Trong kết cấu thép, máy móc công nghiệp, đường ống và hệ thống cơ điện M&E, mô-men siết ảnh hưởng trực tiếp đến lực căng trước trong bu lông và lực kẹp giữa các bề mặt liên kết. Siết không đủ lực có thể khiến mối ghép trượt, rung lỏng hoặc mở khe; ngược lại, siết quá mức có thể gây dập ren, biến dạng dư hoặc đứt bu lông.
Bảng tra lực siết bu lông dưới đây cung cấp giá trị tham khảo cho các kích thước từ M6 đến M36 và các cấp bền 4.8, 8.8, 10.9, 12.9. Người sử dụng cần kiểm tra điều kiện ren, lớp phủ, chất bôi trơn, đai ốc đi kèm và yêu cầu lực căng của thiết kế trước khi áp dụng.
Lưu ý: ISO 898-1 quy định cơ tính và cách phân loại cấp bền của bu lông, vít và vít cấy; tiêu chuẩn này không tạo ra một bảng mô-men siết duy nhất cho mọi điều kiện lắp đặt. Bảng trong bài là dữ liệu tham khảo kỹ thuật, không thay thế bản vẽ, quy trình thi công hoặc chỉ dẫn của nhà sản xuất.
1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của mối ghép bu lông
Tùy phương án liên kết, một mối ghép có thể sử dụng bu lông, đai ốc, vòng đệm và các bộ phận chống xoay. Với liên kết bắt vào lỗ ren có sẵn, đai ốc có thể không xuất hiện; một số trường hợp cũng không cần vòng đệm nếu thiết kế bề mặt tỳ đã đáp ứng yêu cầu.
Bạn có thể xem bài cấu tạo mối ghép bu lông gồm mấy phần để tìm hiểu rõ chức năng của thân bu lông, đai ốc, vòng đệm và các phụ kiện khóa ren.
Thân bu lông
Thân bu lông là bộ phận truyền lực chính, có thể được chế tạo dạng ren suốt hoặc ren lửng. Tùy vị trí lắp đặt, bu lông có thể chịu kéo dọc trục, chịu cắt hoặc đồng thời chịu cả kéo và cắt.
Trong liên kết chịu cắt, mặt phẳng cắt đi qua phần thân trơn thường có lợi hơn đi qua vùng ren vì tiết diện làm việc lớn hơn và mức tập trung ứng suất thấp hơn. Tuy nhiên, khả năng chịu lực cuối cùng vẫn phải được tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế áp dụng cho công trình.
Đai ốc và vòng đệm
Đai ốc cần tương thích với bu lông về đường kính, bước ren, cấp cơ tính và tình trạng bề mặt. Sử dụng đai ốc có cấp bền không phù hợp có thể khiến ren đai ốc bị phá hỏng trước khi bu lông đạt lực căng cần thiết.
Vòng đệm phẳng giúp phân bố áp lực tại mặt tỳ, bảo vệ bề mặt và hạn chế lún cục bộ. Với lỗ oval, lỗ có khe hở lớn hoặc vật liệu nền tương đối mềm, kích thước và chiều dày vòng đệm cần được lựa chọn theo thiết kế.
Long đền vênh có thể hỗ trợ trong một số liên kết rung nhẹ nhưng không nên được xem là giải pháp chống lỏng duy nhất cho liên kết quan trọng. Thiết bị rung mạnh có thể cần đai ốc hãm, keo khóa ren, vòng đệm khóa cơ khí hoặc phương án khóa khác được kỹ sư phê duyệt.
Lực căng trước và lực kẹp
Khi đầu bu lông hoặc đai ốc được siết, thân bu lông giãn đàn hồi theo phương dọc trục. Phản lực hình thành ép chặt các chi tiết liên kết, tạo nên lực kẹp.
Nếu lực căng trước quá thấp, mối ghép dễ trượt hoặc rung lỏng. Nếu lực căng vượt phạm vi đàn hồi cho phép, bu lông có thể bị giãn dư, suy giảm khả năng duy trì lực kẹp hoặc phá hỏng ren.
Mô-men siết chỉ là phương pháp gián tiếp để tạo lực căng trước. Quan hệ gần đúng thường được biểu diễn:
T ≈ K × d × F
Trong đó:
- T là mô-men siết, đơn vị N·m.
