Pomiar momentu dokręcania w połączeniach gwintowych
Jak kontrolować jakość dokręcania połączeń gwintowych?
Należy wykonywać pomiar momentu kontrolnego dokręcanej śruby lub nakrętki.
Zapamiętaj! To, że w operacji montażu dokręcisz śrubę momentem np. 50 Nm, nie oznacza, że Twój klient otrzyma złącze gwintowe dokręcone taką samą wartością. W większości przypadków wartość momentu będzie niższa! Kluczowy w tym procesie jest prawidłowy pomiar momentu dokręconego łącznika gwintowego..
Głównym powodem prowadzenia kontroli momentu dokręcenia w połączeniu gwintowym jest detekcja ewentualnych odchyleń parametrów procesu od wartości zadanej. Pozwala to na wczesne stwierdzenie występowania zjawisk relaksacji i pełzania. Zjawiska te są bezpośrednią przyczyną obniżenia naprężenia osiowego w śrubie i, w konsekwencji, spadku momentu dokręcania.
Wpływ na jakość połączenia gwintowego mogą mieć takie czynniki jak:
- Dokładność gwintów zewnętrznych i wewnętrznych (związana z układem tolerancji i pasowań).
- Niewłaściwa obsługa narzędzia przez pracownika wykonującego operację montażu.
- Użycie niewłaściwego narzędzia dokręcającego.
- Nieprawidłowa nastawa momentu dokręcania.
- Awaria sprzętu dokręcającego.
- Zastosowanie materiałów podatnych na relaksację i pełzanie.
- Wady materiałowe powstałe w procesie wytwarzania.
- Wady konstrukcyjne.
.
Dwa etapy pomiaru momentu dokręcania łącznika gwintowego
Proces pomiarowy możemy podzielić na dwa główne etapy:
Etap 1: Pomiar w trakcie dokręcania (moment dynamiczny)
Pomiar ten odbywa się bezpośrednio podczas operacji dokręcania łącznika na określony moment.
W przypadku narzędzi o napędzie elektrycznym lub pneumatycznym, wartość momentu wskazywana jest przez urządzenie pomiarowe wbudowane w sterownik narzędzia. Proces dokręcania kończy się w chwili osiągnięcia wymaganej wartości zadanej.
W przypadku ręcznych narzędzi dynamometrycznych, zadany moment osiągany jest w chwili zwolnienia mechanizmu (klucze typu drugiego – nastawne, Rys. 1) lub po osiągnięciu odpowiedniej wartości na tarczy / wyświetlaczu (klucze typu pierwszego – wskazujące, Rys. 2).
Ten sposób pomiaru nazywamy często metodą pomiaru momentu dynamicznego, ponieważ jego wartość wyznaczamy w chwili zakończenia obrotu (zanim łącznik gwintowy całkowicie się zatrzyma).
Etap 2: Pomiar po zakończeniu dokręcania (moment kontrolny / statyczny / inspekcji)
Pomiar ten wykonuje się na już dokręconym łączniku gwintowym. Używając ręcznych kluczy dynamometrycznych typu pierwszego (Rys. 2), wykonuje się obrót łącznika o określony kąt (najczęściej w stronę dokręcania). Podczas tej operacji mechanizm rejestruje uzyskaną wartość.
Nazywamy to momentem statycznym, ponieważ aby go odczytać, należy obrócić śrubę lub nakrętkę o pewien kąt (zwykle 4–8 stopni), doprowadzając do zerwania szczepień adhezyjnych występujących na styku łącznika z powierzchnią oporową elementu..
Sposoby pomiaru momentu kontrolnego (Etap 2)
Stosowane w przemyśle metody pomiaru momentu kontrolnego możemy sklasyfikować następująco:
Metoda 1 – Odkręcanie łącznika
Polega na obrocie w kierunku przeciwnym do kierunku dokręcania. Pomiar rejestrowany jest przez klucz w chwili rozpoczęcia obrotu łącznika (przełamania oporu). Jest to pomiar stosunkowo mało dokładny. Najczęściej stosuje się go dla śrub o małych średnicach gwintu (4 mm i mniejszych).
Metoda 2 – Odkręcanie i ponowne dokręcanie (Back to Mark)
Polega na odkręceniu łącznika o określony kąt, a następnie ponownym jego dokręceniu do pierwotnego położenia. W celu ułatwienia pomiaru można nanieść fizyczne znaki na łącznik oraz element łączony. Pomiar rejestrowany jest w chwili ponownego pokrycia się znaków (Rys. 3)..
Rys.3. Sposób pomiaru momentu dokręconego łącznika dla gwintu prawozwojnego.
Metoda 3 – Pomiar momentu szczytowego
Polega na obrocie łącznika o określony kąt w kierunku dokręcania. Podczas ruchu narzędzie rejestruje najwyższą uzyskaną wartość momentu, uwzględniającą opory tarcia statycznego.
W przypadku, gdy wartość oporu tarcia statycznego będzie wysoka, zmierzona wartość momentu także będzie podwyższona.
Czynniki takie jak farba, podkładki zabezpieczające, przyczepność metaliczna, adhezja, kleje suche i mokre, mogą zwiększyć wartość tarcia statycznego w sposób istotny, a przez to wpłynąć na podwyższenie wartości momentu kontrolnego.
Wyróżniamy dwie sytuacje pomiarowe:
- Wyższa wartość oporu tarcia statycznego od kinetycznego (Rys. 4a): Natychmiast po rozpoczęciu obrotu (punkt A) następuje spadek momentu (do punktu B). Starsze urządzenia bez odpowiedniego algorytmu często błędnie rejestrują punkt A jako właściwy moment kontrolny.
- Porównywalna wartość oporów tarcia statycznego i kinetycznego (Rys. 4b): Narzędzie poprawnie rejestruje moment w chwili rozpoczęcia obrotu łącznika. Brak wyrazistego spadku momentu sprawia, że odczytana wartość jest zbliżona do początkowego momentu dokręcania (zakładając brak relaksacji na złączu).
Metoda 4 – Pomiar momentu resztowego
Celem tej metody jest pomiar rzeczywistego momentu pozostającego w połączeniu, z pominięciem „piku” momentu szczytowego (A) spowodowanego tarciem statycznym.
Pomiar (B) dokonywany jest w punkcie, w którym po chwilowym spadku momentu następuje jego ponowny, stabilny przyrost wynikający z dalszego obrotu łącznika. Zaawansowane klucze pomiarowe ignorują wartość szczytową i rejestrują właściwy moment resztowy.
Zastosowanie tej metody istotnie poprawia powtarzalność i odtwarzalność systemu pomiarowego podczas weryfikacji momentu kontrolnego.
Podsumowanie
Wybór odpowiedniej metody pomiaru momentu kontrolnego jest kluczowym krokiem podczas projektowania procesu audytu i weryfikacji połączeń gwintowych. W dobie postępującej automatyzacji produkcji, dobór optymalnej techniki i sprzętu staje się rynkowym standardem.
Prawidłowo zdefiniowana procedura kontrolna oraz wysokiej klasy urządzenia gwarantują poprawność wyników, a także skutecznie redukują zmienność pomiarową wynikającą z powtarzalności i odtwarzalności (GR&R).
.
Autor: dr inż. Rafał Popiel
Jeżeli artykuł Ci się podobał, to podziel się nim proszę w mediach społecznościowych:
.
Powiązane szkolenia:
.
Zaufali nam:
.
Co mówią nasi zadowoleni Klienci:
.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu:
.