О методах контроля калибрами трубной цилиндрической резьбы

Материал размещен от имени — Маслова Александра Владимировича, кандидата физико-математических наук.

В последние годы всё большую популярность среди секционных отопительных приборов заслуженно приобретают биметаллические радиаторы со стальными коллекторами и внешним алюминиевым корпусом. В соответствии с европейскими технологиями внутренняя резьба отопительных приборов у большинства производителей выполняется методом накатки. Накатная резьба обеспечивает долговечное и безопасное резьбовое соединение, о чём свидетельствует многолетняя практика успешного использования биметаллических радиаторов.

О методах контроля калибрами трубной цилиндрической резьбы

В соответствие с ГОСТ 31311-2005 «Приборы отопительные. Общие технические условия» (п.8.2.) резьбовые соединения отопительных приборов испытываются резьбовыми калибрами. В то же время, отдельные производители радиаторов, использующие нарезную технологию, а также некоммерческие отраслевые объединения неоднократно предлагали/обращались в различные государственные органы, ведомства, службы с требованием дополнительно проверять внутреннюю резьбу гладкими калибрами.

В настоящей работе рассматривается вопрос об обоснованности данных предложений и целесообразности введения такого дополнительного требования на примере резьбы G1, которая используется на большинстве отопительных приборов.

Основные требования выполнения трубной резьбы

Для начала рассмотрим основные требования выполнения трубной резьбы.

Параметры цилиндрической трубной резьбы определяются ГОСТ 6357-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая», согласно которому: номинальный профиль резьбы и размеры его элементов должны соответствовать указанным на Чертеже 1.

Чертеж 1

• d — наружный диаметр наружной резьбы (трубы);
• d1 — внутренний диаметр наружной резьбы;
• d2 — средний диаметр наружной резьбы;
• D — наружный диаметр внутренней резьбы (муфты);
• D1 — внутренний диаметр внутренней резьбы;
• D2— средний диаметр внутренней резьбы;
• Р — шаг резьбы; Н — высота исходного треугольника;
• Н1 — рабочая высота профиля;
• R — радиус закругления вершины и впадины резьбы (черт.1).

Размеры указанных выше показателей в миллиметрах для резьбы G1 приведены в Таблице 1:

Таблица 1

Шаг Р	d=D	d2=D2	d1=D1	H	H1	R
2,309	33.249	31,770	30,291	2,217774	1,478515	0,317093

При этом, согласно тому же ГОСТ 6357-81, допускается выполнение резьбы с отклонениями от заданных значений (допуски), при соблюдении которых резьба также будет соответствовать ГОСТ 6357-81.

Схемы полей допусков наружной и внутренней резьбы приведены на Чертеже 2.

Отклонения отсчитывают от номинального (идеального) профиля резьбы в направлении перпендикулярном оси резьбы.

Чертеж 2

• es — верхнее отклонение диаметров наружной резьбы;
• ES — верхнее отклонение диаметров внутренней резьбы;
• ei — нижнее отклонение диаметров наружной резьбы;
• EI — нижнее отклонение диаметров внутренней резьбы.

— допуски диаметров d, d2, D1, D2

 

 

Числовые значения допусков диаметров наружной и внутренней резьбы должны соответствовать приведенным в Таблице 3:

Таблица 3

Обозначение размера резьбы	Шаг P, мм	Наружная резьба			Внутренняя резьба
		Диаметры резьбы
		Наружный диаметр наружной резьбы	Средний диаметр наружной резьбы		Средний диаметр внутренней резьбы		Внутренний диаметр внутренней резьбы
		Допуски, мкм
		Td	Td2		TD2		TD1
		Класс А	Класс В	Класс А	Класс В
G1	2,309	360	180	360	180	360	640

Отметим, что, согласно Таблице 1, величина H1 (рабочая высота профиля резьбы) равна 1,478515 мм, а, в соответствии с Таблицей 3, допуски по внутреннему диаметру внутренней резьбы D1 и наружному диаметру наружной резьбы d составляют 640 мкм и 360 мкм соответственно. На Чертеже 3 приведены профили внутренней и наружной резьбы G1, выполненные с максимальным допустимым отклонением от номинального профиля в соответствии с Таблицей 3. При этом указанные профили резьбы полностью соответствуют требованиям ГОСТ 6357-81.