- K là hệ số tổng hợp phản ánh ma sát tại ren và mặt tỳ.
- d là đường kính danh nghĩa của bu lông, đơn vị mét.
- F là lực căng trước mục tiêu, đơn vị N.
Do hệ số K thay đổi theo dầu mỡ, lớp mạ, độ nhám và tình trạng ren nên cùng một mô-men có thể tạo ra các mức lực kẹp khác nhau.
Ứng dụng trong hệ treo M&E
Nguyên lý này cũng áp dụng cho hệ treo sử dụng thanh ty ren treo, đai ốc, vòng đệm và thanh Unistrut. Đai ốc phải đủ chặt để giữ đúng cao độ và hạn chế tự tháo, nhưng không được siết đến mức làm dập ren, kéo giãn ty hoặc biến dạng thanh đỡ.
2. Cấp bền bu lông 4.8, 8.8, 10.9 và 12.9
Cấp bền thể hiện nhóm cơ tính của bu lông thép. Ký hiệu thường gồm hai số, chẳng hạn 8.8 hoặc 10.9.
Với bu lông cấp 8.8:
- Số thứ nhất nhân với 100 cho biết giới hạn bền kéo danh nghĩa: 8 × 100 = 800 MPa.
- Tích của hai số nhân với 10 cho biết tỷ lệ giới hạn chảy danh nghĩa: 8 × 8 × 10 = 640 MPa.
Với cấp 10.9, giới hạn bền kéo danh nghĩa là 1.000 MPa và giới hạn chảy danh nghĩa là 900 MPa.
| Cấp bền | Giới hạn bền kéo danh nghĩa | Giới hạn chảy hoặc ứng suất quy ước danh nghĩa | Phạm vi ứng dụng thường gặp |
| 4.8 | 400 MPa | 320 MPa | Liên kết nhẹ, cơ khí thông dụng |
| 5.6 | 500 MPa | 300 MPa | Thiết bị và kết cấu tải trung bình |
| 8.8 | 800 MPa | 640 MPa | Kết cấu thép, máy công nghiệp |
| 10.9 | 1.000 MPa | 900 MPa | Liên kết tải cao, máy móc và ô tô |
| 12.9 | 1.200 MPa | 1.080 MPa | Cơ khí chính xác và liên kết tải rất cao |
Cấp bền cao hơn không đồng nghĩa với việc luôn phù hợp hơn. Bu lông 10.9 hoặc 12.9 yêu cầu đai ốc tương thích, kiểm soát lực siết chặt chẽ và xử lý bề mặt phù hợp. Một số phương pháp mạ điện phân còn phải kiểm soát nguy cơ giòn hydro đối với chi tiết có độ cứng cao.
Phân biệt giới hạn bền kéo và giới hạn chảy
Giới hạn bền kéo là mức ứng suất kéo lớn nhất vật liệu chịu được trước khi phá hủy. Giới hạn chảy hoặc ứng suất quy ước là ngưỡng mà sau đó bu lông có thể bắt đầu xuất hiện biến dạng dư.
Trong điều kiện làm việc thông thường, lực căng trước cần được thiết lập trong vùng cho phép của vật liệu. Bu lông đã giãn dư, cháy ren hoặc bị siết vượt mức không nên tiếp tục sử dụng tại liên kết chịu lực nếu chưa được đánh giá kỹ thuật.
Bu lông chịu kéo và chịu cắt
Bu lông có thể chịu:
- Lực kéo dọc theo trục.
- Lực cắt vuông góc với trục.
- Tổ hợp đồng thời giữa kéo và cắt.
- Tải trọng rung hoặc tải lặp.
Đối với bu lông neo móng chân cột, khả năng làm việc không chỉ phụ thuộc vào đường kính và cấp bền. Kỹ sư còn phải xem xét chiều sâu neo, cấu tạo bản đế, chiều dày vữa không co ngót, khoảng cách mép, cường độ bê tông và tải trọng kéo nhổ thiết kế.
3. Bảng tra lực siết bu lông M6–M36
Các giá trị dưới đây dùng để tham khảo sơ bộ trong những điều kiện sau:
- Ren hệ mét bước thô.
