سطح الاحتكاك في البراغي عالية المقاومة: الطلاء ومعامل الانزلاق

سطح الاحتكاك في الوصلات بالبراغي عالية المقاومة هو سطح التماس بين صفيحتين فولاذيتين مضغوطتين معا، وينقل قوى القصّ عن طريق الاحتكاك؛ ويُسمة السطح «سطح احتكاك مدهون» عندما يُطلى وفق وثائق التصميم بمادة حماية من الصدأ بعد القذف الرملي أو بالحبيبات (عادة طلاء سيليكات الزنك غير العضوي أو طلاء زلقي مقاوم للانزلاق). ومعيار التصميم الأساسي هو معامل الانزلاق μ، أي نسبة القوة التي تُحدث انزلاق السطح إلى مجموع قوى الشد المسبق في البراغي العمودية على ذلك السطح.

خلاصة في ثلاث جمل

• الأصل عدم الطلاء. تنص المادة 6.3.7 من GB 50205-2020 على ألا تُطلى أسطح الاحتكاك ما لم يتطلب التصميم ذلك، وتحظر كذلك الزيوت والصدأ المتفتت والزوائد ورذاذ اللحام.
• الطلاء مقبول فقط إذا نصّ عليه التصميم واختيرت قيمة μ من جداول المواصفة أو من اختبار. القيم المجدولة تخصّ وحدها الأساسات غير العضوية الغنية بالزنك (JGJ 82-2011: بعد القذف والطلاء بسيليكات الزنك غير العضوي μ = 0.35 لفولاذ Q235 و 0.40 لـ Q355 وأعلى)؛ أما الأساس البولي يوريثاني الغني بالزنك أو الأساس الألكيدي بأكسيد الحديد فتعطي التعليقات على GB 50205-2020 لها متوسطات تجريبية قرب 0.2، وقيمة التصميم 0.15.
• مع الطلاء يُعاد الاختبار. يجب أن تطابق نماذج الاختبار العناصرَ الممثلة في درجة الفولاذ ودفعة التصنيع طريقة معالجة السطح وحالته (بما في ذلك الغشاء) ودفعة البراغي وظروف التخزين؛ وتُطلى النماذج أولا ثم تُختبر، ثلاث مجموعات لكل طريقة معالجة في دفعة قوامها 50,000 وصلة، ولا يجوز أن تقل القيمة المقاسة عن قيمة التصميم.

