варка высокопрочных болтов

Когда говорят о варке высокопрочных болтов, многие сразу представляют себе обычную сварку, только на крепеже. Это в корне неверно и опасно. Речь идет о специфической термической операции в процессе изготовления, и если ее провести неправильно, можно получить красивую, но абсолютно бесполезную, а то и опасную деталь. Потеря прочности, хрупкость, внутренние напряжения — вот что получается на выходе при кустарном подходе. Я не раз сталкивался с последствиями, когда на объекте болт, прошедший ?варку? у непрофессионала, лопался не под нагрузкой, а почти что в руках.

Что на самом деле скрывается за термином

В профессиональной среде под варкой высокопрочных болтов обычно подразумевают не дуговую сварку, а процесс термоупрочнения — закалку и отпуск. Это критически важный этап для получения класса прочности 8.8, 10.9 и выше. Суть в том, чтобы после формовки нагреть болт до определенной аустенитной температуры, затем резко охладить (закалить) и после этого провести отпуск для снятия внутренних напряжений и придания нужного сочетания прочности и пластичности.

Здесь кроется первый подводный камень — температура. Для каждой марки стали, для каждого диаметра — свой режим. Перегрел на 20-30 градусов — пошла пережог, зерно стало крупным, металл ?ватным?. Недогрел — не прошла полная фазовая перекристаллизация, нужная твердость не достигается. Опытный технолог всегда смотрит не только на показания пирометра, но и на цвет побежалости, особенно при отпуске. Прибор может сбоить, а металл не обманет.

Еще один нюанс — среда охлаждения. Вода, масло, полимерные раствры. Для болтов из среднеуглеродистых сталей часто используют масло, чтобы избежать трещин. Но тут важно и качество масла, и его температура. Холодное масло дает большую твердость, но и больше риск коробления и трещинообразования. Мы как-то на старой работе получили партию с сеткой мелких трещин именно из-за того, что не проконтролировали температуру закалочной среды в конце смены.

Оборудование и технологическая дисциплина

Казалось бы, печь есть, закалочный бак есть — можно работать. Но без строгого технологического регламента это путь в никуда. Современные печи с защитной атмосферой — это идеал, они минимизируют обезуглероживание поверхности. Болт без углерода в поверхностном слое — это болт с резко сниженной выносливостью на многократное циклическое нагружение. Он будет отлично держать статику, но в динамике, в узле с вибрацией, сломается первым.

Вот, к примеру, на предприятии ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии (сайт их — https://www.hnyongguang.ru), которое позиционирует себя как комплексный производитель металлоконструкций, крепежа и даже роботов для монтажа, наверняка стоит вопрос контроля именно таких процессов. В их описании заявлено экологичное цинкование по передовым стандартам, а это значит, что и к предшествующей термообработке болтов они должны подходить серьезно. Потому что нанести качественное цинковое покрытие на плохо термически обработанную основу — только деньги на ветер выбросить. Покрытие потрескается, полезет лепестками при затяжке.

Возвращаясь к дисциплине: важно вести журналы. Температура печи, время выдержки, температура закалочной среды, температура отпуска. Все. И выборочно — контроль твердости не по одному болту из партии, а по нескольким, и не только на торце, но и по телу. Я видел, как партию браковали из-за того, что сердцевина болта была недотянута по твердости, хотя поверхность была в норме. Выявили это только при глубоком испытании.

Взаимосвязь с последующими операциями

Варка высокопрочных болтов — это не конечная точка. После нее часто идет накатка резьбы, а затем — антикоррозионная обработка. И здесь есть критичная точка. Если накатывать резьбу на переотпущенный, слишком мягкий болт, резьба получится красивой, но не будет упрочненного поверхностного слоя, создаваемого накаткой. Если же болт после закалки не отпущен достаточно и слишком твердый — ролики накатного станка будут быстро изнашиваться, а на резьбе могут пойти микротрещины, которые станут очагами коррозии и разрушения.

С цинкованием, особенно горячим, история отдельная. Температура в ванне с цинком — около 450°C. Это, по сути, еще один отпуск для болта. Если до этого был проведен низкий отпуск (например, для получения высокой твердости 10.9), то погружение в цинковую ванну может его ?переотпустить?, снизив прочность. Поэтому для высокопрочных болтов, которые будут горячецинковаться, изначально закладывают иной режим термообработки, с учетом этого нагрева. Или используют технологию цинкования при более низких температурах. Это тонкая настройка всего технологического цикла.

Компания ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии, имея в своем арсенале и производство крепежа, и горячее цинкование, просто обязана иметь отлаженную связку между этими цехами. Технология, при которой болт после правильной варки отправляется на цинкование с четко просчитанным тепловым воздействием, — это признак серьезного подхода. Иначе их ?передовые стандарты Азии? останутся просто словами на сайте.

Ошибки, которые дорого обходятся

Из практики: самая частая ошибка — попытка ?поправить? болт повторным нагревом, если что-то пошло не так. Не вышла твердость — давайте еще раз закалим. Этого делать категорически нельзя. Повторный нагрев без промежуточной нормализации (а это лишние затраты) приводит к неконтролируемому росту зерна и резкому падению ударной вязкости. Такой болт может пройти проверку на статическое растяжение, но сломается от удара при монтаже.

Другая история — экономия на контроле. Не проводить полный спектр испытаний: только твердость, а про ударную вязкость, склонность к хрупкому разрушению забыли. Или не делают испытания на стойкость к замедленному разрушению под напряжением (для ответственных конструкций). Партия уходит на объект, а через полгода-год начинаются проблемы. Убытки — уже не стоимость партии болтов, а стоимость остановки объекта, демонтажа и ремонта.

Был у меня случай с болтами для ветроэнергетической установки. Заказчик сэкономил, купил у непроверенного поставщика. Болты были класса 10.9, все сертификаты были. Но через 8 месяцев эксплуатации на одной из башен обнаружили трещины в нескольких болтах фланцевого соединения. Разбор показал, что термообработка была проведена с нарушениями, структура металла неоднородная. Хорошо, что заметили вовремя, до катастрофы. После этого заказчик стал работать только с теми, у кого можно лично посмотреть производство, в том числе и участок варки высокопрочных болтов.

Мысли в сторону будущего и контроля

Сейчас все больше говорят об Industry 4.0, об умных производствах. Применительно к нашей теме — это системы постоянного мониторинга параметров печи в реальном времени, с привязкой к каждой конкретной партии загрузки. Датчики, которые следят не только за температурой в печи, но и за температурой самой детали. ИИ, который анализирует данные и предсказывает возможный брак, корректируя режим. Это уже не фантастика.

Для компании, которая, как ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии, заявляет о разработке ПО для управления и создании интеллектуальных роботов, логичным шагом было бы внедрение таких решений и в свой собственный процесс производства крепежа. Робот, который не только монтирует конструкции, но и который может быть интегрирован в линию термообработки для отбраковки по внешним признакам (цвету, короблению) — это было бы серьезным конкурентным преимуществом.

Но никакая автоматизация не снимет необходимости в человеке, который понимает металл, который по звуку при ударе (да, есть и такой старый метод предварительной оценки) или по виду излома контрольного образца может сказать, что процесс пошел не туда. Варка высокопрочных болтов — это всегда симбиоз точного оборудования, четких инструкций и экспертного глаза. Без последнего звена все предыдущие могут дать сбой в самый неподходящий момент. Поэтому главный вывод, который я для себя сделал за годы работы: технология — это важно, но люди, которые ее чувствуют, — бесценны.