Чертеж 4

На чертеже отчётливо видно, что в этом случае только 32,4 % высоты профиля резьбы участвует в резьбовом соединении.

В связи с этим вызывает особое удивление позиция некоторых производителей отопительных приборов, а также профильных отраслевых объединений, которые считают недопустимым признание резьбы годной в случае, если профиль резьбы составляет лишь 38% от номинала. По всей видимости, данные производители и объединения просто не понимают элементарных основ ГОСТ 6357-81 в части того, какая именно резьба (с какими размерами) считается выполненной в соответствии с данным ГОСТ.

По нашему мнению, необходимость столь значительных допусков связана с требованием пункта 5.1.6 «СП 73.13330.2016 Внутренние санитарно-технические системы зданий», согласно которому «при сборке узлов резьбовые соединения должны быть уплотнены.

Рекомендации! В качестве уплотнителя для резьбовых соединений при температуре перемещаемой среды до 378 К (105°С) рекомендуется применять ленту ФУМ или льняную прядь по ГОСТ Р 53484, пропитанную свинцовым суриком или белилами, замешанными на натуральной олифе, или специальными уплотняющими пастами-герметиками».

А теперь перейдем к рассмотрению основного вопроса настоящей статьи: насколько целесообразно внесение в нормативную документацию в части контроля резьбы отопительных приборов требования об обязательной проверке внутренней резьбы гладкими калибрами.

Проанализируем предложение контроля внутренней резьбы отопительных приборов гладким проходным калибром.

Рассмотрим идеальный вариант, когда внутренняя резьба выполнена в строжайшем соответствии с ГОСТ 6357-81, т.е. идеально по номинальному профилю без каких-либо допусков. В этом случае, согласно Таблице 2, внутренний диаметр резьбы составит 30,291 мм.

Попытаемся проверить данную резьбу гладким проходным калибром.

В соответствии с пунктом 6.2. ГОСТ 2533-88 «Калибры для трубной резьбы. Допуски» размеры диаметров гладких калибров для контроля наружной и внутренней резьбы должны определяться по формулам, указанным в Таблице 4.

Таблица 4

Обозначение (номер вида) калибра	Наименование и назначение вида калибра	Диаметр калибра
		Номинал	Предельное отклонение
	Калибры для внутренней резьбы
ПР (23)	Калибр-пробка гладкий проходной	D1+Z1
НЕ (24)	Калибр-пробка гладкий непроходной	D1+TD1

Значения показателей H1 и Z1 приведены в Таблице 5.

Таблица 5

Значение TD1  по ГОСТ 6357	H1, мкм	Z1
От 375 мкм до 710 мкм	26	52

 Из анализа данных приведённых выше таблиц следует, что диаметр гладкого проходного калибра будет равен:

— номинальное значение: D1+ 52 мкм = 30,343 мм

— значение с предельным верхним отклонением: D1+ 52 мкм + 13 мкм = 30,356 мм

— значение с предельным нижним отклонением: D1+ 52 мкм — 13 мкм = 30,330 мм

Отметим, что, согласно п.2.3. Приложения 2 «Правила применения калибров» к ГОСТ 24939-81 «Калибры для цилиндрических резьб», «гладкий проходной калибр должен свободно входить в контролируемую резьбу под действием собственного веса или определенной силы».

В связи с этим мы получаем парадоксальную картину, при которой гладкий проходной калибр, не имеющий износа, минимально возможный диаметр которого составляет 30,330 мм должен свободно войти в идеально выполненную по ГОСТ 6357-81 резьбу, диаметр которой составляет 30,291 мм (номинал), что в принципе невозможно.

Таким образом, при проведении проверки идеально выполненной по ГОСТ 6357-81 резьбы гладким проходным калибром, данная резьба будет признана не соответствующей ГОСТ 6357-81, что само по себе является абсурдом.

Отчасти это объясняет случаи, когда резьбовые соединения, выполненные по ГОСТ 6357-81 класс А, требующие более точного выполнения резьбы с точки зрения допустимых отклонений (допусков), бракуются при проверке гладким проходным калибром.

Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что введение дополнительного требования проверки внутренней резьбы отопительных приборов гладкими проходными калибрами не только не обеспечит контроль за выполнением резьбы на соответствие ГОСТ 6357-81, а, напротив, приведет к абсурдной ситуации, когда выполненные в полном соответствии с требованиями ГОСТ отопительные приборы будут признаны бракованными.

