Tabela rozmiarów kluczy: śruby metryczne (M6–M100) i calowe (¼″–4″)

Metrycznie: rozmiar klucza i skok gwintu

Rozmiar klucza = wymiar między płaskimi powierzchniami łba. Kolumnę „dawna" podano tylko tam, gdzie historyczna wartość DIN 931 różni się od aktualnej wartości ISO — w starszych instalacjach należy sprawdzić obie wartości. Kolumna gwintu drobnozwojnego podaje typowe skoki według ISO 261 / DIN 13, od najgrubszego; wartości w nawiasach należy według ISO 261 w miarę możliwości unikać, a jeszcze drobniejsze skoki są znormalizowane, lecz w technice instalacyjnej rzadkie.

„Rozwartość nakrętki kołnierzowej" to metryczna nakrętka heavy hex według ASME B18.2.4.6M (materiały A194M/A563M), stosowana na kołnierzach ASME skręcanych metrycznie. W każdym rozmiarze leży dokładnie o jeden stopień wyżej w szeregu rozwartości ISO niż nakrętka normalna — M20 ma więc 34 zamiast 30, a M64 100 zamiast 95. Ujęto tylko rozmiary preferowane normy (M12–M100); „—" oznacza: brak w B18.2.4.6M.

* Rozmiary powyżej M64 są poza zakresem norm DIN EN ISO 4014/4017/4032. Rozwartości wynikają z szeregu ISO 272 lub DIN 934 (nakrętki); przy bardzo dużych śrubach wymiary łba bywają wykonywane według rysunku — należy to sprawdzić przed planowaniem narzędzi.

Dlaczego praktyczna reguła „rozmiar klucza = 1,5 × M" prawie zawsze się sprawdza

Kto na obiekcie musi oszacować rozmiar klucza do śruby metrycznej, mnoży średnicę gwintu przez 1,5. Między M12 a M24 nie jest to przybliżenie, lecz dokładnie wartość normowa: M12 → 18, M14 → 21, M16 → 24, M18 → 27, M20 → 30, M24 → 36 mm. Powód jest mechaniczny: wymagany moment dokręcania rośnie w przybliżeniu z trzecią potęgą średnicy gwintu (siła napięcia wstępnego ~ d², ramię ~ d) — i dokładnie tak samo rośnie nośność łba sześciokątnego na powierzchniach klucza. Stosunek rozwartości do średnicy musi więc pozostać niemal stały; norma ISO 272 ustaliła go na około 1,5 i zaokrągliła wartości do celowo krótkiego szeregu rozmiarów kluczy, tak aby ograniczony zestaw nasadek pokrywał cały zakres.

Stosunek ten jest stały tylko w środkowym zakresie. Poniżej M12 jest wyższy (M6: 1,67 · M8: 1,63 · M10: 1,60), między M27 i M52 rośnie nieco do 1,56 (M45/M48: 70/75 mm zamiast 67,5/72), a od M64 spada poniżej 1,5 — przy M85 wynosi już tylko 1,41 (120 mm zamiast 127,5). Dla dużych śrub reguła daje więc wartości zbyt duże. Jako oszacowanie pozostaje użyteczna w całym zakresie, jako podstawa zamówienia — nie.

Najbardziej znanym rzeczywistym wyjątkiem jest M22: 1,5 × 22 = 33 mm — rozmiar klucza, którego w szeregu ISO w ogóle nie ma. Znormalizowane są 34 mm. M22 jest zarazem jedynym rozmiarem, w którym zmiana normy przesunęła rozwartość w górę. Również nie do końca zgodne: M30 (46 zamiast 45), M36 (55 zamiast 54) oraz M6/M8/M10, gdzie reguła daje wynik o 1 mm za mały.

