Винты из нержавеющей стали на алюминии и заклепочные гайки с резьбой: полное руководство по креплению

Выбор правильной комбинации крепежа имеет решающее значение в любом проекте изготовления или сборки. Две темы, которые постоянно возникают в металлообработке, автомобилестроении и строительстве, — это использование винтов из нержавеющей стали на алюминии и установка заклепок с резьбой. Оба предмета затрагивают важные принципы материаловедения и монтажа, которые напрямую влияют на прочность, долговечность и коррозионную стойкость соединений. В этом руководстве полностью рассматриваются оба аспекта: объясняются риски и решения, связанные с креплением нержавеющей стали к алюминию, а также дается подробный обзор резьбовых заклепок и их преимуществ.

Использование шурупов из нержавеющей стали на алюминии: основная проблема

Нержавеющая сталь и алюминий широко ценятся за свою коррозионную стойкость по отдельности. Однако при прямом контакте с электролитом, например, с влагой, дождевой водой или конденсатом, они образуют гальваническую пару, которая ускоряет коррозию менее благородного металла. В этом паре алюминий является менее благородным металлом и подвержен коррозии преимущественно , в то время как винт из нержавеющей стали практически не затрагивается.

Этот процесс известен как гальваническая коррозия или биметаллическая коррозия. Его серьезность зависит от трех факторов: разницы в электрохимическом потенциале между двумя металлами, соотношения площадей поверхности двух металлов и проводимости присутствующего электролита. На открытом воздухе, в морской среде или в среде с высокой влажностью гальваническая коррозия между нержавеющей сталью и алюминием может стать видимой в течение нескольких месяцев, если не принять защитные меры.

Насколько серьезен гальванический риск?

Разница гальванических потенциалов между нержавеющей сталью (особенно марок 304 и 316) и алюминиевыми сплавами умеренная, а не такая экстремальная, как, например, между медью и алюминием. В сухих помещениях гальваническая коррозия между винтами из нержавеющей стали и алюминием редко представляет собой практическую проблему, поскольку отсутствует электролит, замыкающий электрохимическую цепь.

Риск становится существенным при следующих условиях:

• Наружные или открытые конструкции подвержен воздействию дождя, росы или стоячей воды.
• Морская среда где солевой туман резко увеличивает проводимость электролита, ускоряя гальваническую реакцию в несколько раз по сравнению с воздействием пресной воды.
• Места, где есть водоемы вокруг головок крепежа или в резьбовых отверстиях, обеспечивая длительный контакт между двумя металлами.
• Большая площадь поверхности нержавеющей стали по сравнению с алюминием — большая пластина из нержавеющей стали, скрепленная небольшими алюминиевыми вставками, быстро разъедает алюминий, хотя обратная геометрия (маленький винт из нержавеющей стали в большой алюминиевой конструкции) менее агрессивна.

Стоит обратить внимание на соотношение площади поверхности: небольшой винт из нержавеющей стали, ввинченный в большую алюминиевую секцию, представляет относительно низкий гальванический риск. потому что катод (нержавеющий) мал по сравнению с анодом (алюминием). Ток коррозии распределяется по большой площади алюминия, замедляя локальное воздействие. Вот почему винты из нержавеющей стали в алюминии при правильной обработке успешно используются во многих наружных применениях.

Как предотвратить гальваническую коррозию между нержавеющей сталью и алюминием

В большинстве практических ситуаций нержавеющие винты на алюминии можно устранить с помощью правильных мер защиты. Цель состоит в том, чтобы разорвать электрохимическую цепь, предотвратив прямой контакт металла с металлом или полностью исключив электролит.

Используйте изолирующий барьер

Самый эффективный метод — электрически изолировать два металла с помощью непроводящего материала. Варианты включают нейлоновые или пластиковые шайбы, помещаемые под головку винта, ленту из ПТФЭ, обернутую вокруг резьбы винта, неопреновые или резиновые прокладки между сопрягаемыми поверхностями, а также непроводящие противозадирные составы, наносимые на резьбу перед установкой. Любой из них разрывает гальваническую цепь, даже если присутствует влага.

