Методы проверки калибрами трубной цилиндрической резьбы

В последнее время биметаллические радиаторы с стальными коллекторами и алюминиевым внешним корпусом становятся всё более востребованными среди секционных отопительных приборов. В соответствии с европейскими стандартами, большинство производителей применяют накатный метод для создания внутренней резьбы в своих отопительных устройствах. Такой подход гарантирует надежное и долговечное резьбовое соединение, что подтверждается многолетне практикой использования биметаллических радиаторов.

Согласно ГОСТ 31311-2005 «Приборы отопительные. Общие технические условия» (пункт 8.2), резьбовые соединения в отопительных устройствах подлежат испытаниям с помощью резьбовых калипров. Однако некоторые производители радиаторов, использующие нарезную технологию, а также различные некоммерческие ассоциации, многократно обращались в государственные органы и ведомства с предложением дополнительно проверять внутреннюю резьбу с использованием гладких калипров.

В данной статье мы обсуждаем целесообразность таких предложений на примере резьбы G1, которая распространена в большинстве отопительных приборов.

Первоначально остановимся на ключевых требованиях к трубной резьбе.

1. Параметры цилиндрической трубной резьбы регламентированы ГОСТ 6357-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая», в соответствии с которым:

Номинальный профиль и размеры всех элементов резьбы должны быть обозначены, как указано на Чертеж 1:

d — наружный диаметр резьбы; 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; P — шаг резьбы; Н — высота исходного треугольника; Н1 — рабочая высота профиля; R — радиус закругления вершины и впадины на резьбе.

Для резьбы G1 соответствующие значения приведены в Таблице 1:

При этом, как указано в том же ГОСТ 6357-81, допускается наличие отклонений от установленных значений (допусков), при соблюдении которых резьба будет соответствовать стандарту.

Схематические изображения полей допусков как для наружной, так и для внутренней резьбы можно увидеть на Чертеж 2.

Отклонения определяются от номинального профиля резьбы в перпендикулярном ей направлении.

es — верхний предел для наружной резьбы; ES — верхний предел для внутренней резьбы; ei — нижний предел для наружной резьбы; EI — нижний предел для внутренней резьбы.

— допуски для диаметров d, d2, D1, D2.

Численные значения допусков для наружных и внутренних диаметров резьбы приведены в Таблице 3:

Заметим, что согласно Таблице 1, значение H1 (рабочая высота профиля резьбы) составляет 1,478515 мм, в то время как по Таблице 3, допустимые показатели для внутреннего диаметра внутренней резьбы D1 и наружного диаметра наружной резьбы d составляют 640 мкм и 360 мкм соответственно. На Чертеж 3 отображены профили внутренней и наружной резьбы G1, выполненные в рамках максимально допустимых отклонений от номинала, как указано в Таблице 3. Такие профили полностью отвечают требованиям ГОСТ 6357-81.

На чертеже явно видно, что лишь 32,4% высоты профиля резьбы активно участвует в резьбовом соединении.

В связи с этим вызывает недоумение позиция ряда производителей отопительных приборов и профильных ассоциаций, которые считают недопустимым признание резьбы годной, если её профиль составляет менее 38% от эталона. Похоже, представители этих организаций не осознают базовых принципов ГОСТ 6357-81 в отношении того, какая резьба (и с какими параметрами) может считаться соответствующей данному стандарту.

Мы полагаем, что необходимость столь значительных допусков связана с требованиями пункта 5.1.6 «СП 73.13330.2016 Внутренние санитарно-технические системы зданий», где указано, что «при сборке узлов резьбовые соединения должны быть уплотнены.
В качестве уплотнителя для резьбовых соединений при температурах перемещаемых сред до 378 K (105°C) рекомендуется применять ФУМ-ленту или льняную прядь по ГОСТ Р 53484, пропитанную свинцовым суриком или белилами, замешанными на натуральной олифе, либо специальные уплотняющие герметики.

Теперь давайте обратим внимание на главный вопрос данной статьи: насколько обоснованно включение в нормативные документы требования о проверке внутренней резьбы отопительных приборов с использованием гладких калипров.

Рассмотрим предложение о контроле внутренней резьбы отопительных устройств гладким проходным калибром:

Представим идеальный случай, когда внутренняя резьба изготовлена с максимальной точностью в соответствии с ГОСТ 6357-81, то есть с идеальным профилем без каких-либо отклонений. В этом случае внутренний диаметр резьбы, согласно Таблице 2, составит 30,291 мм.

