高拉力螺栓的取樣介紹

在現場施工時,腹鈑大多採用高拉力螺栓,來做接合以傳遞剪應力。縱使是全部採用銲接的接頭設計,也要使用幾顆螺栓,才有辦法安裝與調整。因此高拉力螺栓可以視為鋼結構不可或缺的材料之一,當然它品質的確保,也相當重要。

要保障品質的做法,分為兩步驟:第一個步驟是確保材料的製造過程。這方面在工程上品管的要求,是廠商資料的送審與原廠的品質保證書。廠商資料的送審,以確認是由具有足夠能力的廠商來生產製造;品質保證書,則由廠商確認確實有做好品質管制。第二個步驟則是針對進場的材料抽樣進行驗證,以確認相關的品質保證沒有造假的問題。至於取樣的頻率與數量,則牽涉到製程的可靠度分析、不合格機率的分布等問題,理論上相當的複雜,早已是一門專門的研究。實務上一般依照標準或規範的規定即可,若有特別要求則在合約裡另行規定。

例如以鋼筋來說,依據CNS 560的規定〔1〕,取樣方式以爐號與號數來區分,同一形狀尺度者,以重量每50噸取樣一支,去做相關的試驗。但是目前國內高拉力螺栓,習慣上是以鋼構協會建議的方式來做檢驗。檢驗頻率與數量如表1、2所示。表1與表2其取樣差別,在於有無原廠開立的品質保證書〔2〕。從表1可以看出,取樣頻率似乎並不需要很高,且並未明確定義「同批」的旨意。

ASTM F1470對栓接取樣的規定,略如表3和表4〔3〕。根據ASTM F1470螺栓的檢驗頻率,依照批次分為品管(detection process)及驗證(prevention process)兩種。依照取樣的目的,可以採取較嚴格的品管(detection)(例如工廠內)或採較寬鬆的驗證(prevention)的方式(例如工地)。然後根據檢測的數量給與不同的取樣等級,由大到小,分成A~D四種。根據ASTM F1470螺栓檢驗包含包裝檢查等,種類名目高達41種之多,每種試驗均分別給予不同的等級。然而比較CNS 12210「控制扭矩之高強度螺栓、六角螺帽及平墊圈組檢驗法」的螺栓檢驗項目,只有硬度、拉伸及安全負荷等三種〔4〕。

一組螺栓由三個部分組成,螺栓(bolt)、螺帽(nut)與墊圈(washer)。螺栓採用拉伸試驗,螺帽用拉伸試驗得到的結果去做抗壓能力的檢驗,又稱保證負載或安全荷重試驗;最後三者均須做硬度試驗。螺栓的高強度,很大一部分係由於熱處理的關係,因此硬度試驗反倒比金屬成分來的更有重要性。摘取ASTM這三種試驗的規定如表3所示。由表3可以看出,除了螺母的安全荷重試驗等級可較低一級外,品管與驗證的取樣等級,分別為B與C等級。至於CNS雖然目前僅規定了六角頭的高拉力螺栓(CNS 12209,11328之F8T、F10T),並檢驗標準〔5、7〕,但其檢驗規定應該仍值得參考。

CNS 12210規定螺栓的取樣規定為:同一批次依照CNS 9445「計量值檢驗抽樣程序及抽樣表」〔8〕之特殊檢驗水準S3的檢驗頻率,抽樣允收品質水準(AQL)為0.65。而依據CNS 9445檢驗水準分成五種等級,分別為一般等級的I、II、III及特殊的S3及S4。在一般正常的水準下,以II等級為主。若較寬鬆可採I等級。若樣本數可能甚少時,則可採所謂特殊檢驗水準S3等級。但S3水準還分為正常與減量兩種方式。所謂減量指連續抽樣10批均合格,則可採用減量抽樣的方式。但只要有任何一批發現不合格或生產狀況有異常(不規則)情形,則恢復正常之取樣水準。另外所稱同一批的定義,CNS 12209係以:(a)鋼材爐號(b)物理性質等級(c)螺紋或墊圈標稱(d)長度(e)機械加工(f)熱處理條件(g)表面處理者,表面處理條件等七種條件來做分別,也就是類似鋼筋一樣,需分批做統計與檢驗。但如果其他條件相同僅長度略有差異,由於生產與熱處理條件類似,可視同一批。在CNS11329〔7〕視為同一批的條件則是爐號與直徑相同。

