopuszczalnej granicy luzowania, jest sygnałem ostrzegawczym: wcisk powoduje zwiększenie momentu obrotowego z przodu krzywej dokręcania, a uszkodzona geometria może zacząć się zacierać w pobliżu. Drobne gwinty są łatwiejsze do nacięcia w obsłudze i wymagają większego obrotu przy tym samym obciążeniu zacisku, dlatego są ogólnie traktowane jako bardziej podatne na zatarcie niż grube gwinty. Wykończenie powierzchni ma również znaczenie po obu stronach: wykończenia, które są zbyt gładkie, i wykończenia, które są nadmiernie szorstkie, są uznawane za mniej korzystne niż kontrolowane wykończenie średniej klasy.
Obsługa i opakowanie to temat na ten sam temat. Ciężkie elementy złączne ze stali nierdzewnej wrzucone lub wrzucone razem do pojemnika mają wyszczerbione gwinty, a nacięcie jest bodźcem powodującym zacieranie. Kontrole przychodzące, które kupujący może przeprowadzić, są proste: przetrzyj nić szmatką i zaobserwuj, czy się zaczepia, zbadaj bok pod małym powiększeniem, potwierdź czystość oraz zastosuj miernik i kryteria akceptacji określone w specyfikacji zakupu, a nie improwizowanym standardzie.
Wyrównanie i sposób uruchamiania łącznika
Przed ostatecznym dokręceniem części współpracujące należy ustawić w jednej linii tak, jak pozwala na to montaż. W przypadku słabego wyrównania kontakt boczny ogranicza się do dwóch małych łuków po przeciwnych stronach gwintu, więc ta sama praca dokręcająca koncentruje się na ułamku zamierzonej powierzchni styku, co powoduje odpowiedni wzrost lokalnej temperatury i ciśnienia. Ręczne uruchomienie łącznika, aby upewnić się, że jest prawidłowo zamocowane, przed użyciem jakiegokolwiek elektronarzędzia, zapobiega osadzaniu się tego stanu już przy pierwszym obrocie. To, czy do połączenia stosu części można zastosować gwint i jak rozpocząć łącznik, należy do specyfikacji montażu; powodem istnienia tych elementów jest właśnie opisana geometria styku.
Szybkość montażu i ciepło tarcia
Większość pracy włożonej w połączenie gwintowe idzie na pokonanie tarcia, a nie na obciążenie zacisku, a na bokach energia ta jest odkładana w małej objętości metalu. Większa część łącznika może pozostać chłodna, podczas gdy obciążona powierzchnia boczna nagrzewa się znacznie bardziej niż cała część, a większa prędkość montażu zwiększa zarówno wytwarzane ciepło, jak i ryzyko nadmiernego dokręcenia. Jest to podstawa standardowych porad warsztatowych, aby wkręcać elementy złączne ze stali nierdzewnej wolniej niż elementy złączne ze stali węglowej tego samego rozmiaru i zwracać uwagę na moment dokręcenia, a nie na zegar. Funkcje blokujące zasługują na tę samą uwagę: elementy przeważającego momentu obrotowego zwiększają obciążenie osiowe w momencie sprzęgania, co powoduje dodatkową pracę z przodu krzywej dokręcania i zmienia stan tarcia złącza.
Zatwierdzone smarowanie i kontrola tarcia
Kontrola tarcia to decyzja projektowa, a nie wybór materiałów eksploatacyjnych. Dodanie smaru lub zmiana powłoki lub poszycia zmienia stosunek momentu obrotowego do napięcia złącza, a określony moment dokręcania musi zostać ponownie oceniony za każdym razem, gdy to nastąpi — wartość momentu obrotowego suchego gwintu nie przenosi się na nasmarowany gwint, a zastosowanie stałego procentowego zmniejszenia pierwotnej wartości nie zastępuje jego ponownego określenia.
To, który smar lub powłoka jest akceptowalna, zależy od medium roboczego, temperatury, stykających się materiałów, efektów galwanicznych i zatwierdzenia producenta elementu złącznego. W przypadku prac morskich warto zwrócić uwagę na dwie przestrogi: związki zawierające grafit mogą sprzyjać korozji galwanicznej stali nierdzewnej, a także mają ograniczenia związane z wysoką temperaturą, dlatego ich stosowanie należy raczej uzasadnić niż zakładać; a tłuszcz, który wysycha, pęka lub nie zwilża powierzchni, może pozostawić kieszeń, w której gromadzi się woda, co samo w sobie jest przyczyną szczeliny. Powłoki nakładane przez dostawców — wosk, PTFE lub systemy dwusiarczku molibdenu — są powszechnie stosowane na elementach złącznych ze stali nierdzewnej i są łatwiejsze do kontrolowania podczas produkcji niż smary nakładane na stanowisku pracy. Nie ma jednego produktu przeciwzatarciowego, który byłby odpowiedni dla każdego stawu, a w tym artykule celowo go nie zalecamy.