Далее проанализируем предложение контроля внутренней резьбы отопительных приборов гладким непроходным калибром.

Рассмотрим вариант, когда внутренняя резьба выполнена в полном соответствии с ГОСТ 6357-81, но с максимальным предусмотренным ГОСТ допуском – 640 мкм (см. показатель TD1 Таблица 3). В этом случае внутренний диаметр резьбы составит 30,931 мм.

Попытаемся проверить данную резьбу гладким непроходным калибром.

Из анализа данных, приведённых в Таблице 4 и Таблице 5, следует, что диаметр гладкого непроходного калибра будет равен:

— номинальное значение: D1+ 640 мкм = 30,931 мм

— значение в предельным верхним отклонением: D1+ 640 мкм + 13 мкм = 30,944 мм

— значение в предельным нижним отклонением: D1+ 640 мкм — 13 мкм = 30,918 мм

Отметим, что, согласно п.2.4. Приложения 2 «Правила применения калибров» к ГОСТ 24939-81 «Калибры для цилиндрических резьб», «гладкий непроходной калибр не должен входить в контролируемую резьбу под действием собственного веса или определенной силы».

В связи с этим мы опять получаем парадоксальную картину, при которой гладкий НЕпроходной калибр, не имеющий износа, минимально возможный диаметр которого составляет 30,918 мм НЕ должен свободно войти в выполненную по ГОСТ 6357-81 с максимальными допусками резьбу, диаметр которой составляет 30, 931 мм, что в принципе невозможно.

Таким образом, при проведении проверки выполненной по ГОСТ 6357-81 резьбы гладким НЕпроходным калибром, данная резьба будет признана не соответствующей ГОСТ 6357-81, что само по себе является абсурдом.

Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что введение дополнительного требования проверки внутренней резьбы отопительных приборов гладкими непроходными калибрами не обеспечит контроль за выполнением резьбы на соответствие ГОСТ 6357-81.

Таким образом, приведенный выше анализ однозначно свидетельствует о том, что применение гладких калибров ни только не способно однозначно установить соответствие или несоответствие резьбы требованиям ГОСТ 6357-81, но может также повлечь признание полностью соответствующей данному ГОСТу резьбы бракованной.

Отдельный интерес представляют и сами правила применения гладких калибров. Они изложены в ГОСТ 24939-81 «Калибры для цилиндрических резьб» (Приложение 2 «Правила применения калибров»).

Так, для гладкого проходного калибра-пробки предусмотрено требование, по которому калибр должен свободно входить в контролируемую резьбу под действием собственного веса или определенной силы, а для гладкого непроходного калибра-пробки требование, по которому данный калибр не должен входить в контролируемую резьбу под действием собственного веса или определенной силы.

При этом ни Правила применения калибров, ни ГОСТ 24939-81, ни какие-либо иные нормативные документы не устанавливают, кто и как должен определять величину этой силы, и в каком направлении она должна действовать на калибр.

Из этого можно сделать однозначный вывод, согласно которому отсутствует единая установленная соответствующими нормативно-правовыми актами методика применения калибров.

Помимо этого, на наш взгляд, при обсуждении требований к испытанию резьбы отопительных приборов целесообразно рассмотреть аналогичные условия стандартов для элементов системы отопления, непосредственно присоединяемых к отопительным приборам.

Так, в разделе «2. Нормативные ссылки» ГОСТ 30815-2002 «Терморегуляторы автоматические отопительных приборов систем водяного отопления зданий» ГОСТ 6357-81 упоминается, однако, в дальнейшем в тексте не используется. Возможно по этой причине в новой редакции ГОСТ 30815-2019 в перечне нормативных ссылок ГОСТ 6357-81 и вовсе отсутствует.

Кроме этого, в ГОСТ 21345-2005 «Краны шаровые конусные и цилиндрические» ГОСТ 6357 также не упоминается.

Таким образом, в стандартах ГОСТ 30815-2019 и ГОСТ 21345-2005 на элементы систем отопления, непосредственно присоединяемые к отопительным приборам, требования по испытанию резьбы на соответствие ГОСТ 6357-81 полностью отсутствуют.

В связи с чем непонятно, какую именно цель преследуют авторы предложений контроля резьбы именно отопительных приборов дополнительно гладкими калибрами без установления вообще какого-либо контроля резьбы элементов систем отопления, непосредственно присоединяемых к отопительным приборам.