依照CNS 9445簡單的以未知變異(工廠生產水準未知)、單邊規格界線的形式(規定允收下限值而非上下限)、允收品質水準0.65,其取樣數量亦列於表4,以方便比較。依據CNS 9445,可以採用標準差法或全距法,雖然物理意義不同,但比較兩者其差別僅在等級H時,標準差法取樣數為20全距法為25;表4取標準差法。但仍須強調CNS 9445考慮與應用的範圍很廣所以內容複雜,本文簡化僅以取樣數量說明,有興趣的讀者,可參閱規範。從表4中可以看出,取樣數量與ASTM的規定似乎差距也不算大。

之前曾遇過知名大廠之高拉力螺栓檢驗未通過的,而回頭檢討取樣方式與方法,發現各規範與目前慣用的取樣頻率有一些不同,因此特以此文分享。

參考資料

〔1〕「鋼筋混凝土用鋼筋」CNS 560,103年。

〔2〕「鋼結構品質管制作業標準 第三版」中華民國鋼結構協會 2008。

〔3〕「Standard Practice for Fastener Sampling for Specified Mechanical Properties and Performance Inspection」 ASTM F1470–09.

〔4〕「控制扭矩之高強度螺栓、六角螺帽及平墊圈組」CNS 12209,94年。

〔5〕「控制扭矩之高強度螺栓、六角螺帽及平墊圈組檢驗法」CNS 12210,77年。

〔6〕「摩擦接合用高強度六角螺栓、六角螺帽及平墊圈組合件」CNS 11328,101年。

〔7〕「摩擦接合用高強度六角螺栓、六角螺帽及平墊圈組合件檢驗法」CNS 11329,101年。

〔8〕「計量值檢驗抽樣程序及抽樣表」CNS 9445,76年。

表1 高拉力螺栓的檢驗頻率(有出廠證明) 〔2〕

測試項目

同批產品數量

測試數量

可接受之不合格數量

硬度、拉伸及安全負荷

≦3200

1

0

3201~32000

2

0

32000~150000

3

0

≧150001

5

0

 

表2 高拉力螺栓的檢驗頻率(沒有出廠證明)〔2〕

測試項目

同批產品數量

測試數量

可接受之不合格數量

硬度、拉伸及安全負荷

≦800

1

0

801~8000

2

0

8001~35000

3

0

35001~150000

8

0

≧150001

13

0

 

表3 ASTM F1470取樣等級

試驗種類

取樣等級

品管
  (detection)

驗證 (prevention)

拉伸

B

C

安全負荷

C

D

硬度

B

C

表4 取樣數量

ASTM   F1470

CNS   9445

同批產品數量

取樣等級

同批產品數量

檢驗水準S3

A

B

C

D

等級

正常數量

減量數量

1~2

2

1

1

A

2~8

B

3

3

3~15

3

2

1

A

9~15

B

3

3

16~25

4

3

1

A

16~25

B

3

3

26~50

5

4

1

A

26~50

B

3

3

51~90

6

5

2

1

51~90

B

3

3

91~150

7

6

2

1

91~150

B

3

3

151~280

10

7

2

1

151~280

B

3

3

281~500

11

9

3

2

281~400

C

4

3

         

401~500

C

4

3

501~1200

15

11

3

2

501~1200

D

5

3

1201~3200

18

13

3

2

1201~3200

F

10

4

3201~10000

22

15

4

3

3201~10000

F

10

4

10001~35000

29

15

4

3

10001~35000

G

15

5

35001~150000

29

15

5

3

35001~150000

H

20

7

150001~500000

29

15

6

4

150001~500000

H

20

7

500001~超過

29

15

7

5

500001~超過

H

20

7

 


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