CC BY
19
УДК 658.56:621
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-9-14
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТОВ
Д.Н. Хамханова, М.Т. Хадыков, А.Д. Грешилов
В статье приведены данные контроля на растяжение и ударную вязкость высокопрочных болтов, изготовленных из стали марки 40 Х «Селект». На основе статистических данных построена карта кумулятивных сумм. Показано, что применение карты кумулятивных сумм при контроле качества высокопрочных болтов позволяет выявить своевременно разладку технологического процесса и обоснована необходимость внедрения более чувствительных к разладке технологического процесса статистических методов контроля на основе карт кумулятивных сумм.
Ключевые слова: высокопрочные болты, контроль, испытание, растяжение, относительное сужение, ударная вязкость.
Проблема обеспечения качества продукции извечна. Обеспечение качества продукции требует постоянного контроля выпускаемой продукции. Особенно это касается особо ответственных деталей. Высокопрочные болты можно отнести к особо ответственным деталям, так как они применяются при строительстве различных развлекательно-спортивных комплексов, стадионов, мостов и от их характеристик зависит качество функционирования этих объектов и безопасность конструкции. Производство высокопрочных болтов осуществляется на многих предприятиях и гарантией их качества является сертификат соответствия, в котором декларируется их соответствие требованиям нормативных документов. Поскольку в сертификатах указывается только соответствие требованиям нормативных документов, то большой интерес для потребителей представляет значения механических характеристик болтов, выпускаемых отечественными производителями.
Краткий обзор литературных источников, посвященных исследованию/определению механических характеристик высокопрочных болтов показывает, что в основном они посвящены испытанию болтов на твердость, на разрыв болтов на косой шайбе и на ударную вязкость [1,2]. Между тем для высокопрочных болтов, применяемых при строительстве мостовых конструкции, очень важна такая характеристика, как относительное удлинение, так как мосты постоянно подвергаются вибрации. С другой стороны, для своевременного выявления разладки технологического процесса на предприятиях внедряются статистические методы контроля. Как известно, статистическое регулирование технологического процесса осуществляют с помощью контрольных карт и, к сожалению, нет формализованного способа выбора типа контрольных карт. В большинстве случаев применяются карты Шухарта, но карты Шухарта менее чувствительны к разладке технологического процесса чем карты кумулятивных сумм (Сшит-карты) [6].
Поэтому возникает актуальная задача внедрения статистических методов контроля на основе более чувствительных к разладке технологических процессов кар кум-мулятивных сумм.
Материалы и методы. Объектом контроля являлись высокопрочные болты М22х70, М22х80,М22х90, М22х110 из конструкционной легированной стали марки 40 Х «Селект» ГОСТ 4543-2016. Высокое содержание хрома придает материалу антикоррозийную стойкость и позволяет испытывать повышенные нагрузки без структурных разрушений. Изделия изготовленные из этой марки стали устойчивы к температурным перепадам, очень твердые и прочные.
Испытания на растяжение (относительное удлинение после разрыва, относительное сужение после разрыва) проводились по ГОСТ 1497 [3] на разрывной машине для статических испытаний Р-50.
Испытания на ударную вязкость проводилось по ГОСТ 9454 [4] на маятниковом копре типа ИО 5003-03.
Результаты и обсуждения. В табл. 1 представлены площади поперечного сечения и длины образцов, подвергаемых испытанию и результаты испытаний на растяжение.
Как видно из табл. 1 относительное удлинение и сужение образцов из различных плавок значительно превышают допустимое значение, что характеризует качество выпускаемых болтов.
Таблица 1
Результаты испытаний на растяжение__
Номер плавки Типоразмер болта Номер образца Площадь поперечного сечения, мм2 Длина, мм Относительное удлинение, % Допустимое значение относительного удлинения, % [5] Относительное сужение, % Допустимое значение относительного сужения, % [5]
1 6,4 59,9 20 59
2 6,9 56,1 12 52
01 М22Х70 3 6,3 60,2 20 60
4 6,5 59,9 20 58
5 6,3 6,3 20 60
1 6,7 56 12 55
2 6,9 57,5 15 59
02 М22х80 3 6,6 57,8 15,5 57
4 6,7 57,1 14 55
5 6,6 57,3 14,5 Не менее 8 57 Не менее 35
1 6,5 56,6 13 56
2 6,9 56,7 13 50
03 М22х90 3 6,7 56,8 13,5 53
4 7,2 54,7 9 46
5 6,7 56,2 12 53
1 6,3 57,7 15,5 60
2 7,0 56 12 51
04 М22х110 3 6,1 57,9 16 63
4 6,3 57,8 15,5 60
5 6,2 57,9 16 62
Результаты испытаний высокопрочных болтов на ударный изгиб представлены в табл. 2. Также видно из табл. 2, что болты М22х70, М22х80, М22х90 и М22х110 удовлетворяют требованиямГОСТ Р 53664-2009, предъявляемым к высокопрочным болтам для мостостроения. Полученные значения ударной вязкости превышают допустимые значения в 1,5-2 раза, что говорит о высоких прочностных характеристиках.