Нанесите состав, ингибирующий коррозию

Ингибиторы коррозии на основе цинка или ланолина, нанесенные на резьбу винта и под головку, создают влагобарьер, значительно снижающий гальваническую активность. Продукты, специально разработанные для биметаллических соединений, доступны и широко используются в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности. Повторное применение обычно требуется каждые несколько лет. в суровых внешних условиях.

Рассмотрите возможность использования алюминиевых винтов или крепежа с покрытием.

Если позволяют конструктивные требования, использование винтов из алюминиевого сплава полностью устраняет гальванический дифференциал. Для более прочных изделий крепеж из оцинкованной стали или крепежа с покрытием Dacromet ближе к алюминию по гальванической шкале, чем к голой нержавеющей стали, и снижают, но не устраняют риск коррозии.

Спроектируйте ловушки для воды

Помимо выбора материала, большое значение имеет хорошая конструкция соединений. Крепежи с потайной головкой, расположенные заподлицо с поверхностью, дренажные отверстия рядом с местами крепления и герметики, наносимые вокруг головок винтов на наружных панелях, уменьшают удержание влаги в стыках и ограничивают продолжительность контакта с электролитом.

Истирание: другой риск при использовании нержавеющей стали на алюминии

Помимо гальванической коррозии, винты из нержавеющей стали, ввинченные непосредственно в нарезанную алюминиевую резьбу, несут риск истирания резьбы — формы адгезионного износа, при которой винт и основной материал схватываются вместе под действием трения во время установки. Это происходит потому, что оксидный слой на нержавеющей стали может разрушиться под воздействием тепла и давления при нарезании резьбы, вызывая микросварку между двумя материалами.

Истирание более вероятно, когда винты закручиваются на высокой скорости, когда резьба слишком тугая или когда резьба недостаточно смазана. Нанесение противозадирной смазки — особенно смесей на основе никеля или меди — перед ввинчиванием винтов из нержавеющей стали в алюминиевую резьбу практически исключает риск истирания и значительно упрощает будущую разборку.

Что такое резьбовые заклепки?

Резьбовая заклепка, также известная как заклепка, гайка или резьбовая вставка, представляет собой крепеж, который обеспечивает постоянное, несущее нагрузку резьбовое отверстие в тонком листовом материале, полых секциях или панелях, где доступ к задней поверхности невозможен или непрактичен. Заклепочная гайка вставляется через предварительно просверленное отверстие с передней стороны, затем сжимается или расширяется на глухой стороне с помощью установочного инструмента, создавая надежный механический анкер с внутренней резьбой.

После установки заклепочная гайка принимает стандартный крепежный винт или болт, что позволяет многократно прикреплять и снимать панели и компоненты, не повреждая основной материал. Это принципиально отличает заклепки от саморезов, которые врезают собственную резьбу прямо в основу и постепенно ослабляют ее при каждом снятии и повторной установке.

Типы резьбовых заклепок

Заклепочные гайки производятся в нескольких конфигурациях корпуса в зависимости от применения и толщины материала.

Заклепочные гайки доступны из алюминия, стали, нержавеющей стали и латуни. Размеры резьбы варьируются от M3 до M12 в метрической системе и от 6–32 до 3/8–16 в дюймовой системе мер, что соответствует подавляющему большинству требований сборки.

Где используются резьбовые заклепки

Возможность установки заклепок с глухой стороны делает их незаменимыми во многих отраслях промышленности и в домашних условиях:

• Автомобили и автоспорт: Крепление панелей, кронштейнов и аксессуаров к секциям кузова, каркасам безопасности и направляющим шасси там, где сварка нецелесообразна.
• Аэрокосмическая промышленность и авиация: Легкие алюминиевые заклепки в панелях самолетов и внутренних конструкциях, где снижение веса имеет решающее значение.
• Электроника и корпуса: Обеспечение надежных винтовых соединений в тонких алюминиевых или стальных корпусах приборов.
• Морские применения: Монтаж оборудования, ручек и арматуры на корпусах и секциях палубы из стекловолокна и алюминия.
• Конструкция и облицовка: Крепление фасадных панелей, вывесок и креплений к полым секциям конструкции.
• Общее изготовление: Любая ситуация, когда гайку невозможно удержать за панелью во время установки винта.