Попробуем проверить указанную резьбу гладким проходным калибром.

Согласно пункту 6.2 ГОСТ 2533-88 «Калибры для трубной резьбы. Допуски» размеры диаметров гладких калипров для контроля наружной и внутренней резьбы должны высчитываться по формулам, представленным в Таблице 4.

Параметры H1 и Z1 можно найти в Таблице 5.

Из анализа данных в упомянутых таблицах видно, что диаметр гладкого проходного калибра составит:

• 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

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

Таким образом, возникает парадоксальная ситуация: гладкий проходной калибр, обладающий минимальным диаметром 30,330 мм, должен свободно входить в идеальную резьбу, параметры которой составляют 30,291 мм, что теоретически невозможно.

В итоге, если мы будем проверять идеально выполненную резьбу согласно ГОСТ 6357-81 с помощью гладкого проходного калибра, эта резьба будет признана несоответствующей указанному стандарту, что является полным абсурдом.

Это частично объясняет ситуации, когда резьбовые соединения, выполненные согласно ГОСТ 6357-81 класс А и требующие высокой точности в отношении допускаемых отклонений, отказываются пройти проверку гладким проходным калибром.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что введение нового требования проверять внутреннюю резьбу отопительных приборов гладкими проходными калибрами не только не обеспечит должный контроль за соответствием резьбы ГОСТ 6357-81, но, наоборот, приведет к нелепой ситуации, когда изделия, изготовленные в полном соответствии с этим стандартом, могут оказаться признанными бракованными.

Теперь проанализируем предложение о контроле внутренней резьбы отопительных приборов с помощью гладкого непроходного калибра:

Представим ситуацию, когда внутренняя резьба сделана строго по стандартам ГОСТ 6357-81, но с максимальным допустимым отклонением – 640 мкм (смотрите значение TD1 в Таблице 3). В данной ситуации внутренний диаметр резьбы будет равен 30,931 мм.

Теперь проверим эту резьбу гладким непроходным калибром.

Исходя из данных, представленных в Таблицах 4 и 5, можно отметить, что диаметр гладкого непроходного калибра составит:

• номинальное значение: D1 + 640 мкм = 30,931 мм
• значение с верхним пределом отклонения: D1 + 640 мкм + 13 мкм = 30,944 мм
• значение с нижним пределом отклонения: D1 + 640 мкм — 13 мкм = 30,918 мм

Важно отметить, что в соответствии с 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 весом или какой-либо силой».

Таким образом, мы снова видим парадоксальную ситуацию: гладкий непроходной калибр, который не имеет износа и имеет минимальный возможный диаметр 30,918 мм, не должен свободно входить в резьбу, выполненную по ГОСТ 6357-81 с максимальными допусками, диаметр которой составляет 30,931 мм. Это невозможно в принципе.

Следовательно, при проверке резьбы, выполненной по ГОСТ 6357-81, гладким непроходным калибром, данная резьба будет признана несоответствующей данному стандарту, что само по себе является абсурдом.

Таким образом, можно сделать вывод, что введение требования проверки внутренней резьбы отопительных приборов гладкими непроходными калибрами не обеспечит контроль соответствия выполнения резьбы требованиям ГОСТ 6357-81.

Следовательно, проведённый выше анализ однозначно указывает на то, что использование гладких калибров не только не позволяет точно установить, соответствует ли резьба стандартам ГОСТ 6357-81, но и может привести к тому, что резьба, полностью соответствующая данному ГОСТу, будет признана бракованной.

Кроме того, интерес представляют и сами правила применения гладких калибров, изложенные в ГОСТ 24939-81 «Калибры для цилиндрических резьб» (Приложение 2 «Правила применения калибров»).

В частности, для гладкого проходного калибра предусмотрено требование, согласно которому калибр должен свободно входить в контролируемую резьбу под действием собственного веса или оказываемой силы, тогда как для гладкого непроходного калибра указано, что он не должен входить в резьбу под действием собственного веса или силы.

Однако ни Правила применения калибров, ни ГОСТ 24939-81, ни другие нормативные документы не уточняют, кто и как должен определять величину этой силы и в каком направлении она должна действовать на калибр.

Из этого можно сделать однозначный вывод, что отсутствует единая и утвержденная методика применения калибров.