- Ren và mặt tỳ sạch, ở trạng thái khô.
- Không bôi dầu mỡ hoặc chất chống kẹt ren.
- Bu lông, đai ốc và vòng đệm có cơ tính tương thích.
- Ren không gỉ, không dập và không bị hư hỏng.
- Giá trị đã được làm tròn để thuận tiện tra cứu.
Bảng không áp dụng mặc định cho bu lông mạ kẽm nhúng nóng, bu lông inox, ren bôi trơn, liên kết kết cấu được căng trước, mặt bích áp lực hoặc thiết bị có quy trình siết riêng.
Bảng lực siết bu lông M6–M20
| Kích thước | Cấp bền 4.8 | Cấp bền 8.8 | Cấp bền 10.9 | Cấp bền 12.9 |
| M6 | 5 N·m | 10 N·m | 14 N·m | 17 N·m |
| M8 | 12 N·m | 25 N·m | 35 N·m | 42 N·m |
| M10 | 24 N·m | 49 N·m | 69 N·m | 83 N·m |
| M12 | 42 N·m | 86 N·m | 120 N·m | 145 N·m |
| M14 | 67 N·m | 135 N·m | 190 N·m | 230 N·m |
| M16 | 105 N·m | 210 N·m | 295 N·m | 355 N·m |
| M18 | 145 N·m | 290 N·m | 405 N·m | 490 N·m |
| M20 | 205 N·m | 410 N·m | 580 N·m | 690 N·m |
Bảng lực siết bu lông M22–M36
| Kích thước | Cấp bền 4.8 | Cấp bền 8.8 | Cấp bền 10.9 | Cấp bền 12.9 |
| M22 | 275 N·m | 550 N·m | 780 N·m | 930 N·m |
| M24 | 350 N·m | 710 N·m | 1.000 N·m | 1.200 N·m |
| M27 | 520 N·m | 1.050 N·m | 1.480 N·m | 1.770 N·m |
| M30 | 700 N·m | 1.420 N·m | 2.000 N·m | 2.400 N·m |
| M33 | 950 N·m | 1.900 N·m | 2.700 N·m | 3.200 N·m |
| M36 | 1.220 N·m | 2.450 N·m | 3.450 N·m | 4.150 N·m |
Người dùng cần xác định đúng đường kính trước khi chọn mô-men. Với hệ treo và phụ kiện ren, có thể tham khảo bảng tra ty ren M6 – M30 để kiểm tra kích thước danh nghĩa và lựa chọn phụ kiện đồng bộ.
Vì sao bảng chỉ mang tính tham khảo?
Phần lớn mô-men đưa vào không chuyển hoàn toàn thành lực kéo dọc trục. Một tỷ lệ đáng kể bị tiêu hao tại bề mặt ren và mặt tỳ dưới đầu bu lông hoặc đai ốc.
Nếu ren được bôi trơn, ma sát giảm và cùng một mô-men có thể tạo ra lực căng cao hơn đáng kể so với ren khô. Vì vậy, không được tự động áp dụng giá trị của bảng ren khô cho ren có dầu, mỡ, chất chống kẹt hoặc lớp phủ đặc biệt.
Đối với liên kết quan trọng, mô-men mục tiêu phải được xác nhận từ ít nhất một trong các nguồn sau:
- Bản vẽ và thuyết minh thiết kế.
- Chỉ dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị.
- Quy trình lắp đặt đã được phê duyệt.
- Thử nghiệm mô-men–lực căng trên bộ bu lông thực tế.
- Tiêu chuẩn riêng của loại liên kết đang sử dụng.
4. Cách siết và kiểm soát mô-men tại công trường
Chuẩn bị trước khi siết
Chuẩn bị trước khi siếtTrước khi lắp đặt, cần kiểm tra:
- Đúng đường kính, chiều dài và bước ren.
- Đúng cấp bền của bu lông và đai ốc.
- Ren không bị gỉ, méo hoặc dập.
- Mặt tỳ không có ba via cản trở.
- Vòng đệm đúng kích thước và độ cứng.
- Tình trạng khô, bôi trơn hoặc lớp phủ phù hợp với bảng mô-men.