По результатам испытаний болтов на относительное удлинение и ударную вязкость производства «Улан-Удэстальмост» можно делать вывод, что качество выпускаемой продукции находится в допустимых пределах. Но для анализа точности и стабильности технологического процесса производства болтов необходимо использовать методы статистического регулирования.
Рассмотрим состояние технологического процесса по результатам испытаний на растяжение с помощью карты кумулятивных сумм [7]. Для этого в качестве опорного значения примем среднее арифметическое относительного удлинения х = 14,93% и среднее квадратическое значение - 5 = 3,13 по результатам предыдущего кон-троля.Результаты испытаний болтов за последующие дни и табличное вычисление для карты кумулятивных сумм занесены в табл. 3.
Для принятия решений на основе Cusum-карта выбрана усеченная V - маска, разрешающие линии которой зависят от среднего квадратического отклонения S и определяются как 55 = +15,65и 105 = +31,3.
На рис. 2 приведена усеченная V - маска, построенная по нашим
данным.
Таблица 2
Результаты испытаний на ударный изгиб
Номер плав- Типоразмер Номер образ- Температура Ударная вяз- Допустимое значение
ки болта ца испытаний, 0С кость, Дж/см2 ударной вязкости, Дж/см2
1 (20 ± 5)0С 123,56
2 (20 ± 5)0С 64,72
01 М22Х70 3 (20 ± 5)0С 50,99
4 (20 ± 5)0С 88,25
5 (20 ± 5)0С 97,08
1 (20 ± 5)0С 83,35
2 (20 ± 5)0С 109,83
02 М22х80 3 (20 ± 5)0С 139,25
4 (20 ± 5)0С 102,96
5 (20 ± 5)0С 94,14 Не менее 49
1 (20 ± 5)0С 62,76 при КСи до -40 0С
2 (20 ± 5)0С 54,91
03 М22х90 3 (20 ± 5)0С 99,05
4 (20 ± 5)0С 86,29
5 (20 ± 5)0С 52,95
1 (20 ± 5)0С 52,95
2 (20 ± 5)0С 67,66
04 М22х110 3 (20 ± 5)0С 60,80
4 (20 ± 5)0С 78,45
5 (20 ± 5)0С 71,58
Таблица 3
Табличное представление вычислений для стит-карты на основе
последовательности измерений относительного удлинения
Типоразмер болта Относительное удлинение, % Относительное удлинение - 14,93 % Сшит -карта Типоразмер болта Относительное удлинение, % Относительное удлинение - 14,93 % Сшит -карта
М22х70 11 -3,93 -3,93 М22х70 15 0,07 0,07
12,5 -2,43 -6,36 11 -3,93 -3,86
15 0,07 -6,29 10 -4,93 -8,79
14 -0,93 -7,22 11,5 -3,43 -12,22
13 -1,93 -9,15 14 -0,93 -13,15
М22х70 14 -0,93 -10,08 М22х60 12,5 -2,43 -15,58
19 4,07 -6,01 15 0,07 -15,51
16 1,07 -4,94 14 -0,93 -16,44
14 -0,93 -5,87 15 0,07 -16,37
14 -0,93 -6,8 15 0,07 -16,3
М22х70 18 3,07 -3,73 М22х90 16 1,07 -15,23
16 1,07 -2,66 16 1,07 -14,16
15 0,07 -2,59 14 -0,93 -15,09
15 0,07 -2,52 14 -0,93 -16,02
16,5 1,57 -0,95 16 1,07 -14,95
М22х70 17 2,07 1,12 М22х80 16 1,07 -13,88
16 1,07 2,19 7,6 -7,33 -21,21
15,5 0,57 2,76 13 -1,93 -23,14
16 1,07 3,83 7,8 -7,13 -30,27
16 1,07 4,9 15,5 0,57 -29,7
На рис. 1 представлена Сшит-карта. Из рис. 2 видно, что произошел сдвиг карты вниз и поэтому для интерпретации карты кумулятивных сумм и принятия решений выберем нижнюю половину усеченной V- маски и наложим на Сшит-карту (рис. 3).