To, że reguła zawodzi w istniejących instalacjach, wynika ze zmiany normy: w lutym 1992 r. normy DIN 931-1/DIN 933 zastąpiono normami DIN EN 24014/24017 (dziś DIN EN ISO 4014/4017, rozwartości według ISO 272:1982). Zmieniły się cztery rozmiary: M10 17 → 16, M12 19 → 18, M14 22 → 21 i M22 32 → 34 mm. Starsze instalacje są więc mieszane — w instalacji z lat 80. na M12 pasuje klucz 19, a nie 18. Krytyczny jest tylko jeden kierunek: zbyt mała nasadka nie wejdzie na łeb, natomiast zbyt duża (34 na starym M22 o rozwartości 32 mm) wydaje się osadzona, ale pod momentem hydraulicznym zaokrągla narożniki — potem połączenie da się otworzyć już tylko rozłupywaczem nakrętek.

Trzecie odstępstwo jest zamierzone — i dotyczy właśnie tych połączeń, o które w technice instalacyjnej chodzi. Trzy szeregi celowo są większe: zestawy HV w konstrukcjach stalowych według EN 14399-4/-6 (dawniej DIN 6914/6915) z M20 → 32, M22 → 36, M24 → 41 mm (około 1,6 × M); metryczna nakrętka heavy hex według ASME B18.2.4.6M, konsekwentnie o jeden stopień ISO wyżej (kolumna „Rozwartość nakrętki kołnierzowej"); oraz nakrętki do śrub ze zredukowanym trzonem według DIN 2510-5 postać NF — klasyczne wysokotemperaturowe połączenie kołnierzowe — gdzie do M20 obowiązują większe rozwartości z powodu wymaganej większej powierzchni oporowej (M12 → 22, M16 → 27, M20 → 32 mm), a od M24 znów wartości ISO. Same normy kołnierzowe, jak EN 1515-1/-4 (kołnierze PN) czy EN 1092-1, nie przewidują natomiast własnych rozwartości; wybierają jedynie normy śrub i nakrętek, a rozwartość wynika z nich.

Ponieważ hydrauliczne klucze dynamometryczne i kasety podążają za rozwartością, a nie za gwintem, reguła 1,5 prowadzi przy wszystkich tych szeregach wprost do złej kasety. Wniosek praktyczny: 1,5 × M wystarcza, by sięgnąć do właściwej szuflady; przed założeniem narzędzia hydraulicznego rozwartość się mierzy — obowiązkowo przy M22, przy M10/M12/M14 w starszych instalacjach, przy połączeniach HV, heavy hex i na śrubach ze zredukowanym trzonem oraz powyżej M64.

Cale: rozmiary kluczy do śrub calowych (UNC / 8-UN, ¼″–4″)

W petrochemii, w instalacjach projektowanych według ASME oraz przy sprzęcie amerykańskim i brytyjskim połączenia kołnierzowe są calowe. Tam reguła 1,5 jest praktycznie zasadą konstrukcyjną: od ½″ rozwartość śruby z łbem sześciokątnym według ASME B18.2.1 wynosi dokładnie 1,5 × średnica nominalna — bez wyjątku do 4″ (⅜″ trafia w to przypadkowo; ¼″, 5⁄16″ i 7⁄16″ odbiegają). Natomiast stosowana w technice kołnierzowej odmiana heavy hex (ASME B18.2.2, np. nakrętki ASTM A194 Gr. 2H na śrubach dwustronnych A193 B7) leży dokładnie ⅛″ wyżej.

Kolumna 8-UN to połączenie kołnierzowe: śruby dwustronne do kołnierzy ASME B16.5 (ASTM A193 B7/B8, A320) wykonuje się od 1″ na całej długości z 8 zwojami na cal zamiast UNC — śruba 4″ to zatem 4″-8UN, a nie 4″-4UNC. Rozwartość pozostaje bez zmian: 6″ na sześciokącie, 6⅛″ na nakrętce heavy hex. W technice kołnierzowej heavy hex stosuje się od ½″, poniżej obowiązuje zwykły szereg sześciokątny.

