Типы болтов. На болтах обычно соединяют металлические, реже железобетонные конструкции. Для соединения металлических конструкций применяют следующие типы болтов: нормальной, грубой, повышенной точности и высокопрочные с соответствующими гайками и шайбами.
Болты грубой точности штампуют из круглой углеродистой стали диаметром не более 20 мм. Их ставят в отверстия с зазором 2-3 мм. Такие болты имеют повышенную деформативность и в многоболтовых соединениях плохо работают на срез, поэтому не допускается применение их в соединениях со знакопеременными усилиями. Болты грубой точности применяют, как правило, в узлах с опиранием одного элемента на другой, с передачей через опорный столик, а также в соединениях, где они не работают или работают только на растяжение.
Болты повышенной точности обрабатывают обточкой на токарном станке с допуском + 0,1 мм. Такие болты изготовляют диаметром 10-48 мм и длиной до 300 мм.
Высокопрочные болты (иначе их называют фрикционными) предназначены для передачи усилий, действующих на соединение, посредством трения. Такие болты изготовляют из высокопрочных сталей и термически обрабатывают в готовом виде. Болты ставят в отверстия, на 2-3 мм превышающие диаметр болта, но гайки затягивают тарировочным ключом. Такие соединения просты, но достаточно надежны и применяются в ответственных сооружениях.
Диаметры для болтов повышенной точности назначают равными номинальным диаметрам болтов. Отверстия для таких болтов имеют только плюсовые отклонения, что обеспечивает установку болта без затруднений. В отличие от болтов нормальной и грубой точности рабочая часть стержня болта повышенной точности не имеет нарезки, что обеспечивает достаточно полное заполнение отверстия и хорошую работу на срез. Чтобы отличить высокопрочные болты от других, на их головку наносят выпуклую маркировку.
Сборка соединений. Сборка болтовых соединений включает в себя следующие операции: подготовка стыкуемых поверхностей, совмещение отверстий под болты, предварительное стягивание соединяемых деталей стыка, рассверливание отверстий (при необходимости) до проектного размера, установка болтов и окончательная сборка.
Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке сопрягаемых элементов от ржавчины, грязи, масла и пыли. Кроме того, выправляют неровности, вмятины, погнутости, а также удаляют напильником или зубилом заусенцы на кромках деталей и отверстий. Особенно тщательно эти операции выполняют при соединении деталей на высокопрочных болтах, где плотное примыкание всех стыкуемых элементов является одним из основных условий надежности работы болтового соединения.
Соединяемые поверхности очищают сухим кварцевым или металлическим песком с помощью пескоструйной установки; обжигом газовыми горелками, стальными щетками, химической обработкой.
Пескоструйная очистка эффективнее других способов, так как обеспечивает высокий коэффициент трения стыкуемых поверхностей, однако этот способ наиболее трудоемок.
Наиболее часто применяют огневой способ обработки с использованием универсальных горелок, которые работают как на природном газе, так и на кислородно-ацетиленовой смеси, и создают температуру 1600-1800 °С, что обеспечивает сжигание жировых пятен и отслаивание окалины и ржавчины.
Один из способов очистки болтов, гаек и шайб заключается в том, что их погружают в бак с кипящей водой, а затем в емкость, заполненную неэтилированным бензином с 10-15% минерального масла. После испарения бензина на поверхности метизов остается тонкая сплошная пленка смазки.
Точность совмещения отверстий монтажных деталей достигается с помощью проходных оправок, представляющих собой стержень с цилиндрическими частями. Диаметр оправок должен быть на 0,2-0,5 мм меньше диаметра отверстия.
Для фиксации взаимного расположения монтируемых элементов и предупреждения их сдвига 1/10 общего числа отверстий заполняют пробками, диаметром равным диаметру отверстий. Длина пробок должна превышать суммарную толщину соединяемых элементов. После постановки пробок оправки выбивают. Пакеты соединяемых элементов стягивают постоянными или временными болтами, которые ставят через каждое третье отверстие, но не реже чем через 500 мм.
Отверстия сверлят ручными пневматическими и электрическими машинами.
Пневматические машины бывают прямые, применяемые для работы в местах, где нет ограничений по габаритам, и угловые, приспособленные для работы в стесненных местах. Пневматическими установками рассверливают отверстия диаметром до 20 мм.
Электрические машины работают от сети переменного тока напряжением 220 В. На открытом воздухе такие машины применяют в комплекте с защитно-отключающим устройством, а в закрытых сухих помещениях - заземляют, монтажник работает электрическими инструментами в перчатках и стоя на резиновом коврике. Наиболее безопасны машины - с двойной изоляцией; их можно применять без дополнительных мер защиты и при работе на открытом воздухе.
После рассверливания отверстий, свободных от сборочных болтов, болты вывинчивают, а на их место ставят постоянные болты.
Гайки всех болтов (постоянных и временных) закручивают ручными ключами (обычными или трещоточными). При этом один рабочий удерживает головку болта от вращения, а второй затягивает гайку. На болтах нормальной и повышенной точности устанавливают шайбы - одну под головку болта и не более двух - под гайку. При большом числе болтов в одном соединении применяют электрические гайковерты. Болты устанавливают от середины стыка к краям. Со стороны гайки должно оставаться не меньше одной нитки резьбы с полным профилем. Качество затяжки проверяют, постукивая болты молотком массой 0,3-0,4 кг. При этом болты не должны смещаться и дрожать.
От самоотвинчивания гайки предохраняют контргайками или пружинными шайбами. Однако при динамических и вибрационных нагрузках этих мер недостаточно, поэтому в процессе эксплуатации следует систематически контролировать состояние монтажных соединений и подтягивать гайки на ослабевших болтах.
Соединения на высокопрочных болтах бывают сдвигоустойчивые и с несущими болтами. В сдвигоустойчивых соединениях болты непосредственно не участвуют в передаче усилий: все усилия, приложенные к сопрягаемым элементам, воспринимаются только за счет сил трения, возникающих между плоскостями сдвига. В соединении с несущими болтами наряду с силами трения между плоскостями сдвига в передаче усилий участвуют и сами болты, что позволяет повысить несущую способность одного болта в 1,5-2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях.
Поверхности соединяемых элементов в этих случаях обрабатывают, как под обычные болтовые соединения. Перед постановкой болтов, шайб и гаек удаляют консервирующую смазку. Для этого их в решетчатой таре опускают в кипящую воду, а затем в емкость со смесью 15% минерального масла и 85% неэтилированного бензина.
При сборке, монтаже металлоконструкций особое внимание уделяют натяжению соединяемых элементов. Существует несколько способов определения усилий натяжения болтов. На строительной площадке часто применяют метод косвенной оценки усилий натяжения через крутящий момент, которых необходимо приложить к гайке.
Крутящий момент М определяют из выражения: М = КР·а, где Р - Усилие натяжения болта, Н; d - номинальный диаметр болта, мм; К - коэффициент закручивания болта.
Натяжение болтов контролируют выборочно: при числе болтов в соединении до 5 - все болты, при 6-20 - не менее 5 болтов и при большем числе - не менее 25 % болтов в соединении. Если при контроле обнаруживается, что хотя бы один болт не удовлетворяет установленным требованиям, то проверяют все болты. Головки проверенных болтов окрашивают, а все соединения зашпаклевывают по контуру.