На рис. 3 четко видно, что, начиная с 37 изделия идет разладка технологического процесса относительно среднего процесса, хотя если судить по данным табл. 2 относительное удлинение находится в допустимых пределах, то есть не менее 8 %.
ы 2 10
2
> и 5
е
ы 0
н
в
и т -5
к
л
> -10
>
XI -15
-20
-25
-30
0 1
0 20 30 40 5!
№ болтов
Рис. 1. Cusurn-карта
31,3
15,65
> -20 ■XL
-30 -40
_1 -12 65
-31,3
ы 2 10
2 5
>
и
е 0
ы
н
в и -5
т
к л -10
>
-15
>
-20
-25
-30
разрешающая линия 1
Разрешающая линия 2
Интервалы наблюдений
Рис. 2. Усеченная V — маска
0 1 0 20 30 4 0 5
№ болтов
Рис. 3. Cusurn-карта с усеченной V — маской
Выводы. Применение карт кумулятивных сумм позволяет своевременно выявить начало разладки технологического процесса, что позволяет проводить профилактические и иные работы во избежание бракованной продукции.
Список литературы
1. Горицкий В.М., Гусева И.А., Сотсков Н.И. Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12.9, изготовленных различными производителями // Крепеж, клеи и инструмент. №2(44), 2013. [Электронный ресурс] URL:
www.astinfo.ru/pages/po_stranicam_zhurnala/2_44_2013/sravnenie_kachestva_vysokoproch nyh boltov klassa prochnosti 129 izgotovlennyh razlichnymi proizvoditelyami (дата обращения: 10.02.2022).
2. Шаповалов Э.Л., Панфёрова О.Ю. Исследование прочностных характеристик высокопрочных болтов разрушающими и неразрушающими методами контроля// Наука, техника и образование. 2017. № 7(25) С. 50-53.
3. ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84). Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: Стандартинформ, 2008. 26 с.
4. ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. М., 1988. 12 с.
5. ГОСТ Р 53664-2009. Болты высокопрочные цилиндрические и конические для мостостроения. Гайкиишайбыкним. Техническиеусловия. М.: Стандартинформ, 2011. 20 с.
6. ГОСТ Р ИСО 7870-4-2013. Статистические методы. Контрольные карты. Часть 4. Карты кумулятивных сумм. М.: Стандартинформ, 2021. 56 с.
Хамханова Дарима Нимбуевна, д-р техн. наук, доцент, darima-1956@yandex.ru, Россия, Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления,
Хадыков Михаил Томович, канд. техн. наук, доцент, khadykovmihail@yandex.ru, Россия, Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления,
Грешилов Анатолий Дмитрич, канд. тех. наук, доцент, agreshilov@,mail.ru, Россия, Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
QUALITY CONTROL OF HIGH STRENGTH BOLTS D.N. Khamkhanova, M.T. Khadykov, A.D. Greshilov
The article presents the data of control on tension and impact strength of high-strength bolts made of steel grade 40 X "Select".On the basis of statistical data, a map of cumulative amounts was constructed..It is shown that the use of the cumulative sums map in quality control of high-strength bolts makes it possible to timely identify the discord of the technological process.Also, this article provides a justification for the need to introduce statistical methods of control that are more sensitive to the disruption of the technological process based on cumulative sum maps.
Key words: high-strength bolts, control, testing, tension, relative narrowing, impact
strength.
Khamkhanova Darima Nimbuevna, doctor of technical science, docent, darima-1956@yandex.ru, Russia, Ulan-Ude, East Siberian State University of Technology and Management,
Mikhail Tomovich Khadykov, candidate of technical sciences, docent, khadykovmihail@yandex.ru, Russia, Ulan-Ude, East Siberian State University of Technology and Management,
Greshilov Anatoly Dmitrich, candidate of technical sciences, docent, khadykovmihail@yandex.ru, Russia, Ulan-Ude, East Siberian State University of Technology and Management