1. بيانات أساسية

• معاملات الانزلاق μ (الجدول 3.2.4 من JGJ 82-2011): قذف رملي أو حبيبي 0.45 لـ Q235 و 0.50 لـ Q345 و Q390 و Q420؛ قذف ثم صدأ متجانس 0.45/0.50؛ قذف مع طلاء سيليكات زنك غير عضوي 0.35/0.40؛ تنظيف بفرشاة سلكية من الصدأ السطحي أو سطح مدرفل نظيف غير معالج 0.30/0.35.
• السلوك المقاس للأسطح المدهونة (تعليقات المادة 6.3.2 من GB 50205-2020): البولي يوريثاني الغني بالزنك وأكسيد الحديد الألكيدي يعطيان متوسطا قرب 0.2، ويعتمد 0.15 بقيمة موثوقة؛ طلاء الزنك من طراز ZINGA يمكن اعتماده عند 0.45 وفق الاختبارات؛ أما الدهانات المقاومة للانزلاق بسيليكات الزنك فلها سجل خدمة طويل في الجسور الحديدية.
• حمل القصّ التصميمي لبرغي واحد في وصلة احتكاكية: N_v^b = 0.9 · n_f · μ · P، حيث n_f عدد مستويات الاحتكاك (1 للقصّ المفرد، 2 للقصّ المزدوج) و P قوة الشد المسبق التصميمية.
• قوى الشد المسبق P للفئة 10.9S: M16 = 100 كيلو نيوتن، M20 = 155 كيلو نيوتن، M22 = 190 كيلو نيوتن، M24 = 225 كيلو نيوتن.
• تحضير السطح: درجة التنظيف لسطح الاحتكاك المدهون يحددها التصميم، وعمليا تشترط Sa 2½ وفق ISO 8501-1 مع تعميق سطح Rz بين 40 و 75 ميكرومترا.
• سماكة الغشاء: أدنى سماكة للطلاء على سطح الاحتكاك يحددها التصميم. وأما الهيكل المحيط، فحيث لا يحدد التصميم شيئا، تطلب المادة 7.3.1 من GB 55006-2020 مجمل سماكة جافة 150 ميكرومترا في الخارج و 125 ميكرومترا في الداخل، مع تحمل −25 ميكرومترا.
• دفعات الفحص: الدفعة = 50,000 مجموعة براغي (والأقل من ذلك يعتبر دفعة)؛ وعند وجود أكثر من طريقة معالجة، بما فيها الأسطح المدهونة، يُفحص كل طريقة على حدة بثلاث مجموعات نماذج لكل دفعة (الملحق B.0.7 من GB 50205-2020).
• التحميل والدقة: يوضع أولا 10% من حمل الانزلاق التصميمي ويثبت لدقيقة، ثم يواصل التحميل بمعدل 3 إلى 5 كيلو نيوتن/ثانية حتى الانزلاق؛ وتكون خطأ آلة الاختبار داخل 1%، والبراغي المزودة بقياسات ومحوّلات القوة داخل 2%.
• ظروف التطبيق: ألا تتجاوز الرطوبة النسبية 85% أثناء القذف والطلاء، وألا تقل حرارة الفولاذ عن نقطة الندى بمقدار 3 درجات مئوية أو أكثر.
• التخفيض الحراري: عندما تكون درجة حرارة الوصلة بين 100 و 150 درجة مئوية تُخفَّض قدرة الوصلة بنسبة 10% (المادة 3.1.4 من JGJ 82-2011).

2. لماذا يضر الطلاء بسطح الاحتكاك

2.1 الوصلات الاحتكاكية وصلات التحمل

تنقل الوصلة الاحتكاكية القصّ بفضل الشد المسبق، وتتخذ من حدوث الانزلاق النسبي حالة حدية للحمل. أما الوصلة العاملة بالتحميل فتسمح بالانزلاق وتحمل بقصّ جسم البرغي وضغط جدار الثقب، ولا تُستعمل حيث تتحكم الإجهادات المتكررة. تطلب المادة 4.2.1 من JGJ 82-2011 في الحالة الثانية مجرد نظافة أسطح التماس أو طلاؤها وفق التصميم دون أي اشتراط لمعامل الانزلاق؛ بينما في الوصلة الاحتكاكية يحكم μ وحده على ما إذا كانت العقدة تحمل قصّ التصميم. لذلك قد تختلف متطلبات السطح بين عقدتين في الإطار نفسه.

2.2 ثلاث طرق يغيّر بها الغشاء قيمة μ

• استبدال السطح الرابط: بدل التماس خشن بين فولاذين يظهر تماس بين غشائي طلاء، ويحدث الانزلاق داخل طبقة الراتنج الأضعف.
• ملء التعميق: التعميق الناتج عن القذف Rz بين 40 و 75 ميكرومترا يمتلئ بطلاء مستوٍ ذاتيا فتضيع التشابكات الميكانيكية؛ والسطح المنزلق صار نسخة من شكل الطلاء لا من الفولاذ.
• سحق الغشاء وصقله: قوة الشد المسبق (155 كيلو نيوتن في M20 فئة 10.9S) تضغط الطلاء إلى المنخفضات، وتكرار التحميل يصقله ويسحقه قرب الثقول وحواف الصفائح، فينخفض حمل الانزلاق.

إذن طلاء سطح الاحتكاك ليس «طبقة حماية إضافية»، بل مقايضة مقصودة بين قدرة الاحتكاك والمتانة، ولا تُبرر إلا بقيمة من المواصفة أو باختبار على العمل نفسه.

