استاد بولت Stud bolt که تحت نام های مختلف دیگری مانند پیچ تمام رزوه، پیچ تمام دنده، استد بولت، پیچ فلنج و پیچ صنایع نفت و پتروشیمی نیز خوانده می شود نوعی پیچ از دسته اتصالات صنعتی می باشد که به شکل یک راد یا میله تمام دنده تولید می شود. استاد بولت ها اغلب طبق استاندارد آمریکایی ASTM A193 تولید می شوند و از این رو ابعاد و استاندارد های اینچی دارند. از استاد بولت در اتصالات فلنج ها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی و در اتصالات لوله های استنلس استیل انتقال مواد غذایی و دارو در کارخانه ها استفاده بسیاری می شود. اما استاندارد استاد بولت ASTM چیست و چه مفهومی دارد؟
بطور کلی استاندارد پیچ و مهره های صنعتی بیانگر متریال بکار گرفته شده در آنها و یا حتی گرید های آنها نمی باشد، بلکه استاندارد پیچ و مهره و استاد بولت به تبیین سایز شامل نوع دنده ها، طول گام دنده ها، عمق رزوه و جان پیچ اشاره دارد. مشخصات دیگر تعیین کننده قابلیت های استاد بولت بصورت جداگانه ای تحت نام های گرید و تنسایل و سختی سطحی قابل بحث می باشند. استاد بولت ها پیچ های تمام رزوه در اتصالات فلنج های صنعتی هستند که هم در گرید های استنلس استیل و هم در گرید های فولادی تولید و مورد استفاده قرار می گیرند.
پر مصرف ترین نوع استاد بولت ها استاد بولت های فولادی هستند که دارای تنسایل و مقاومت کششی بسیار بالا و مقاومت حرارتی مناسب هستند. در این میان استاد بولت گرید B7 و گرید B16 که در تولید آنها با بالا بردن درصد کربن در ساختار فولادی استاد بولت از یک سمت و با انجام عملیات سخت کاری سطحی به منظور بالا بردن سختی و تنسایل از جهت دیگر به مشخصات مکانیکی فوق العاده ای برای اتصالات فلنج رسیده اند هر دو دارای تنسایل و سختی سطحی یکسانی هستند. تفاوت دو گرید استاد بولت B7, B16 در واقع در مقاومت حرارتی عملکرد آنها می باشد بگونه ای که استفاده از استاد بولت فولادی گرید B7 اغلب برای شرایط دمایی تا میزان حداکثر 450 درجه و بکارگیری استاد بولت فولادی B16 برای دمای کاری بالای 450 درجه نیز مجاز می باشد. هر دو گرید استاد بولت فولادی B7 , B16 دارای تنسایل کششی 860 Mpa مگاپاسکال یا نیوتن بر میلیمتر مربع که دیمانسیون های یکسانی از تنسایل هستند و سختی سطحی این دو گرید استاد بولت فولادی برابر با 35 راکول می باشد و در ترکیبات این گرید از استاد بولت ها از کروم، مولیبدنیوم و وانادیوم نیز استفاده شده است.
استاد بولت فولادی با گرید L7 در واقع دارای عملیات حرارتی متفاوتی با دیگر گرید های استاد بولت فولادی می باشد و بگونه ای تولید می شود که قابلیت عملکرد در شرایط بسیار سرد را داشته باشد. عملا قطعات فولادی که برای شرایط محیطی سرد طراحی نشده اند در دماهای بسیار پایین که در کاربری استاد بولت های فولادی در خط لوله انتقال مواد نفتی و پتروشیمی با عبور از مناطق بسیار سرد مانند مناطق قطبی اتفاق می افتد در برابر تنش های ارتعاشی و بالاخص ضربه بسیار ترد می شوند. استاد بولت فولادی L7 قابلیت کاربری در دماهای بسیار سرد تا -64 درجه سانتی گراد را نیز دارد. در زیر جدول استاندارد استاد بولت ها برای انواع و متریال های استاد بولت های فولادی و استیل آورده شده است.
| حداقل افزایش طول % | حداقل تنش تسلیم ksi | حداقل تنسایل ksi | سایزin | گرید استاد بولت |
|---|---|---|---|---|
| 16 | 105 | 125 | تا 2-1/2 | B7 |
| 16 | 95 | 115 | تا 2 5/8 - 4 | B7 |
| 18 | 75 | 100 | 4 1/8 - 7 | B7 |
| 30 | 30 | 75 | تمام سایز ها | B8 Class 1 |
| 30 | 30 | 75 | تمام سایز ها | B8M Class 1 |
| 12 | 100 | 125 | تا 3/4 | B8 Class 2 |
| 15 | 80 | 115 | 7/8-1 | B8 Class 2 |
| 20 | 65 | 105 | 1-1/8 - 1-1/4 | B8 Class 2 |
| 28 | 50 | 100 | 1-3/8 - 1-1/2 | B8 Class 2 |
| 20 | 80 | 100 | 7/8-1 | B8M Class 2 |
| 25 | 65 | 95 | 1-1/8 - 1-1/4 | B8M Class 2 |
| 30 | 50 | 90 | 1-3/8 - 1-1/2 | B8M Class 2 |
استاد بولت های استیل به سبب داشتن ترکیبات فلزی ویژه و خواص ضد زنگ در اتصالات لوله و فلنج های استیل و در شرایط محیطی مرطوب، اسیدی و با شرایط سخت دارای کاربری گسترده هستند. استاد بولت استنلس استیل نیز با استاندارد اینچی آمریکایی ASTM A193 در دو گرید B8 , B8M تولید می شود که این دو گرید استاد بولت استیل نیز دارای تنسایل و سختی کاملا برابری هستند و تفاوت اصلی آنها در مقاومت در برابر مواد خورنده می باشد.