- Dụng cụ siết còn thời hạn hiệu chuẩn.
Không nên dùng cờ lê lực để tháo bu lông hoặc thay thế cho dụng cụ phá lực vì có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị.
Siết cụm nhiều bu lông
Với bản mã hoặc mặt bích có nhiều bu lông, không nên siết từng vị trí đến 100% rồi mới chuyển sang vị trí kế tiếp. Cách này có thể làm cong bản mã và khiến lực kẹp phân bố không đều.
Quy trình tham khảo:
- Lắp toàn bộ bu lông và siết tiếp xúc.
- Siết theo trình tự chéo hoặc đối xứng.
- Lượt thứ nhất đạt khoảng 30% mô-men mục tiêu.
- Lượt thứ hai đạt khoảng 60%.
- Lượt thứ ba đạt 100%.
- Kiểm tra lại theo cùng trình tự.
Tỷ lệ trên là phương án thi công tham khảo. Mặt bích đường ống, thiết bị áp lực và liên kết đặc biệt phải tuân theo trình tự của nhà sản xuất hoặc hồ sơ thiết kế.
Lựa chọn dụng cụ
Cờ lê lực kiểu click, cờ lê lực điện tử và thiết bị siết có khả năng ghi nhận dữ liệu phù hợp để kiểm soát mô-men. Súng va đập thông thường có thể dùng để chạy nhanh đai ốc ở giai đoạn đầu nhưng không nên được xem là dụng cụ đo mô-men cuối nếu chưa được kiểm chứng và hiệu chuẩn.
Với liên kết đòi hỏi độ chính xác cao, kiểm soát bằng mô-men có thể được kết hợp với góc quay, đo độ giãn bu lông, vòng đệm chỉ thị lực hoặc phương pháp xác định lực căng trực tiếp.
Các lỗi thường gặp
Áp dụng sai bảng thường xuất phát từ những nguyên nhân sau:
- Dùng giá trị của ren khô cho ren đã bôi trơn.
- Không kiểm tra cấp cơ tính của đai ốc.
- Không phân biệt bu lông thép đen, mạ điện phân và mạ kẽm nhúng nóng.
- Dùng súng va đập không kiểm soát để siết hoàn thiện.
- Siết ngay đến 100% tại từng bu lông.
- Dùng lại bu lông đã giãn dư hoặc hư ren.
- Cho rằng cấp bền cao hơn luôn có thể thay thế cấp thấp hơn.
- Không kiểm tra thời hạn hiệu chuẩn của dụng cụ.
5. Tiêu chuẩn, kiểm tra và nghiệm thu bu lông
TCVN 1916:1995 quy định các yêu cầu kỹ thuật chung đối với bu lông, vít, vít cấy và đai ốc có ren hệ mét trong phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn. ISO 898-1 quy định cơ tính và tính chất vật lý của bu lông, vít và vít cấy bằng thép carbon hoặc thép hợp kim có cấp bền xác định.
Hai tiêu chuẩn này không phải là bảng mô-men siết cho mọi liên kết. Khi nghiệm thu, cần sử dụng đúng tiêu chuẩn và phiên bản được quy định trong hồ sơ thiết kế, hợp đồng hoặc yêu cầu của chủ đầu tư.
Các phép kiểm tra thường gặp
Tùy cấp bền và yêu cầu dự án, bu lông có thể được kiểm tra bằng:
- Thử kéo để xác định giới hạn bền và đặc tính biến dạng.
- Thử tải bảo đảm để đánh giá khả năng chịu tải mà không phát sinh biến dạng dư không cho phép.
- Kiểm tra độ cứng Rockwell, Vickers hoặc Brinell.
- Thử nêm để đánh giá vùng chuyển tiếp giữa đầu và thân bu lông.
- Dưỡng kiểm ren để xác nhận đường kính, bước ren và khả năng lắp ghép.
- Kiểm tra chiều dày hoặc chất lượng lớp phủ.
- Thử quan hệ mô-men–lực kẹp khi dự án yêu cầu.
Hồ sơ chất lượng
Bộ hồ sơ giao hàng hoặc nghiệm thu có thể bao gồm:
- Chứng nhận xuất xứ CO.