3. الحد النظامي: لا طلاء إلا بنص من التصميم

3.1 القاعدة العامة

تطلب المادة 6.3.7 من GB 50205-2020 أن تبقى أسطح الاحتكاك جافة ونظيفة، خالية من الزوائد والحواف الحادة ورذاذ اللحام ولسع اللحام وقشرة الدرفلة والأوساخ، وألا تُطلى إلا إذا تطلب التصميم. ويشمل المنع كل طبقات المنظومة بما فيها أساس المصنع.

3.2 أين يقع الإلزام اليوم

كانت المادة 6.3.1 من GB 50205-2020 تلزم المصنع والمنفذ بإجراء اختبار الانزلاق والإعادة على أسطح الاحتكاك (بما فيها المدهونة) بشكل منفصل، وباختبار مستقل للأسطح المعالجة في الموقع، وهي مادة إلزامية. ومنذ 1 يناير 2022 حلّ محل قائمة المواد الإلزامية القانون الشامل الإلزامي GB 55006-2021؛ فانتقل الشرط إلى مادته 7.1.3 التي تشترط أن تكون طريقة معالجة السطح ودرجة التنظيف مطابقة لوثائق التصميم، وأن تُجرى على أسطح الاحتكاك في الوصلات الاحتكاكية اختبارات وإعادة اختبارات منفصلة بعد المعالجة، بنتائج تبلغ قيمة μ المحددة في التصميم. والأمر نفسه جرى للمواد 3.1.7 و 4.3.1 و 6.1.2 و 6.2.6 و 6.4.5 و 6.4.8 من JGJ 82-2011.

3.3 نماذج الأسطح المدهونة تُطلى قبل الاختبار

تشترط المادة 6.3.2 من GB 50205-2020 أن تحقق معالجة سطح الاحتكاك المدهون وأدنى سماكة طلاء متطلباتِ التصميم. وتضيف تعليقاتها أن التبطين بالألمنيوم والجلفنة الغاطسة ورش الزنك والأساسات العضوية الغنية بالزنك وغيرها تحتاج دليلا موثوقا لقيمة μ، وأن وحده سيليكات الزنك غير العضوي يجوز أن يأخذ قيمته مباشرة من GB 50017. وعلى أرض الواقع: عالج النماذج واطلها وعالجها وخزنها مع العناصر الممثلة؛ وعلى النموذج أن يعيد إنتاج الحالة الحقيقية؛ ولا يُغني عن الاختبار نموذج غير مدهون أو لوحة من دفعة أخرى.

4. قيم μ المتاحة لسطح احتكاك مدهون

ملاحظة: القيم أعلاه قيم نظامية تُستعمل للتصميم وقبول الدفعة. عند وصل فولاذين مختلفين تؤخذ القيمة الأدني؛ وعند التنظيف بالفرشاة السلكية تكون اتجاه الفرشاة عمودية على اتجاه نقل القوة. وكل طريقة معالجة غير مجدولة تتطلب اختبارا على العمل.

5. كم يكلّف النقص 0.10 في μ من عدد البراغي

لنأخذ وصلة M20 فئة 10.9S (P = 155 كيلو نيوتن) بمستويي احتكاك (n_f = 2) من فولاذ Q355:

• مقذوف بلا طلاء، μ = 0.50: N_v^b = 0.9 × 2 × 0.50 × 155 = 139.5 كيلو نيوتن للبرغي؛
• مقذوف مع سيليكات زنك غير عضوي، μ = 0.40: N_v^b = 0.9 × 2 × 0.40 × 155 = 111.6 كيلو نيوتن للبرغي؛
• مطلي بالخطأ بأساس عضوي عادي، μ = 0.15: N_v^b = 0.9 × 2 × 0.15 × 155 = 41.9 كيلو نيوتن للبرغي.

الحساب حاسم: الانتقال من μ = 0.50 إلى 0.40 يسحب نحو 20% من مقاومة البرغي الواحد، فتحتاج العقدة إلى نحو 25% من البراغي الإضافية (1 ÷ 0.8 − 1) مع ما يترتب على ذلك من تباعد وأبعاد حافة ومساحة اللحافات وحيز المفتاح. وعند μ = 0.15 يلزم نحو 3.3 ضعف عدد البراغي في الحالة غير المطلية (0.50 ÷ 0.15)، وهو ما لا يتحقق عادة. رشة فوق سطح الاحتكاك تُدفع من قدرة العقدة.

