Śruby do aluminium: materiał, typ i instrukcja montażu

Dlaczego aluminium karze niewłaściwy wybór śruby

Dwa aluminiowe panele połączone niewłaściwą śrubą mogą wyglądać doskonale w dniu montażu, a osiemnaście miesięcy później mogą pojawić się smugi rdzy i wżery. Aluminium powoduje więcej problemów z elementami złącznymi niż prawie jakikolwiek inny powszechnie stosowany metal i sprowadza się to do dwóch odrębnych problemów, które łączy się w jedno: „po prostu użyj stali nierdzewnej”.

Pierwszą z nich jest korozja galwaniczna. Aluminium znajduje się wysoko na anodowym końcu szeregu galwanicznego, co oznacza, że ​​gdy styka się z bardziej szlachetnym metalem — stalą nierdzewną, mosiądzem, miedzią — w obecności wilgoci, aluminium poświęca się, aby chronić drugi metal. Przegląd techniczny SSINA dotyczący korozji galwanicznej zauważa, że szybkość korozji aluminium gwałtownie przyspiesza, gdy zostanie ono bezpośrednio połączone z bardziej katodowym metalem z regularnie występującym elektrolitem — dokładnie tak samo, jak w przypadku niepowlekanej śruby osadzonej w wilgotnym połączeniu.

Drugi problem ma charakter mechaniczny, a nie chemiczny. Aluminium jest miękkie w porównaniu ze stalą, więc śruba z niewłaściwym profilem gwintu lub zbyt dużym otworem prowadzącym wyrywa się na długo przed osiągnięciem przez złącze obciążenia znamionowego. Rozwiązywanie problemów związanych z korozją i rozwiązywanie problemów wymaga różnych decyzji, a traktowanie ich jako jednego problemu powoduje, że większość śrub nie dobiera się prawidłowo.

Dopasowany materiał śruby do aluminium

Najbezpieczniejszym materiałem pasującym do aluminium jest samo aluminium — aluminiowa śruba w aluminiowym metalu nieszlachetnym w ogóle nie tworzy pary galwanicznej, chociaż odbiera wytrzymałość potrzebną niektórym połączeniom. Poza tym właściwy wybór zależy zarówno od środowiska, jak i obciążenia:

• Śruby aluminiowe — zerowe ryzyko galwaniczne, najlepsze w przypadku lekkich zespołów o niskim naprężeniu
• Stal węglowa ocynkowana — dopuszczalny do stosowania w suchych pomieszczeniach; powłoka cynkowa poświęca się wcześniej niż aluminium, ale z czasem ulega zużyciu
• Stal nierdzewna (304 lub 316) — sam w sobie mocny i odporny na korozję, ale reaguje z aluminium i wymaga izolacji w środowisku mokrym lub na zewnątrz
• Mosiądz lub miedź — jedno z najbardziej agresywnych połączeń z aluminium; należy unikać w przypadku wszelkich zastosowań narażonych na działanie wilgoci

Niepowlekana stal węglowa to jedyna kombinacja, którą można całkowicie wykluczyć. Powoduje korozję aluminium poprzez działanie galwaniczne i rdzewieje, niszcząc jednocześnie z obu stron.

Wkręty samogwintujące a wkręty maszynowe do aluminium

To, który typ śruby pasuje, zależy od tego, czy aluminium ma już gwintowany otwór. Wymagana jest cienka blacha aluminiowa, wytłaczana lub rura bez wstępnie naciętego gwintu wkręty samogwintujące ze stali nierdzewnej , które w trakcie wbijania przecinają własny gwint i eliminują oddzielny etap gwintowania.

Jeżeli część aluminiowa ma już obrobiony maszynowo lub gwintowany otwór — obudowy odlewane, profile wytłaczane z wstępnie uformowanymi kanałami lub zespoły, które wymagają wielokrotnego demontażu i ponownego montażu — wkręty maszynowe z wgłębieniem krzyżowym do wstępnie gwintowanych otworów aluminiowych wytrzymują lepiej w powtarzanych cyklach, ponieważ nie wycinają nowego materiału nici za każdym razem, gdy są usuwane i ponownie instalowane.

W przypadku zespołów narażonych na ciągłe wibracje — obudowy w pobliżu silników, panele na sprzęcie mobilnym — połącz dowolny typ śruby z podkładki sprężyste do podatnych na wibracje zespołów aluminiowych zamiast polegać wyłącznie na tarciu gwintu, aby utrzymać szczelność połączenia.

Rozmiar otworu pilotującego i technika montażu

Zbyt mały wywiercony otwór prowadzący powoduje zerwanie gwintu aluminiowego przy pierwszym montażu; wywiercono zbyt duży otwór i wkręt nigdy nie wytworzył odpowiedniej siły trzymania. Ogólnym celem jest 85 do 90 procent mniejszej średnicy wkrętu w przypadku wkrętów samogwintujących w aluminium — mniejszy niż stosunek stosowany w przypadku stali, ponieważ niższa wytrzymałość aluminium na ścinanie oznacza, że ​​potrzebuje nieco większego prześwitu, aby uniknąć pękania wokół otworu.

