Làm thế nào để kiểm tra bu lông cường độ cao?

Việc kiểm tra bu lông cường độ cao là một quy trình kiểm soát chất lượng quan trọng để đảm bảo chúng đáp ứng các tiêu chuẩn quy định (như ASTM A325, A490 ở Mỹ, hoặc...) ISO 898-1(tiêu chuẩn quốc tế IEC 7410-2) và có thể chịu được tải trọng thiết kế một cách an toàn. Quá trình kiểm tra có thể được chia thành ba giai đoạn chính: Kiểm tra vật liệu và kích thước, Kiểm tra tính chất cơ học, và Xác minh hiệu suất và lắp đặt.

1. Kiểm tra vật liệu và kích thước

Đây là bước kiểm tra đầu tiên, kiểm tra các đặc tính vật lý và hình thức bên ngoài của bu lông.

• Kiểm tra bằng mắt thường:
• Các khuyết tật bề mặt: Kiểm tra các vết nứt, đường nối, nếp gấp, gờ hoặc rỉ sét có thể tạo thành điểm tập trung ứng suất và dẫn đến hỏng hóc.
• Dấu hiệu trên đầu gậy: Kiểm tra xem đầu gậy có được đóng dấu đúng với mã số cấp gậy (ví dụ: "A325"hoặc "A490" đối với bu lông kết cấu) và ký hiệu của nhà sản xuất. Đây là cách nhanh chóng để truy tìm nguồn gốc và cường độ quy định của bu lông.
• Ren: Kiểm tra ren xem có hư hỏng gì không, chẳng hạn như vết xước, vết mài mòn (sự truyền vật liệu do ma sát) hoặc mòn. Ren phải sạch, được tạo hình tốt và liên tục.
• Kiểm tra kích thước:
• Đường kính và chiều dài: Sử dụng thước kẹp hoặc thước đo micromet đã hiệu chuẩn để kiểm tra đường kính thân, đường kính ren ngoài, chiều dài tổng thể và chiều dài phần kẹp. Các giá trị này phải nằm trong dung sai được quy định trong tiêu chuẩn.
• Bước ren và hình dạng ren: Sử dụng thước đo bước ren để kiểm tra bước ren (khoảng cách giữa các ren). Để kiểm tra chính xác hơn, có thể sử dụng thước đo ren dạng nút (ví dụ: thước đo ren trụ) đai ốc lục giác(Dụng cụ đo ren) và thước đo vòng (dành cho bu lông) được sử dụng để đảm bảo hình dạng ren chính xác.
• Kích thước đầu và đai ốc: Kiểm tra chiều rộng giữa các mặt phẳng, chiều cao của đầu và diện tích bề mặt tiếp xúc dưới đầu.

2. Kiểm tra tính chất cơ học

Đây là phần cốt lõi của quá trình kiểm tra, nhằm xác định độ bền và độ dẻo của bu lông. Các thử nghiệm thường được thực hiện trên các mẫu từ một lô sản xuất trong phòng thí nghiệm.

• Kiểm tra độ cứng:
• Phương pháp: Sử dụng máy đo độ cứng Rockwell (thường là HRC) hoặc Brinell (HBW), ấn đầu đo vào bề mặt nhẵn của bu lông (thường là đầu thân bu lông hoặc một phần cắt ra từ đó).
• Mục đích: Độ cứng cung cấp một phép đo nhanh chóng, gián tiếp về độ bền kéo của bu lông. Nếu bu lông quá cứng, nó có thể bị giòn; nếu quá mềm, nó có thể bị biến dạng dưới tải trọng. Giá trị đo được phải nằm trong phạm vi quy định cho cấp độ của nó.
• Thử nghiệm kéo (Thử nghiệm kéo trực tiếp):
• Phương pháp: Bu lông được gắn vào máy thử nghiệm vạn năng và kéo căng cho đến khi gãy. Máy sẽ ghi lại lực kéo và độ giãn dài.
• Các chỉ số đo chính:
• Tải trọng thử nghiệm: Là tải trọng mà bu lông phải chịu được mà không bị biến dạng vĩnh viễn. Bu lông được chất tải đến lực này và sau đó được kiểm tra sự thay đổi chiều dài.
• Độ bền kéo: Tải trọng tối đa mà bu lông có thể chịu được trước khi bị gãy.
• Giới hạn chảy: Là ứng suất mà tại đó bu lông bắt đầu biến dạng dẻo (vĩnh viễn). Đối với một số loại bu lông cường độ cao, "giới hạn chảy" được xác định bằng một lượng biến dạng vĩnh viễn nhất định (ví dụ: phương pháp bù 0,2%).
• Độ giãn dài và giảm diện tích: Đo độ dẻo của vật liệu bu lông. Độ giãn dài tối thiểu đảm bảo bu lông sẽ giãn ra và chịu được nhiệt trước khi bị gãy giòn.
• Thử nghiệm Wedge:
• Phương pháp: Một thử nghiệm đặc biệt, trong đó bu lông được kiểm tra độ bền kéo bằng cách đặt một nêm thép cứng dưới đầu bu lông. Nêm có góc tiêu chuẩn (ví dụ: 10 độ).
• Mục đích: Thử nghiệm này đánh giá độ dẻo của mối nối giữa đầu và thân bu lông. Một bu lông tốt sẽ bị gãy ở phần ren, chứ không phải dưới đầu. Gãy dưới đầu cho thấy chất lượng kém hoặc xử lý nhiệt không tốt.
• Thử nghiệm va đập Charpy V-Notch:
• Phương pháp: Một mẫu có khía được gia công từ... bu lôngMột chiếc búa con lắc đập vào và làm vỡ mẫu vật, và năng lượng hấp thụ (tính bằng Jun) được đo.
• Mục đích: Thử nghiệm này xác định độ bền của bu lông và khả năng chống gãy giòn, đặc biệt là ở nhiệt độ hoạt động thấp. Điều này rất quan trọng đối với các công trình ở vùng khí hậu lạnh.