- Chứng nhận chất lượng CQ.
- Mill Test Certificate nếu được yêu cầu.
- Kết quả thử cơ tính và kiểm tra kích thước.
- Biên bản kiểm tra lớp phủ.
- Chứng nhận hiệu chuẩn dụng cụ siết.
- Biên bản kiểm tra mô-men tại công trường.
Không nên mặc định mọi lô hàng đều có đầy đủ tất cả tài liệu trên. Yêu cầu hồ sơ cần được thống nhất từ giai đoạn báo giá để nhà cung cấp chuẩn bị đúng phạm vi.
Đánh dấu và kiểm tra sau khi siết
Sau khi siết và kiểm tra, có thể sử dụng sơn dấu kéo từ đai ốc hoặc đầu bu lông sang bề mặt liên kết. Dấu sơn giúp nhận biết vị trí đã hoàn thành và hỗ trợ phát hiện chuyển động bất thường trong quá trình vận hành.
Với hệ ty ren dài cần ghép nối, đai ốc nối ty lục giác giúp liên kết hai đoạn ren đồng trục. Chiều dài ăn ren ở hai đầu và khả năng chịu tải của mối nối cần được kiểm tra theo yêu cầu thực tế, không chỉ dựa vào việc hai đoạn ty có cùng đường kính.
6. Câu hỏi thường gặp
Không. Ren bôi trơn có ma sát thấp hơn nên cùng một mô-men có thể tạo ra lực căng trước cao hơn ren khô. Mô-men áp dụng phải được điều chỉnh theo dữ liệu của chất bôi trơn, lớp phủ hoặc quy trình kỹ thuật được phê duyệt.
Bu lông cấp 8.8 có giới hạn bền kéo danh nghĩa khoảng 800 MPa và giới hạn chảy danh nghĩa khoảng 640 MPa. Cấp bền này được sử dụng phổ biến trong kết cấu thép và máy móc công nghiệp, nhưng vẫn cần đi cùng đai ốc có cơ tính phù hợp.
Nguyên nhân có thể đến từ rung động, lún bề mặt, lớp sơn bị ép, ren bẩn, sai cấp đai ốc, lực siết không đồng đều hoặc dùng bảng không phù hợp với tình trạng bôi trơn. Liên kết rung động còn cần giải pháp chống xoay phù hợp.
Súng siết có thể hỗ trợ lắp nhanh, nhưng mô-men cuối cần được kiểm soát bằng thiết bị có chức năng đo hoặc cờ lê lực đã hiệu chuẩn. Súng va đập thông thường không mặc nhiên bảo đảm được mô-men chính xác.
Không. Cấp bền phải phù hợp với tải trọng, vật liệu liên kết, đai ốc, lớp phủ và quy trình thi công. Dùng cấp quá cao khi không cần thiết có thể làm tăng chi phí và phát sinh yêu cầu kiểm soát kỹ thuật phức tạp hơn.
Không. ISO 898-1 quy định cơ tính và cấp bền, không đưa ra một bảng mô-men duy nhất cho mọi điều kiện. Giá trị thực tế phải xét ma sát, lớp phủ, bôi trơn, lực căng mục tiêu và quy trình lắp đặt.
Tư vấn bu lông, ty ren và phụ kiện liên kết tại Zencomex
Zencomex cung cấp bu lông, đai ốc, vòng đệm, ty ren và phụ kiện liên kết cho kết cấu thép, hệ thống M&E, máy móc công nghiệp, nhà máy và hạ tầng kỹ thuật.
Để nhận báo giá phù hợp, khách hàng nên cung cấp:
- Đường kính và chiều dài.
- Bước ren.
- Cấp bền.
- Vật liệu.
- Phương pháp hoàn thiện bề mặt.
- Loại đai ốc và vòng đệm.
- Số lượng.
- Hồ sơ chất lượng cần cung cấp.
- Địa điểm và tiến độ giao hàng.
CÔNG TY CỔ PHẦN SẢN XUẤT VÀ XUẤT NHẬP KHẨU ZENCOMEX
Hotline: 0909 126 992
Email: zencomex.vietnam@gmail.com
Nhà máy: 1 Đường số 171, Bình Mỹ, Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh
Website: zencomex.vn
