Перспективы развития производства и применения строительного высокопрочного крепежа

03 июня 2025 года в выставочном комплексе «Темирязевский» в г. Москва на площадке международной выставки «Металлоконструкции-2025» Ассоциация ПРОММЕТИЗ провела конференцию «Качественный крепеж – надежность машин и механизмов».

ООО «НПЦ мостов» представило свой доклад на тему «Перспективы развития  производства и применения строительного  высокопрочного крепежа»

В докладе показаны перспективные направления развития высокопрочного крепежа  для мостостроения и промышленно-гражданского строительства. Серьезную озабоченность вызывают многочисленные препятствия для включения новых перспективных конструктивных решений высокопрочного крепежа в нормативную документацию и актуализация действующих стандартов.

Направление развития высокопрочного крепежа, это не столько новые конструктивные формы изделий, сколько изменение подходов к производству и изменение образа мышления Изготовителей и Потребителей. Поэтому надо различать

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

и

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

За последнее десятилетие мы привыкаем к применению БОЛТОКОМПЛЕКТОВ. 

Главные аспекты по этому вопросу изложены в ГОСТ 32484.1

Главный принцип формирования болтокомплекта – изготовление резьбового соединения «болт – гайка» одним Изготовителем. Болты и гайки должны быть изготовлены на одном предприятии. Это заставляет Изготовителя нормировать узкий диапазон рассеивания индивидуальных значений коэффициента закручивания и прочностных характеристик. На первый взгляд понятие «болтокомплект от одного Изготовителя» противоречит принципу взаимозаменяемости изделий, изготовленных по одному стандарту

Статистика показывает, что взаимозаменяемость всегда подтверждалась для изделий без покрытия по показателю коэффициент закручивания. В Стандарте Корпорации «Трансстрой» СТП 006-97 для трех заводов, выпускавших в то время высокопрочные болты с нарезной резьбой,  гайки и шайбы без покрытия для мостостроения, расчетное значение коэффициента закручивания принято 0,175. Сейчас для болтов с накатной резьбой и гаек трех других производителей расчетное значение коэффициента закручивания  колеблется в пределах 0,17±0,005. Среднее значение временного сопротивления находится в диапазоне 1140 – 1160 МПа, а прочность гайки и болта сбалансирована.

Взаимозаменяемость как на предприятии одного Производителя (внутренняя), так и разных Производителей (внешняя) для болтокомплектов без покрытия обеспечена.

Нанесение покрытия исключает внешнюю взаимозаменяемость из-за различных параметров процесса на разных предприятиях или разных методик – ТДЦ покрытие из газовой фазы или  при обволакивании шихтой.

Имеется юридическая ответственность Изготовителя, поставившего клеймо. Внесение Посредниками изменений в  исходное изделие делает это изделие контрафактом.

Основные направления развития высокопрочного крепежа намечены в ГОСТ 32484.2, в котором изложены принципиальные методики оценки коэффициента закручивания (к-фактора) при контроле усилия натяжения:

• по крутящему моменту
• по углу поворота гайки
• по удлинению стержня болта

В настоящее время в нормативной документации реализовано только одно направление – контроль по крутящему моменту. Это объясняется сложившимся на момент выпуска стандарта традиционным образом мышления авторов нормативного документа, изготовителей и потребителей высокопрочных болтокомплектов.

В этом направлении мы подошли к определенному пределу, особенно в мостостроении, где единственной маркой стали для болтов является сталь 40Х и основным размером болтокомплектов является М22. Это предельная толщина для сплошной прокаливаемости этой стали.

Для перекрытия больших пролетов требуется прокат толщиной 50 – 80 мм, а для болтовых соединений такого проката нужны болты длиной более 10 диаметров резьбы болта М22. Применять длинные болты  невозможно из-за потери предварительного натяжения в результате скручивания стержня болтов.

В этой ситуации мы имеем выбор:

Разрабатывать новое направление - применение болтокомплектов класса прочности 12.9

или

применять болтокомплекты М24 – М30 класса прочности 10.9.

Их применение в настоящее время в мостостроении сдерживается нормативным запретом применять другие марки стали и сложность обеспечивать требуемый крутящий момент  рычажными динамометрическими ключами. Во многом сдерживается и традиционным образом мышления проектировщиков, привыкших применять только болтокомплекты М22.

И то и другое направление требует изменения марки стали для изготовления болтов. В случае класса прочности 12.9 марка стали значительно дороже стали для класса прочности 10.9.

Применение болтов М24 вместо М22 позволит повысить усилие обжатия пакета на 40%, а применение болтов М27 – в 1,5 раза. А применение болтокомплектов М22 класса прочности 12.9 взамен 10.9 повысит усилие обжатия пакета лишь на 20%.

Поэтому целесообразность повышения класса прочности болтов весьма спорная. Более целесообразно как в ГОСТ 32484.1 не ограничивать Изготовителей в выборе марок сталей для болтов.

Доля в производстве высокопрочного крепежа М24 и М27 для мостостроения по ГОСТ Р 53644 значительно меньше, чем М22

В 80-е годы у сварщиков была поговорка – Если хочешь внедрить автоматическую сварку, создай соединение, которое нельзя заварить другим способом.