3. Kiểm tra hiệu năng và quá trình lắp đặt

Nội dung này tập trung vào hiệu suất của bu lông trong mối nối đã lắp ráp, đặc biệt là trong các ứng dụng siết chặt trước.

• Thử nghiệm tải trọng chịu lực của đai ốc:
• Đai ốc được lắp ráp vào một trục thử nghiệm đã được tôi cứng và chịu tải trọng thử nghiệm. Đai ốc phải chịu được tải trọng này mà không bị hỏng ren.
• Kiểm tra độ cứng của đai ốc và vòng đệm:
• Đai ốc và vòng đệm cũng phải đáp ứng các yêu cầu về độ cứng để đảm bảo chúng không bị biến dạng do lực kẹp cao.
• Thử nghiệm mối quan hệ giữa mô-men xoắn và lực căng (Thử nghiệm tải trước):
• Phương pháp: Bu lông được lắp ráp trong một thiết bị hiệu chuẩn (một "cảm biến lực") và siết chặt bằng cờ lê lực. Mô-men xoắn tác dụng và lực căng trục (lực kéo) tác dụng lên bu lông được đo đồng thời.
• Mục đích: Kiểm tra tính nhất quán của bu lông và độ chính xác của mối quan hệ giữa mô-men xoắn và lực siết. Điều này rất quan trọng để đảm bảo đạt được lực kẹp chính xác trong quá trình lắp đặt tại công trường. Hệ số ma sát (trên ren và dưới bề mặt chịu lực) là yếu tố then chốt ở đây.
• Các chỉ báo căng thẳng trực tiếp (DTIs):
• Phương pháp: Đối với việc siết bu lông kết cấu, người ta sử dụng các vòng đệm đặc biệt có gờ (thường được gọi là "vòng đệm chỉ thị tải trọng" hoặc "vòng đệm phun"). Khi bu lông được siết chặt và kéo giãn, khe hở giữa vòng đệm và đầu bu lông sẽ phẳng ra. Người kiểm tra sẽ xác minh rằng các khe hở đã được đóng kín đến mức quy định, xác nhận rằng tải trọng trước tối thiểu đã đạt được.

Tóm tắt các điểm kiểm tra chính:

Danh mục kiểm tra Các bài kiểm tra/thử nghiệm chính Mục đích
Kiểm tra vật liệu và kích thước bằng mắt thường, đo kích thước và kiểm tra độ dày ren. Đảm bảo nhận dạng chính xác, kích thước và không có khuyết tật bề mặt.
Tính chất cơ học: Độ cứng, độ bền kéo, độ bền nén, độ bền va đập. Kiểm tra độ bền, độ dẻo, độ dai và chất lượng tổng thể của vật liệu.
Kiểm tra hiệu suất và lắp đặt: Thử tải, mô-men xoắn-lực căng, DTI. Xác nhận hệ thống bu lông-đai ốc-vòng đệm hoạt động đồng bộ để đạt được lực kẹp cần thiết.

Trên thực tế, người ta thường sử dụng kết hợp các phương pháp này. Ví dụ, việc kiểm tra hàng nhập có thể bao gồm kiểm tra trực quan và kích thước 100%, trong khi các thử nghiệm cơ học được thực hiện trên một mẫu thống kê từ mỗi lô sản xuất. Việc lập hồ sơ và truy xuất nguồn gốc đầy đủ của tất cả các kết quả thử nghiệm là rất cần thiết cho việc đảm bảo chất lượng.