Moment obrotowy, tarcie i napięcie wstępne
Nie ma uniwersalnej tabeli momentu dokręcania dla elementów złącznych ze stali nierdzewnej, a powód jest raczej konstrukcyjny, a nie luka w literaturze. ISO 3506, norma dotycząca klasy właściwości elementów złącznych ze stali nierdzewnej, podaje minimalny moment zrywający, a nie moment dokręcający; opublikowane tabele referencyjne dla elementów złącznych ze stali nierdzewnej są obliczane na podstawie ustalonych założeń dotyczących stanu powierzchni i smarowania, a ich wydawcy opisują je jako wytyczne, a nie specyfikację, ze wskazaniem prób dla zastosowań krytycznych. Dlatego moment montażowy danego złącza należy ustalić w odniesieniu do łącznika, geometrii złącza i faktycznie określonego dla niego stanu tarcia – i ponownie sprawdzić, gdy którakolwiek z tych zmian ulegnie zmianie.
Kiedy się zatrzymać i zbadać
- Zatrzymaj się, gdy opór wzrośnie, zanim części zetkną się ze sobą.Nie zwiększaj momentu obrotowego i nie sięgaj po narzędzie udarowe, aby wbić łącznik przez przeszkodę. Wzrost oporu jest informacją o stawie, a nie przeszkodą do pokonania.
- Wysuń element mocujący i spójrz na oba gwinty.Zwróć uwagę na podarty, rozmazany lub przeniesiony metal, piasek lub gruz, wysuszone związki i produkty korozji. Sprawdź, czy element mocujący zaczął się prosto i czy części zostały wyrównane.
- Posortuj wyniki według powyższych kategorii i pamiętaj o nakładaniu się.Zablokowany zespół, który był w użyciu, to inny przypadek niż element złączny, który zaciął się podczas pierwszego montażu i żaden z nich sam w sobie nie informuje, który element pary jest odpowiedzialny.
- Uszkodzone części traktować jako uszkodzone.Każdy element złączny lub korpus z zatartymi gwintami powinien zostać oceniony zgodnie z wytycznymi producenta i przez wykwalifikowany personel. Gwintu, który został obrobiony, spiłowany lub w inny sposób przerobiony na miejscu, nie należy ponownie podłączać do krytycznego połączenia nośnego.
- Zapisz, co zostało znalezione, wraz z warunkami.Stan tarcia, użyte narzędzia i prędkość, stan wyrównania i numery części pozwalają uniknąć tego samego rezultatu przy następnym montażu. Irytujące wydarzenie bez tego zapisu ma tendencję do powtarzania się w następnej partii.
Co umieścić w specyfikacji zakupu i montażu
Większość ryzyka opisanego powyżej można przenieść z pola montażowego do dokumentu. W przypadku okuć ze stali nierdzewnej z połączeniami gwintowanymi warto zanotować następujące elementy:
- Kształt gwintu, średnica, skok i klasa tolerancji, podane w odniesieniu do obu elementów pary, a nie samej śruby.
- Klasa materiału i właściwości obu prętów, łącznie z zależnością twardości pomiędzy nimi, jeżeli wiadomo, że złącze jest podatne na zacieranie.
- Jakość nici i kryteria akceptacji— miernik lub metodę kontroli, wymagania dotyczące czystości oraz limity zadziorów i uszkodzeń uzgodnione przed złożeniem zamówienia.
- Wymagania dotyczące pakowania i obsługiktóre chronią gotowe gwinty podczas transportu, przechowywania i montażu.
- Zamierzony stan tarcia: suche, platerowane, woskowane lub powlekane, jaki smar lub powłoka jest dopuszczona i kto ją stosuje.
- Metoda dokręcania: prędkość napędu, moment osadzania, kolejność i liczba etapów zgodnie ze specyfikacją zespołu, wraz z podstawą, na której ustalono zależność momentu obrotowego od napięcia wstępnego.
- Identyfikowalność, tak aby zajęty zespół mógł zostać prześledzony aż do partii i zmiany specyfikacji.
Żadna z powyższych informacji nie jest specyfikacją dla konkretnego dostawcy. Rzecz w tym, że jakość gwintu, czystość i stan tarcia można spisać i zweryfikować, a pozostawienie ich w domysłach powoduje, że zwykłe pytanie dotyczące montażu staje się argumentem gwarancyjnym.
Omówienie wymagań dotyczących mocowania gwintowanego
Jeśli określasz lub zaopatrujesz się w sprzęt morski ze stali nierdzewnej z połączeniami gwintowanymi, prześlij nam rysunek komponentu, zespół, do którego należy, oraz warunki tarcia i momentu obrotowego określone w specyfikacji. Możemy sprawdzić gwint i wymagania materiałowe pod kątem zastosowania i omówić, co należy zapisać w zamówieniu, aby złącze zachowywało się zgodnie z przeznaczeniem podczas montażu i następnego serwisu.