6. ما الذي يجوز وضعه على سطح الاحتكاك

6.1 سيليكات الزنك غير العضوي والدهانات الزلقية

تحمل دهانات سيليكات الإيثيل أو البوتاسيوم المسحوق الزنكي في رابط غير عضوي: الغشاء صلب ومسامي ومتصل كهربائيا بتماس زنك-زنك وزنك-فولاذ، وهو يملأ التعميق أقل بكثير من الأفلام العضوية، ولذلك وردت له قيم مباشرة في المواصفات. قواعد الاستعمال: اضبط السماكة الجافة وفق التصميم (أدنى سماكة لسطح مدهون معامل تصميمي)، وانتظر الجفاف التام قبل التركيب والاختبار، وتذكر أن ملاحظة جدول 3.2.4 من JGJ 82-2011 تمنع التطبيق اليدوي بالفرشاة في الدهانات الزلقية ومثيلاتها من طراز ZINGA. وراجع التوافق مع الطلاء البيني والنهائي للمنظومة الرئيسية، واحمِ السطح من الصدأ الأبيض أثناء التخزين الرطب.

6.2 إيبوكسي غني بالزنك، أكسيد حديد ألكيدي، بولي يوريثان غني بالزنك

هي أساسات مقاومة للتآكل الشديد معتادة، لكنها على سطح الاحتكاك تلتهم الاحتكاك: التعليقات على GB 50205-2020 تعطي متوسطا قربه 0.2 للأساس البولي يوريثاني الغني بالزنك ولأكسيد الحديد الألكيدي. فطالما لم يُعَد التصميم اعتمادا على قيمة مقاسة، لا يجوز رش أي منها داخل منطقة الاحتكاك. والخطأ الشائع في المصنع هو بالضبط «قذف العنصر كله وطلاء العنصر كله»، حيث لم تُحدد المنطقة المستثناة أصلا.

6.3 الطلاء البيني والنهائي وأساس المصنع

الطلاء البيني الإيبوكسي بالمica الحديد والطلاء النهائي البولي يوريثاني أو البولي سيلوكساني حواجز سميكة مستوية ذاتيا، وليس لها موضع في سطح الاحتكاك. ومصير أساس المصنع السليم داخل المنطقة يحدده التصميم؛ لأن إبقاءه يخفض μ غالبا، لذا يُقنّع موضعيا عند القذف أو يُزال في المعالجة الثانوية.

6.4 عندما يوجد كذلك طلاء مقاومة الحريق

تشترط المادة 3.1.4 من JGJ 82-2011 أن سماكة الطلاء عند وصلة البراغي عالية المقاومة في عنصر محمي بالحريق لا تقل عن سماكة الطلاء على العنصر المجاور. وهذا لا يناقض «لا تدهن سطح الاحتكاك»: الحماية النارية تغطي هندسة العقدة المكشوفة وسطح العنصر، أما سطح التماس الناقل للقوة داخل حزمة الصفائح فيبقى كما في الرسم. ويجب تلوين المنطقتين بشكل مميز في رسومات التنفيذ.

7. نافذة التنفيذ والحماية

8. الاختبار والقبول

يحدد الملحق B.0.7 من GB 50205-2020 الإجراءات: خمس مطابقات، وثلاث مجموعات لكل دفعة، ومنحنى حمل-انزلاق واحد.