Кроме того, в контексте требований к тестированию резьбы отопительных приборов целесообразно обратить внимание на аналогичные моменты в стандартах, касающиеся элементов системы отопления, которые непосредственно подключаются к отопительным приборам.

К примеру, в разделе «2. Нормативные ссылки» ГОСТ 30815-2002 «Терморегуляторы автоматические для отопительных приборов систем водяного отопления зданий» упоминается ГОСТ 6357-81, однако затем он не используется в основном тексте. Возможно, именно поэтому в новой редакции ГОСТ 30815-2019 ссылка на ГОСТ 6357-81 полностью отсутствует.

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

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

В связи с этим не совсем понятна цель предложений контроля резьбы именно отопительных приборов с использованием гладких калибров, если нет установленного контроля резьбы элементов систем отопления, которые непосредственно подключаются к отопительным приборам.

По нашему мнению, бессмысленно проводить какие-либо обсуждения применения гладких калибров для контроля внутренней резьбы отопительных приборов при наличии:

• указанных в данной статье несоответствий между номинальным диаметром внутренней резьбы и номинальным диаметром гладкого проходного калибра,
• отсутствия единой approved методики применения калибров,
• отсутствия каких-либо требований к резьбе и её контролю в отношении элементов систем отопления, напрямую присоединяемых к отопительным приборам.

Кроме того, с целью выяснения влияния результатов проверок гладкими калибрами на прочность резьбового соединения отопительных приборов, мы провели серию испытаний. В рамках испытаний были выбраны восемь образцов секций радиаторов трех типов:

• алюминиевые (АЛ),
• биметаллические с стальными вертикальными и горизонтальными теплопроводящими каналами (БМ),
• алюминиевые радиаторы со стальными вертикальными теплопроводящими каналами (АСВК).

Все образцы были проверены с использованием резьбовых (проходного и непроходного) калибров, а также дополнительно проверены гладкими калибрами. Результаты проверок, проведённые с использованием гладких калибров, представлены в Таблице 6.

Образцы 7 и 8 были выбраны таким образом, что непроходной гладкий калибр свободно и без усилий входил в резьбовое отверстие секций радиаторов. В образцы были установлены резьбовые пробки, рекомендуемые производителем радиаторов. Испытания проводились на статическое растяжение до разрушения образцов в сертифицированном лабораторном центре.

Результаты испытания на статическое растяжение

Результаты тестирования были подтверждены протоколами из официальной испытательной лаборатории, а также записью на видео и фотографиями.

На примере образца под номером 4 очевидно, что в процессе испытания биметаллического радиатора деформация проявляется именно в области резьбового соединения.

При тестировании радиаторов из алюминия и с вертикальным стальным каналом разрушение происходило в корпусе секции этих радиаторов.

С приведенными данными можно сделать вывод, что резьба радиатора отопления, которая не прошла проверку гладким проходным (образцы 1 и 6) либо непроходным (образцы 7 и 8) калибром, но полностью отвечает требованиям ГОСТ 6357, при тестировании резьбовыми калибрами образует соединение, пределы пропорциональной деформации которого значительно превосходят нагрузки, которые могут выдержать другие компоненты систем отопления.

Необходимо отметить, что радиаторы с резьбами, не прошедшими проверку гладкими калибрами, продемонстрировали надежность и безопасность в отношении разрушений соединений, сопоставимую, а в некоторых ситуациях даже превосходящую результаты радиаторов с резьбой, прошедшей тестирование этими калибрами.

Это еще раз подчеркивает, что тестирование резьб гладкими калибрами не негативно сказывается на прочности резьбового соединения радиаторов отопления и, соответственно, на их безопасность и надежность.

Кроме того, для образцов №7 и №8 предельная нагрузка на резьбовое соединение превышала напряжение, необходимое для разрушения корпуса алюминиевого радиатора и радиатора с вертикальным стальным каналом. Особенно показательно, что алюминиевые радиаторы со стальным вертикальным каналом продемонстрировали более низкие показатели по сравнению с обычным алюминиевым радиатором.

Учитывая все вышеизложенное, можно сделать ясный вывод о том, что действующие методические рекомендации по контролю внутренней резьбы отопительных приборов исключительно с использованием резьбовых калибров (пункт 8.2. ГОСТ 31311-2005) являются более чем достаточными для создания надежных и безопасных для потребителя отопительных приборов.