CC BY
37
Исследование прочностных характеристик высокопрочных болтов разрушающими и неразрушающими методами контроля Шаповалов Э. Л.1, Панфёрова О. Ю.2
'Шаповалов Эдуард Леонидович /Shapovalov Eduard Leonidovich — кандидат технических наук, доцент, кафедра проектирования зданий и строительных конструкций, Институт строительства, архитектуры и искусства, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова;
2Панфёрова Ольга Юрьевна /Panferova Olga Yurievna — инженер, ОАО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ», г. Магнитогорск
Аннотация: в статье анализируются сравнительные результаты измерений прочностных характеристик высокопрочных болтов переносным твердомером, который используется при проведении обследования конструкций с результатами, полученными при помощи стационарного твердомера и лабораторных испытаний на растяжение образцов из болтов данного вида. Ключевые слова: высокопрочный болт, прочность, твердость, твердомеры, механические свойства, растяжение.
Для определения технического состояния конструкций зданий и сооружений, имеющих болтовые соединения, необходимо знать расчетные параметры элементов, составляющих данные соединения. Традиционная методика определения прочностных характеристик металлоконструкций в лабораторных условиях предусматривает отбор проб металла и их последующие испытания. Однако основными недостатками этой методики является возможное ослабление элементов при отборе проб, высокая трудоемкость и временной фактор. Целью исследования твердости болтов с использованием портативных твердомеров было изучение возможности получения корректных результатов прочностных характеристик для оперативного подтверждения сертификатов на метизную продукцию, поставляемую на строительство, а также обследования в процессе эксплуатации, диагностики, ремонте и реконструкции зданий и сооружений. В настоящее время ввиду актуальности, организации, занимающиеся обследованием, в большей мере применяют неразрушающие методы контроля качества материалов конструкций, так как отпадает необходимость изготавливать образцы для лабораторных испытаний, а процесс обследования становится более оперативным.
В задачу исследования входило изучение параметров твердости высокопрочных болтов портативным и стационарным твердомерами и их сравнение с прочностными характеристиками стали болтов, полученными при испытании на растяжение. Для решения поставленных задач были выбраны распространенные в строительстве болты, используемые в соединениях ответственных конструкций. Высокопрочные болты М20, М24, М30 классов прочности 8.8 и 10.9 из стали 40Х «селект» (Рис. 1).
Определение механических свойств и химического состава болтов, а также сопротивлений регламентируется пунктами 8.4.6 и 8.4.7 [1].
Проведенное исследование химического состава с помощью эмиссионного спектрометра SPECTROMAX показало, что сталь всех проб соответствует марке 40X «селект» (Табл. 1).
Для изучения параметров твердости болтов применялись портативный твердомер ТЭМП-4 (динамический) и стационарный твердомер ТК-2М (Рис. 2).
Рис. 1. Болты М20, М24, М30
Маркировка пробы Массовая доля элементов, %
C Al Si Mn P S Cr Ni Cu V
М20 0,365 0,010 0,145 0,570 0,004 0,008 0,850 0,043 0,087 0,0015
М24 0,380 0,015 0,175 0,735 0,007 0,008 0,995 0,045 0,055 0,0021
М30 0,385 0,017 0,129 0,725 0,010 0,0095 1,00 0,040 0,050 0,0010
Для сравнительного анализа возможных вариантов при обследовании конструкций замеры проводились по шлифованной поверхности (шероховатость не более 2,5 Ra) и без такового, по головке и по телу стержня болта. Твёрдость измерялась по шкале Бринелля (НВ). Количество измерений соответствовало необходимому минимуму для обработки данных. Временное сопротивление аВ рассчитывалось по таблицам перевода чисел твердости [2] и DIN 50150. Предел текучести а0,2 определялся исходя из коэффициента использования прочности Ки (отношение предела текучести к временному сопротивлению) полученному при испытаниях болтовых образцов на растяжение (Табл. 2 и 3).
Сравнение результатов твердости со значениями сертификата качества на данные болты [3] показано в таблице 4.