• خمس مطابقات: يطابق النموذج العناصرِ الممثلة في درجة الفولاذ ودفعة التصنيع وطريقة معالجة سطح الاحتكاك وحالة السطح (بما فيها الطلاء) ودفعة البراغي وفئتها، ويُخزن في الظروف نفسها.
• شكل النموذج: عينة شد بوصلة مزدوجة بمستويي احتكاك وبرغيين من كل جهة؛ ولا تقل سماكة صفائح اللحاف عن نصف سماكة الصفيحة الوسطى؛ ويجب أن يبقى المقطع الصافي مرنا قبل الانزلاق، ويُختبر كل نموذج مرة واحدة.
• الربط: ربط ابتدائي إلى نحو 50% من الشد المسبق القياسي، وربط نهائي بقياس كل برغي بين 0.95P و 1.05P.
• التحميل: ضع 10% من حمل الانزلاق التصميمي وثبته دقيقة، ثم حمل بمعدل 3 إلى 5 كيلو نيوتن/ثانية حتى الانزلاق وسجل N_v.
• الحساب: μ = N_v / (n_f × مجموع P_i)، حيث n_f = 2 و P_i قوى الشد المقاسة في الجهة المنزلقة؛ التقريب إلى منزلتين عشريتين، والقبول فقط إذا بلغت القيمة المقاسة قيمة التصميم.
• عند عدم القبول: راجع أولا مطابقة النماذج وشد البراغي ونظافة السطح، ثم عالج السطح وأعد الاختبار؛ وإذا أخفق ثانية تُغير الطريقة أو يُعاد النظر في التصميم. فالوصلة الاحتكاكية لا تُقبل «تقريبا».

ويستحسن إدراج شرطين في اتفاقية الاختبار: إجراء الاختبار عند 10 إلى 35 درجة مئوية ورطوبة نسبية أقل من 80%؛ وملاحظة أن الغشاء السميك أو غير الناضج هو أكثر أسباب انخفاض النتائج، لأن الانزلاق يحدث داخل الطلاء لا عند تماس الفولاذ.

9. الربط بالمنظومة الرئيسية للحماية

• تحديد المناطق في رسومات العقد: صنّف كل سطح احتكاك «غير مطلي» أو «مدهون» مع μ التصميمي والمنتج والسماكة وحدود المنطقة (عادة إزاحة عن محور الثقب)، حتى لا يرش المصنع العنصر كله عن عادة.
• استثنِ الآن واسدّ بعد الربط النهائي: بعد اجتياز فحص الربط النهائي، طلل موضعيا واسدّ رؤوس البراغي والغسالات وأطراف الصفائح والفجوات. تُغلق بذلك منافذ الماء والكلوريد دون إخلال بالشد المسبق أو بمسار الاحتكاك.
• الأسطح المعالجة في الموقع دفعة مستقلة: الجرّ في الارتفاع أو القذف الترميمي يحتاج نماذج وقبولا مستقلين، لا دمجا مع أسطح المصنع.
• سجلان للسماكة: واحد لغشاء سطح الاحتكاك مقابل الحد الأدنى التصميمي، وآخر للمنظومة الرئيسية مقابل المادة 7.3.1 من GB 55006-2021.

أسئلة متكررة

س1: يرش المصنع العناصر كاملة، فهل يمر الطلاء على سطح الاحتكاك؟

لا. تمنع المادة 6.3.7 من GB 50205-2020 ذلك ما لم يرد في التصميم. وحينئذ يجب إعادة اشتقاق μ لسطح مدهون — ولا يُدعم في المنظومات العضوية المعتادة سوى 0.15 إلى 0.2 — ويُعاد حساب الوصلة، وعمليا لا يوجد تقرير اختبار مطابق.

س2: طُل سطح الاحتكاك بالخطأ. ما التصرف؟

راجع التصميم أولا ثم اختر أحد طريقين: إما إزالة الطلاء حتى درجة التحضير المشترطة (غالبا Sa 2½ وفق ISO 8501-1) وإعادة المعالجة والاختبار؛ وإما معالجة المنطقة كسطح احتكاك مدهون، وإجراء اختبار انزلاق على نماذج مطلية ليؤكد المصمم القدرة. وكلا الطريقين ينتهي بدليل اختبار لا برأي بصري.

