Контроль качества отверстий и гнезд при холодной клепке металлоконструкций

Прочность и герметичность заклепочного шва зависят не только от правильного выбора заклепки и усилия клепки, но в первую очередь от качества подготовленных отверстий и гнезд под потайные головки. Производственная инструкция ПИ 249-2000 «Клепка металлических конструкций» (разделы 3, 4, 5, 6) устанавливает жесткие требования к контролю на этом этапе. Рассмотрим ключевые параметры и методы их проверки — от простого визуального осмотра до металлографического анализа.

1. Что проверяем в отверстиях

Отверстие под заклепку должно быть не просто «просверлено». Согласно п. 3.1, контролю подлежат:

• Диаметр – должен соответствовать номиналу (от 2,1 до 8,1 мм в зависимости от заклепки) с допусками по H12 (например, +0,10…+0,15 мм). Для проверки используются специальные калибр-пробки (приложение 5 к инструкции): проходная сторона должна входить свободно, непроходная — не входить.

• Овальность – не должна превышать допуска на диаметр. Проверяется поворотом непроходной стороны пробки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При спорных случаях применяют нутромеры.

• Перпендикулярность оси отверстия к поверхности пакета – критично для плотного прилегания головки. Контролируют щупом: между торцем буртика калибр-пробки и поверхностью детали измеряют односторонний зазор. Допустимые величины: от 0,10 мм для заклепок 2,6 мм до 0,25 мм для 8,0 мм (табл. 3). На радиусах кривизны менее 400 мм и в клиновидных пакетах перпендикулярность не контролируют.

• Шероховатость поверхности – по ГОСТ 2789. Для пакетов из коррозионностойких сталей, титановых сплавов, алюминиевых сплавов Д16, Д19 требуется Rz 40; для высокопрочных В93, В95 и жаропрочных — Rz 20…2,5 (табл. 4). Контроль — визуально, в спорных случаях — сравнением с эталонами шероховатости.

• Отсутствие заусенцев – заусенцы со стороны выхода сверла удаляют зенковкой с углом 120°, оставляя фаску не более 0,2 мм. В труднодоступных местах (между несъемными деталями) заусенцы допускается не удалять, но перечень таких мест фиксируется в конструкторской документации.

2. Гнезда под потайные головки: форма, размеры, дефекты

Для заклепок с потайной головкой (угол конуса 90° или 120°) формируют гнездо зенкованием или штампованием. Контроль качества гнезд (п. 4.1 и 6.1) включает:

• Совпадение осей – в плоских пакетах ось гнезда должна совпадать с осью отверстия, в клиновидных — быть перпендикулярна поверхности (черт. 7).

• Глубина гнезда – нормируется так, чтобы выступание головки после клепки было не менее 0,01 мм, а утопание не допускалось. Проверяют калибр-заклепкой и индикаторным приспособлением (приложения 13, 14). Калибр-заклепка вставлена в гнездо; индикатор измеряет ее выступание относительно поверхности. Настройка упора-ограничителя зенковки считается правильной, если калибр-заклепка выступает на 0,01 мм больше половины максимально допустимого выступания по КД.

• Овальность гнезда – не более 0,2 мм для заклепок до 5,0 мм и 0,3 мм для более крупных. Контроль визуальный через вставленную калибр-заклепку, при лупе с визирами.

• Шероховатость зенкованных гнезд – не грубее Rz 20. Задиры и грани не допускаются.

• Штампованные гнезда (в тонких листах до 1,2 мм) проверяют на отсутствие трещин и рваных кромок после рассверливания. Допускаются утяжки до 0,2 мм вокруг гнезда, но не допускается выпучивание материала. Причины дефектов подробно расписаны в таблицах на стр. 25-26 инструкции: недостаточное усилие штампования ведет к утяжкам, избыточное — к выпучиванию, несовпадение углов пуансона и матрицы — к резкому переходу или большому радиусу.

3. Калибровка особо ответственных соединений

Для заклепок по ОСТ 1 34072 (особо ответственные соединения) после зенкования выполняют калибровку отверстий и гнезд (раздел 5). Острые кромки сопряжения конической и цилиндрической поверхностей притупляют 3-4 ударами пневмомолотка через специальное приспособление (приложение 17). Результат контролируют визуально 100% отверстий, в спорных случаях — с помощью лупы.

4. Контроль штамповки гнезд с нагревом (сплав В95АТ)

Отдельного внимания заслуживает штамповка гнезд в деталях из алюминиевого сплава В95АТ. Этот материал чувствителен к деформации без нагрева. Инструкция (п. 4.3.10 – 4.3.11) предписывает нагрев деформируемой зоны до 140°±10°С , а инструмента (пуансона) до 165°±5°С , время выдержки 5–10 секунд.

Контроль качества здесь включает:

• Отсутствие пережога – изменение физико-механических свойств. Обеспечивается правильной настройкой терморегуляторов и реле времени. Проверяется металлографическим анализом структуры материала в зоне гнезда на образце-свидетеле.

• Целостность защитного покрытия – нагрев и контакт инструмента не должны повредить покрытие детали.

• Правильность сопряжения – штампованное гнездо в листовой детали должно точно сопрягаться с зенкованным гнездом в детали каркаса (без зазоров).

5. Периодичность контроля

По п. 6.2.2:

• Для обычных заклепок (ОСТ 1 34073 ÷ ОСТ 1 34101) контролируют 10% отверстий и гнезд в шве.

• Для особо ответственных (ОСТ 1 34072) – 100% .

Рис. Виды дефектов в заклепочных соединениях:

а, $б$ — неплотное прилегание головки к скрепляемой детали;
$в$ — трещины в головке;
$г$ — грибовидная головка;
$д$ — венчик излишнего металла вокруг замыкающей головки;
$е$ — малая (так называемая маломерная) головка.

Заключение

Контроль качества отверстий и гнезд под заклепки — это не формальность, а гарантия того, что соединение выдержит расчетные нагрузки. От калибр-пробки и щупа до металлографического анализа — каждый метод имеет свою задачу. Соблюдение требований ПИ 249-2000 на этапе подготовки позволяет избежать дорогостоящего брака (трещин, хлопунов, неплотного прилегания) и обеспечивает ресурс клепаной конструкции.