Рис. 2. Замеры твердости приборами ТЭМП-4 и ТК-2М
Таблица 2. Результаты замеров твердости
Переносной твердомер ТЭМП-4
Болты Класс прочности Обработка поверхности НВ пВ , кгс/см2 п02, кгс/см2
По ГОСТ 22761-77 По DIN 50150
М20 8.8 Со шлифом 229,7 7791 7751 6388
Без обработки 236,1 7973 7943 6538
М 24 10.9 Со шлифом 308,4 10252 10432 9124
Без обработки 281,3 9359 9539 8329
М 30 10.9 Со шлифом 319,7 10640 10822 9682
Без обработки 318,6 10603 10779 9649
Таблица 3. Результаты замеров твердости
Стационарный твердомер ТК-2М
Болты Класс прочност и Место замера на болте HB пВ , кгс/см2 °0,2, кгс/см2
ГОСТ 2276177 DIN 50150
М 20 8.8 Головка 360,4 11993 12179 9834
Стержень - - - -
М 24 10.9 Головка 363,8 12110 12298 10778
Стержень 234 7906 7883 7036
М 30 10.9 Головка 386,2 12932 13086 11768
Стержень 294 9767 9920 8888
Болты (класс прочности) Твердость, НВ
ТЭМП-4 ТК-2М Сертификат (по ГОСТ Р52643 -2006)
М20 (8.8) 229,7 360,4 242 - 363
М24 (10.9) 308,4 363,8 331 - 388
М30 (10.9) 319,7 386,2 331 - 388
Определение механических свойств стали разрушающим методом контроля проводилось путем растяжения стандартных образцов, вырезанных из стержневой части высокопрочных болтов с помощью испытательной машины Shimadzuag-ic 300кН (Рис. 3).
Результаты сравнительных характеристик, полученных при испытаниях различными методами контроля, показаны в табл. 5 и на рис. 4.
Рис. 3. Образцы из болтов М20, М24, М30. Испытание на растяжение на машине Shimadzuag 300кН
Таблица 5. Результаты сравнительных характеристик
Болты Растяжение, кгс/см2 ТЭМП-4, кгс/см2 ТК-2М, кгс/см2
Об Оо,2 Об Оо,2 Об Оо,2
М20 11065 9073 7791 6388 11993 9834
М24 10244 9117 10252 9124 12110 10778
М30 10597 9663 10640 9682 12932 11768
Замеры твердости болтов переносным прибором ТЭМП-4 по шлифам и без показали, что шероховатость поверхности не оказывала существенного влияния на результаты, так как болты не были подвержены эксплуатационным воздействиям. Значения болтов М20 получились не корректными ввиду их малой величины и массы для измерений.
Результаты измерений стационарным твердомером ТК-2М оказались в пределах сертификационного интервала параметров твердости. Значения по телу стержня болта были ниже на 25-35 %, чем по головке.
Рис. 4. Сравнительная диаграмма прочностных характеристик болтов
Сравнение прочностных характеристик аВ и а02, полученных твердомерами по пересчету чисел с прямыми результатами, полученными при растяжении образцов, показало, что измерения переносным твердомером практически совпадают с данными испытаний на растяжение болтов М24 и М30. Стационарный твердомер показал значения выше на 18-20 %.
Проведенные исследования свойств высокопрочных болтов различными методами контроля подтвердили допустимость и корректность определения их прочностных характеристик в процессе обследования конструкций переносными твердомерами при условии предварительной корректировки прибора на сравнительных результатах прямых и косвенных значений.
Литература
СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений», - М.: ФГУП ЦПП Госстроя России, 2004. 25 с.
ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. 8 с. ГОСТ Р 52643-2006. Болты и гайки высокопрочные и шайбы для металлических конструкций. Общие технические условия. Издание официальное. М.: Стандартинформ, 2007. 15 с.
Исследование проблемы эффективной эксплуатации отечественной и зарубежной техники в АПК Бондарева Г. И.1, Орлов Б. Н.2
'Бондарева Галина Ивановна / Bondareva Galina Ivanovna — профессор; 2Орлов Борис Намсынович / Orlov Boris Namsynovich — профессор, Российский государственный аграрный университет Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева, г. Москва
Аннотация: наблюдается снижение объемов гидромелиоративного строительства, сельскохозяйственного производства и старение машинно-тракторного парка особенно актуальным становится проблема эффективного использования отечественной и зарубежной техники. Ключевые слова: эксплуатация, качество, надежность, техника.
Требования к технике непрерывно возрастают как к качеству, так и диапазону выполнения мелиоративных работ, сельскохозяйственных операций, повышению надежности и производительности. Это приводит к увеличению загруженности машин [1].
С другой стороны увеличение наработки на каждый агрегат приводит к увеличению отказов, а соответственно и времени пребывания машин и оборудования в ремонте, поэтому обеспечение
53