Technika jazdy ma znaczenie tak samo jak rozmiar dziury. Niskoobrotowe, zapewniające dużą kontrolę sterowniki z ogranicznikiem momentu obrotowego zapobiegają dwóm najczęstszym błędom montażowym: gwintowaniu poprzecznemu spowodowanemu zbyt szybką jazdą oraz nadmiernemu dokręcaniu gwintów poza punkt, w którym aluminium może wytrzymać. Ogólna zasada zakłada, że ​​głębokość gwintu powinna wynosić co najmniej 1,5 średnicy śruby, aby uzyskać odpowiednią odporność na wyciąganie z tak miękkiego metalu.

Izolowanie elementów złącznych w celu zapobiegania korozji galwanicznej

Kiedy śruba ze stali nierdzewnej jest właściwym wyborem ze względu na wytrzymałość, ale aluminium nie może zostać zastąpione, izolacja zamyka lukę. Płaskie podkładki ze stali nierdzewnej do izolowania różnych metali — w połączeniu z nylonową lub gumową tuleją, nieużywaną samodzielnie — przerywają bezpośredni kontakt metal-metal, który w pierwszej kolejności umożliwia utworzenie ogniwa galwanicznego.

Oprócz podkładek, środek przeciwzatarciowy lub powłoka dielektryczna na gwintach śrub stanowi drugą barierę, która się opłaca podwójnie: spowalnia korozję i zapobiega zacieraniu się śrub nierdzewnych w gwintach aluminiowych, co stanowi odrębny problem, który nie ma nic wspólnego z elektrochemią, a wszystko ma związek z tendencją stali nierdzewnej do zacierania się pod wpływem tarcia. Kompatybilność elementów złącznych Fastenal i odniesienie do poszycia określa, które kombinacje powłok najlepiej sprawdzają się w przypadku popularnych par metali. Nasz przewodnik po podkładkach płaskich ze stali nierdzewnej i zapobieganiu korozji galwanicznej obejmuje bardziej szczegółowy wybór podkładki i instalację.

Wybór pomiędzy 304 a 316 dla zewnętrznych zespołów aluminiowych

Po zakończeniu izolacji pozostaje decyzja, który gatunek stali nierdzewnej wybrać. 304 nadaje się do ogólnego stosowania w pomieszczeniach zamkniętych i umiarkowanie wilgotnych przy niższych kosztach, ale jego odporność na korozję wżerową wywołaną chlorkami jest ograniczona. 316 dodaje do stopu molibden, co znacząco poprawia odporność na działanie soli i sprawia, że ​​jest to standardowy wybór w środowiskach przybrzeżnych, morskich lub odladzających.

To rozróżnienie ma większe znaczenie w przypadku aluminium niż w przypadku połączeń stal-stal, ponieważ wgłębiona śruba 304 z czasem tworzy bardziej chropowatą, bardziej reaktywną powierzchnię, przyspieszając proces galwaniczny, który miały kontrolować środki izolacyjne. Nasz szczegółowe porównanie elementów złącznych ze stali nierdzewnej 304 i 316 wyjaśnia różnice w stopach i sprawdza, gdzie każdy gatunek się sprawdza.

Typowe błędy powodujące zdzieranie lub korozję połączeń aluminiowych

• Wiercenie otworu prowadzącego o zbyt małym rozmiarze dla śruby, który przy pierwszym montażu powoduje usunięcie gwintu z miękkiego aluminium
• Używanie niepowlekanej stali nierdzewnej lub węglowej bezpośrednio na aluminium w dowolnym otoczeniu zewnętrznym lub wilgotnym
• Nadmierne dokręcenie wkrętów samogwintujących powyżej punktu, w którym może wytrzymać gwint aluminiowy, szczególnie w przypadku wkrętaków o dużej mocy przy ustawieniach wysokiego momentu obrotowego
• Pomijanie podkładek izolacyjnych, ponieważ złącze „nie znajduje się w pobliżu wody”, ignorując wilgotność otoczenia jako wystarczający elektrolit
• Ponowne użycie wkrętów samogwintujących w tym samym otworze po demontażu, gdy oryginalny gwint został już wycięty i nie można go ponownie prawidłowo połączyć

Większość usterek w mocowaniach aluminium wynika z jednego z nich, a nie z zasadniczo złego wyboru materiału — dlatego też prawidłowe dobranie otworu prowadzącego, moment obrotowy i izolacja często mają większe znaczenie niż dyskusja wyłącznie na temat stali nierdzewnej.