Co to oznacza dla nasadek, kaset i napinaczy

Przy kontrolowanym skręcaniu dobór narzędzia zależy od rozwartości, a nie od gwintu. Hydrauliczny klucz dynamometryczny z chwytem kwadratowym (zwykle ¾″ do 2½″) przyjmuje nasadki udarowe: jeden korpus obsługuje wiele rozmiarów, wymienia się tylko nasadkę — a tę dobiera się po rozwartości. Klucz płaski (kasetowy) do ciasnych miejsc pracuje natomiast z kasetami pierścieniowymi, a tam każdej rozwartości odpowiada osobna kaseta. Właśnie dlatego odstępstwa z powyższych tabel przekładają się bezpośrednio na listę narzędzi: połączenie M24 z normalną nakrętką ISO wymaga kasety 36 mm, ale z zestawem HV albo metryczną nakrętką kołnierzową heavy hex — kasety 41 mm. A kto planuje według 1,5 × M, nie będzie miał w zestawie nawet 34 mm na M22.

Przy napinaniu śrub jest dokładnie odwrotnie: tam liczy się gwint. Napinacz („tensioner") to hydrauliczne narzędzie do napinania śrub, czyli narzędzie do wprowadzania napięcia wstępnego. Składa się z korpusu ciśnieniowego (siłownika hydraulicznego), mostka (bridge), śruby ciągnącej (puller/insert) i pokrętła nakrętki (nut driver); dla innego rozmiaru śruby wymienia się nie korpus ciśnieniowy, lecz zestaw adaptacyjny z pullera/insertu, mostka i pokrętła. Puller/insert wkręca się na wolny koniec gwintu i musi więc pasować dokładnie — średnicą i skokiem. Dla calowych połączeń kołnierzowych oznacza to, że puller/insert podąża za szeregiem gwintu śrub: UNC do 1″ i od 1 1/8″ szereg 8-UN. Zestawy adaptacyjne do kołnierzy ASME B16.5 są zatem z reguły 8-UN — przy śrubie 4″ to 4″-8UN, a nie 4″-4UNC. W połączeniach metrycznych chodzi o gwint zwykły, ale przy dużych śrubach często o drobnozwojny: puller/insert M100 × 6 nie pasuje na śrubę M100 × 4. Dlatego skok gwintu drobnozwojnego znajduje się w tabeli powyżej.

O tym, czy napinanie jest w ogóle możliwe, decydują jeszcze dwa wymiary. Po pierwsze wolna długość gwintu nad nakrętką: puller/insert potrzebuje gwintu do uchwycenia, wymagane jest około jednej średnicy śruby powyżej górnej powierzchni nakrętki — przy dokręcaniu momentem wystarczają dwa zwoje. Kto przechodzi z dokręcania momentem na napinanie, musi więc zamówić śruby dwustronne o mniej więcej jedną średnicę dłuższe; później się tego nie nadrobi. Po drugie pokrętło nakrętki: chwyta nakrętkę za powierzchnie klucza i musi pasować do rozwartości. Napinacz wymaga zatem obu danych — gwintu dla pullera/insertu i rozwartości dla pokrętła. Dochodzą do tego wysokość zabudowy nad nakrętką i odstęp otworów w kołnierzu: przy ciasnym rozstawie nie każde połączenie jest dostępne narzędziem standardowym, i wtedy pracuje się specjalnymi adapterami albo w dwóch przejściach, co druga śruba.

Dlaczego nie istnieje uniwersalna tabela momentów dokręcania

Wymaganego momentu dokręcania nie można odczytać wyłącznie z rozmiaru śruby. Zależy on od klasy wytrzymałości (np. 8.8, 10.9, B7), tarcia i smarowania (współczynnik tarcia µ) oraz wymaganej siły napięcia wstępnego — przy dokręcaniu momentem nawet ~90 % momentu jest tracone na tarcie. Dlatego w ciśnieniowych połączeniach kołnierzowych moment lub siłę napięcia oblicza się dla każdego połączenia (EN 1591-1, ASME PCC-1) i dokumentuje.

Dokładniejszą metodą niż dokręcanie momentem jest napinanie śrub (bolt tensioning — hydrauliczne osiowe wydłużenie śruby): rozrzut siły napięcia zwykle ±5–10 % zamiast ±25–30 %. Rzeczywiste wartości z projektów HSOS pokazują skalę: kołnierz zbiornika ze śrubami 1¾″ → 4800 Nm; podgrzewacz WP z M72 → 10 200 Nm.

FAQ: metody, narzędzia i śruby