استاد بولت استنلس استیل B8 در ترکیبات شیمیایی خود اضافه بر عنصر فلزی آن با عدد اتمی 26 که بخش عمده ای از ترکیبات را تشکیل می دهد از 18% کروم و 8% نیکل استفاده می کند که فلزاتی فعال با قابلیت الکترون دهی بالا هستند. استفاده از این دو عنصر در ترکیبات استاد بولت استیل با الکترون دهی بالا از زنگ زدگی در تماس با آب و رطوبت و خورنده های محیطی جلوگیری به عمل می آورد. استاد بولت استیل B8 تا اندازه بسیار اندکی جذب میدان مغناطیسی آهنربا می شود چرا که از استیل گرید 304 تولید شده و از این رو به آن استاد بولت استیل بگیر نیز گفته می شود که بدون نیاز به آبکاری سطحی بکار گرفته می شود.
استاد بولت استنلس استیل B8M در واقع از استنلس استیل گرید 316 تولید می شود که علاوه بر عناصر کروم و نیکل که در ساختار استاد بولت استیل 304 نیز وجود داشتند از 2% عنصر فلزی ارزشمند مولیبدنیوم نیز در ساختار خود بهره می گیرد. استاد بولت استنلس استیل 316 دارای مقاومت محیطی بالاتری در برابر خوردگی بالاخص خوردگی های ناشی از کلرید ها دارند و به هیچ وجه نیز جذب میدان مغناطیسی آهنربا نمی شوند و از این رو به استاد بولت نگیر شناخته می شوند.
بر خلاف استاد بولت های استنلس استیل که بصورت ذاتی دارای مقاومت محیطی بسیار مناسبی در برابر خورنده های طبیعی هستند، استاد بولت های فولادی در هر گرید که باشند B7 , B16, L7 بر خلاف خواص مکانیکی بسیار ایده آل در اتصالات فلنج ها، پمپ ها، انواع شیر و اتصالات ماشین آلات صنعتی در برابر آب و رطوبت و باران های اسیدی بسیار آسیب پذیر بوده به سرعت دچار زنگ زدگی و اکسید می شوند. از این رو بکارگیری استاد بولت ها بصورت آبکاری شده سطحی انجام می پذیرد.
آبکاری سطحی استاد بولت ها به روش های مختلفی شامل آبکاری گالوانیره سرد، گالوانیزه گرم و داکرومات صورت می پذیرد که در هر سه روش نیز بر روی سطح استاد بولت فولادی از عنصر فلزی زینگ Zn که به آن روی نیز گفته می شود استفاده می شود اما دمای عملیات آبکاری و نتیجه نهایی در مقاومت سطحی متفاوت می باشد. روش های سنتی آبکاری سطحی استاد بولت فولادی شامل آبکاری گالوانیزه سرد که در دمای تقریبی 260 درجه صورت می پذیرفت و آبکاری گالوانیزه گرم استاد بولت فولادی که در دماهای بالای 600 درجه سانتی گراد صورت می پذیرفت بودند. آبکاری گالوانیزه سرد تنها یک لایه بسیار نازک از فلز زینک را بر روی سطخ استاد بولت قرار می داد که با ایجاد خراش سطحی فلز پدیدار شده در معرض زنگ زدگی قرار می گیرفت.
آبکاری گالوانیزه گرم استاد بولت ها روشی مطمئن تر در حفظ سطحی در برابر زنگ زدگی است اما اولا در دمای بسیار بالایی نزدیک به دماهای عملیات حرارتی استاد بولت اتفاق می افتد و از این رو پس از عملیات آبکاری گالوانیزه گرم اغلب اندکی افت تنسایل و مقاومت کششی در استاد بولت ها اتفاق می افتد و ثانیا از آنجا که یک لایه نسبتا ضخیم از فلز زینک بر روی سطح استاد بولت قرار می گیرد اغلب در اتصال پیچ و مهره مشکلاتی بوجود می آید و از این رو قبل از انجام فرایند آبکاری استاد بولت به روش گالوانیزه گرم پیچ های آنها را اور سایز می کنند.
آبکاری استاد بولت به روش داکرومات در واقع روشی نوین در آبکاری با زینک می باشد که در دمای تقریبی 450 درجه سانتی گراد انجام شده وئ کلیه مشکلات آبکاری های گالوانیزه سرد و گرم را بصورت یکجا بر طرف می کند. جالب اینکه با توجه به روش متفاوت آبکاری داکرومات استاد بولت آبکاری شده به این روش تست اسپری نمک را حتی بالاتر از استاد بولت گالوانیزه گرم پاس می کند.