За рубежом создали такой болт – ТС-БОЛТЫ - болт с круглой головкой и обламывающимся наконечником на торце стержня болта.

В зарубежных стандартах EN 14399, а также в принятых идентичными стандартах Республик Беларусь и Казахстан, эти новые направления представлены HRC системой болтов (ТС болты).

ТС болт это тот же высокопрочный болт с нормированным диапазоном коэффициента закручивания и прочностью, у которого оптимально подобраны размеры насечки между торцом болта и обламывающимся наконечником. Зная качество продукции ведущих российских производителей высокопрочного крепежа можно заключить, что они легко освоят выпуск ТС-болтов взамен цилиндрических болтов.

Применение ТС-болтов полностью механизирует процесс  обжатия болтового соединения и исключает перетяжку болтов.

Возможна недотяжка из-за износа инструмента. Но за работоспособностью инструментом необходимо следить.

ТС-болты исключают необходимость приемки затяжки динамометрическим ключом. Хотя этот контроль также может быть сохранен.

ИНДИКАТОРНЫЕ ШАЙБЫ реализуют технологию затяжки болтокомплектов по контролю удлинения болта. При этом упрощаются требования к состоянию резьбы и к комплектации болтокомплекта одним Изготовителем. Можно использовать болты, гайки и шайбы разных Изготовителей.

Шайбы могут быть изготовлены с индикаторной краской, выдавливаемой при достижения нормативного усилия обжатия, или без краски

При использовании индикаторных шайб процесс приемки затяжки болтокомплектов на стройплощадке полностью исключен, или сводится к проверке зазора между шайбой и изделием щупом.

Интересное направление для применении в машиностроении и в мостостроении – это СТОПОРНЫЕ КЛИНОВЫЕ ШАЙБЫ

Принцип работы шайбы основан на том, что угол клина шайбы больше угла подъема резьбы

За рубежом шайбы изготавливают для разных классов прочности вплоть до 12.9.

В мостостроении клиновые шайбы могут найти применение:

• в шпильках крепления безбалластного мостового полотна, которые на сети железных дорог многие десятки километров, а на каждую плиту необходимо 8 шайб
• в креплении опорных частей железнодорожных мостов и демпферов

Эти изделия появились в зарубежных нормативных документах в 1985 году и мы в их широком применении опаздываем на много лет. Исследования этих изделий в нашей стране велись эпизодически. Изготовители высокопрочного крепежа финансируют эти исследования неохотно, ссылаясь на отсутствие спроса в нашей стране. Полагаю, что если Изготовители не поторопятся, то им в будущем придётся бороться с импортом и этой продукции.

Для создания спроса на новую продукцию для ответственных болтовых соединений, устройство которых регламентируется Сводами правил, необходимо пройти несколько важных этапов:

• Изготовители должны провести исследования по оптимизации геометрических и прочностных характеристик данных изделий;
• Отраслевые научные организации должны дать исследовательскую оценку стабильности усилия обжатия болтового соединения и несущей способности болтоконтакта в лабораторных условиях.

Для создания спроса на новую продукцию для ответственных болтовых соединений, устройство которых регламентируется Сводами правил, необходимо, чтобы они вошли на государственные стандарты.

Вопросы стандартизации в области высокопрочного крепежа в настоящее время крайне осложнены. В стране фактически действует три различных стандарта:

• Серия межгосударственных стандартов ЕАЭС  ГОСТ 32484
• Национальный стандарт ГОСТ Р 53664
• Отмененная серия национальных стандартов ГОСТ Р 52643
• Ряд стандартов организаций на различные типы специального высокопрочного крепежа

Все эти стандарты задействованы в производстве. Доля производства со временем меняется в пользу серии ГОСТ 32484 (данные по одному предприятию)

Поскольку данное предприятие больше работает с организациями ПГС по ГОСТ 32484, то больший объем производства приходится на болтокомплекты М24 и М27. При изготовлении используются  различные марки стали.

Для широкого внедрения нужен стандарт межгосударственного или национального уровня, что позволит включить эту продукцию в Своды правил. Лишь потом она может быть использована в рабочей проектной документации и  пройти государственную экспертизу. Актуализация серии ГОСТ 32484 может позволить быстро решить этот вопрос.

Включение  в стандарты, а также  в Своды правил, пожалуй, наиболее сложный этап. Разработка и актуализация стандартов в наше время стала бизнесом. А в бизнесе большое влияние имеют корпоративные интересы, личные пристрастия и взгляды специалистов организаций, привлекаемых к стандартизации.

Ведомственная разобщенность между государственными органами, вводящими в действе стандарты и актуализирующими Своды правил,  создает порой непреодолимые барьеры. Примером тому - игнорирование мостостроением межгосударственных стандартов серии ГОСТ 32484.

До тех пор, пока не будет обоснованного технического и государственного подхода в стандартизации и нормировании,  единства нормативной документации, открытой для применения новых конструктивных решений, новых сталей, различных покрытий и современных методов контроля, говорить о перспективах развития отрасли приходится со сдержанным оптимизмом. 

Перспективные направления развития высокопрочного крепежа есть, а какие будут перспективы развития – зависит от участников рынка. И покажет время…