Как правильно установить резьбовые заклепки

Правильная установка необходима для того, чтобы заклепочные гайки достигли номинального сопротивления выдергиванию и крутящему моменту. Плохо установленная заклепочная гайка будет свободно вращаться под нагрузкой или прорвать панель — и то, и другое является отказом, требующим высверливания и повторного запуска.

1. Просверлите отверстие нужного диаметра. Для каждого размера заклепочной гайки указан точный диаметр отверстия — обычно на 0,1–0,3 мм больше внешнего диаметра тела заклепочной гайки. Отверстие слишком большого размера не позволяет сжатому воротнику адекватно удерживать панель. Всегда сверяйтесь с таблицей размеров отверстий производителя для конкретной используемой заклепки.
2. Зачистите отверстие. Чистое отверстие без заусенцев обеспечивает посадку фланца с заклепочной гайкой вплотную к поверхности панели. Заусенцы могут привести к раскачиванию фланца, что приведет к неравномерному разрушению корпуса.
3. Навинтите заклепочную гайку на оправку установочного инструмента. Полностью навинтите заклепочную гайку на резьбу оправки до упора в носовую часть. Убедитесь, что корпус заклепочной гайки расположен перпендикулярно инструменту.
4. Вставьте заклепку в отверстие и установите. Полностью протолкните корпус заклепочной гайки через отверстие до тех пор, пока фланец не окажется заподлицо с поверхностью панели. Сожмите рукоятку установочного инструмента (для ручных инструментов) или активируйте пневматический или аккумуляторный инструмент до полного складывания корпуса. Отчетливое увеличение сопротивления указывает на то, что набор завершен.
5. Выверните оправку. Поверните инструмент против часовой стрелки, чтобы освободить его от установленной заклепочной гайки. Не тяните — отвинчивание необходимо, чтобы не повредить новую установку.
6. Проверьте установку. Заклепочная гайка должна быть ровной, прочной и не вращаться при затягивании вручную. Если он вращается, значит, корпус недостаточно прижат к панели — снимите и замените на следующий размер или проверьте диаметр отверстия.

Инструменты настройки Rivnut: вручную или с электроприводом

Выбор установочного инструмента зависит от объема установки и толщины материала. Для периодического использования достаточно ручного рычажного инструмента для заклепок стоимостью 20–60 фунтов стерлингов для заклепок от M3 до M8 из тонкого листового материала. Эти инструменты компактны и не требуют источника питания.

Для производственных сред или заклепок большего размера: Настоятельно рекомендуется использовать пневматические или аккумуляторные инструменты для закручивания гаек. . Они обеспечивают стабильное, калиброванное установочное усилие независимо от усталости оператора, что значительно снижает количество сбоев при установке. Инструменты с батарейным питанием, в частности, стали предпочтительным выбором в автомобильных и аэрокосмических мастерских из-за их портативности и скорости: опытный оператор может устанавливать 200 и более заклепок в час по сравнению с 40–60 с помощью ручного инструмента.

Комбинирование заклепочных гаек с винтами из нержавеющей стали в алюминиевых панелях

Одним из практических решений, охватывающих обе темы, рассматриваемые в этом руководстве, является использование алюминиевых заклепок, установленных в алюминиевый лист, в сочетании с крепежными винтами из нержавеющей стали. Такой подход дает ряд преимуществ:

• Алюминиевый корпус с заклепками исключает гальванический риск на стыке панели, поскольку контактируют одинаковые металлы.
• Ввинчивание винта из нержавеющей стали во внутреннюю резьбу заклепочной гайки подвергается ограниченному гальваническому воздействию — площадь контакта резьбы мала и может быть защищена противозадирным составом.
• Заклепочная гайка обеспечивает чистую и прочную резьбу, которая выдерживает многократные циклы сборки, не изнашивая материал основной панели.
• Нагрузка распределяется по фланцу с заклепочной гайкой, а не концентрируется на одной резьбе, нарезанной тонким листом, что значительно повышает сопротивление выдергиванию.

Для сред с высоким уровнем коррозии, таких как морские или прибрежные установки, заклепочные гайки из нержавеющей стали в сочетании с винтами из нержавеющей стали представляют собой наиболее надежную комбинацию, полностью исключающую гальванический риск и обеспечивающую высочайшую коррозионную стойкость по сравнению с любой стандартной парой крепежных материалов.