س3: لماذا يُقبل سيليكات الزنك غير العضوي عند 0.35/0.40 ولا يُقبل الإيبوكسي الغني بالزنك؟

لسببين: نمط الفشل وقاعدة البيانات التي تمتلكها المواصفة. فسيليكات الزنك غير العضوي صلب ومسامي ويحافظ على تماس الزنك، وتستند إليه اختبارات واسعة أدرجت في الجداول. أما الإيبوكسي الغني بالزنك فيكوّن غشاء عضويا متصلا ولدا يحدث الانزلاق داخله، فلا تعطي له المواصفة قيمة، ولا يأتي الرقم إلا من اختبار على المشروع.

س4: هل تُطلى نماذج الأسطح المدهونة قبل الاختبار أم بعده؟

قبله. تُقذف وتُطلى وتُعالج وتُخزن مع العناصر الممثلة، وتُبلغ سماكة التصميم والجفاف التام، ثم تُركب وتُربط وتُحمل. واستبدالها بنماذج غير مطلية أو بلوحة من دفعة أخرى يُبطل الحكم.

س5: هل تنقل الأسطح المجلفنة أو المبطنطة بألمنيوم قيم الأساس الغني بالزنك؟

لا. تشترط GB 50017 وملاحظة جدول 3.2.4 من JGJ 82-2011 أن تُحدد طريقة المعالجة والمعامل بأي طريقة أخرى بالاختبار. وفي العناصر المجلفنة ضمن منظومة ثنائية يجب مراعاة حالة الزنك (الصدأ الأبيض وأملاح الزنك) وتغير تعميق السطح.

س6: كيف تُحمى العقدة بعد التركيب؟

بعد قبول فحص الربط النهائي تُسدّ الرؤوس والغسالات والأطراف والفجوات: بطلاء سد متوافق يغلق الفولاذ المكشوف والشقوق الشعرية، ثم استعادة المنظومة الرئيسية إلى السماكة المشترطة. وفي الجسور والحظائر الساحلية هذه الخطوة التفصيلية هي نقطة الضعف في المتانة الحقيقية للعقدة، وهي ثمن قرار إبقاء سطح الاحتكاك بلا طلاء.

س7: هل معامل الانزلاق هو معامل العزم نفسه؟

لا. معامل العزم K للمجموعات السداسية، أو قوة الشد للمجموعة ذات الرأس القابل للكس، يصفان المثبت نفسه؛ أما معامل الانزلاق فيصف سطح تماس الصفائح. ولا بد من تحقيق الشرطين، وعادة يُعتمد فحص المثبت قبل الحكم على نتيجة اختبار الانزلاق.

المراجع

• GB 55006-2021 القانون العام للمنشآت الفولاذية، صدر في 9 أبريل 2021 ونفّذ في 1 يناير 2022 (المواد 4.4.3 و 7.1.2 و 7.1.3 و 7.3.1).
• GB 50205-2020 معيار قبول جودة تنفيذ المنشآت الفولاذية، المواد 6.3.1 و 6.3.2 و 6.3.7 والملحقان B.0.4 و B.0.7.
• JGJ 82-2011 المواصفة التقنية لوصلات البراغي عالية المقاومة، المواد 3.1.3 و 3.1.4 و 3.2.4 و 4.1.1 و 4.2.1.
• GB 50017-2017 معيار تصميم المنشآت الفولاذية: قيم معاملات الانزلاق وحساب الوصلات.
• ISO 8501-1 (درجات التحضير) و ISO 8502-9 (الأملاح الذائبة) و ISO 8503 (تعميق السطح).
• GB/T 1228 و 1229 و 1230 و 1231 (مجموعات الرأس السداسي) و GB/T 3632 (مجموعات الرأس القابل للكس).

آخر تحديث: 2026-10-21 | إعداد الفريق الفني في شركة كسين للمواد الجديدة (قوانغدونغ) ذ.م.م — Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. جميع القيم وفق الطبعات النافذة للمواصفات المذكورة ووثائق المشروع وتقارير الاختبار. لتحديد مواصفة سطح احتكاك، زودنا بدرجة الفولاذ وفئة الخطورة التآكلية و μ التصميمي.