По нашему мнению, абсолютно бессмысленно вести какое-либо обсуждение применения гладких калибров для контроля внутренней резьбы отопительных приборов при наличии:

• указанных в настоящей статье несоответствий между номинальным диаметром внутренней резьбы и номинальным диаметром гладкого проходного калибра;
• отсутствии единой утвержденной методики применения калибров;
• отсутствии каких-либо требований к резьбе и методам ее контроля в отношении элементов систем отопления, непосредственно присоединяемых к отопительным приборам.

Дополнительно, в целях установления зависимости того, как влияют на прочность резьбового соединения отопительных приборов результаты проверки гладкими калибрами, нами был проведен ряд испытаний. Для испытаний были подобраны восемь образцов секций радиаторов трёх видов:

— алюминиевые (АЛ),

— биметаллические со стальными вертикальными и горизонтальными теплопроводящими каналами (БМ),

— алюминиевые радиаторы со стальными вертикальными теплопроводящими каналами (АСВК).

Все образцы прошли проверку резьбовыми (проходным и непроходным) калибрами, а также дополнительно были проверены гладкими калибрами. Результаты проверки гладкими калибрами приведены в Таблице 6.

Образцы 7 и 8 были подобраны так, что непроходной гладкий калибр свободно без усилий с небольшим люфтом входил в резьбовое отверстие секций радиаторов. В образцы были ввинчены резьбовые пробки, которые рекомендует производитель радиаторов. Испытания проводились на статическое растяжение до разрушения образцов в сертифицированной лаборатории.

Таблица 6

Результаты испытания на статическое растяжение

Номер образца	Вид радиатора	Проверка гладким проходным калибром	Проверка гладким непроходным калибром	Разрушающая нагрузка, Н	Предел пропорциональности.  Бар
1	БМ	отрицательно	положительно	48 791	604,10
2	АСВК	положительно	положительно	41 884	525,71
3	АСВК	положительно	положительно	35 309	444,65
4	БМ	положительно	положительно	108 272	1249,13
5	АЛ	положительно	положительно	39 924	502,09
6	БМ	отрицательно	положительно	102 473	1016,17
7	БМ	положительно	отрицательно	46 272	563,17
8	БМ	положительно	отрицательно	52 987	619,63

Результаты испытаний подтверждены официальными протоколами испытательной лаборатории, видео и фото съёмкой.

На примере образца №4 отчётливо видно, что при испытании биметаллического радиатора деформация происходит в резьбовом соединении.

При испытании алюминиевого радиатора и радиатора со стальным теплопроводящим каналом разрушение происходило в корпусе секции радиатора.

Из приведённых данных следует, что резьба радиатора отопления, не прошедшая проверку гладким проходным (образца 1, 6) или непроходным (образца 7, 8) калибром, однако полностью соответствующая требованиям ГОСТ – 6357, при проведении проверки резьбовыми калибрами образует такое резьбовое соединение, предел пропорциональной деформации которого многократно превышает величины давлений, которые могут выдержать другие элементы систем отопления.

Показательным является также тот момент, что радиаторы, чьи резьбы не прошли проверку каким-либо гладким калибром, по своей надежности и безопасности в части разрушения резьбового соединения показали схожий, а в некоторых случаях и лучший результат по сравнению с теми радиаторами, чья резьба прошла проверку обоими гладкими калибрами.

Это в очередной раз доказывает, что проверка резьбы гладкими калибрами никоим образом не влияет на прочность резьбового соединения радиатора отопления и, как следствие, на безопасность и надежность данного прибора.

Более того, для образцов №7 и №8 разрушающая нагрузка резьбового соединения оказалась выше нагрузки разрушения корпуса секции алюминиевого радиатора и радиатора с вертикальным стальным каналом. Особенно показательно, что алюминиевые радиаторы со стальным вертикальным каналом показали худшие результаты, чем обычный алюминиевый радиатор.

Исходя из всего вышеизложенного в настоящей статье, мы можем сделать однозначный вывод, что предусмотренные в настоящее время методы контроля внутренней резьбы отопительных приборов только резьбовыми калибрами (п.8.2. ГОСТ 31311-2005) являются более чем достаточными для производства надежных и безопасных для потребителя отопительных приборов.

Автор — Маслов Александр Владимирович, кандидат физико-математических наук.