Заклёпочное или болтовое соединение

Заклёпочное или болтовое соединение — типичный выбор инженера-конструктора при проектировании металлоконструкции, обшивки, корпусной детали или ремонтного узла. Заклёпочное соединение неразъёмное, разбирается только разрушением заклёпки; болтовое — разъёмное, допускает многократный монтаж и демонтаж. Из этой принципиальной разницы вытекают отличия в работе под нагрузкой, виброустойчивости, массе, технологичности монтажа и области применения.

В статье разобраны принципы работы обоих типов соединений, конструкции заклёпок и болтов с обозначениями по действующим стандартам, схемы передачи усилий (срез, смятие, растяжение, трение), виброустойчивость и усталостная прочность, а также порядок выбора под конкретную задачу. Все нормативные ссылки даны по действующим на 2026 год редакциям стандартов и сводов правил.

Принципиальная разница: неразъёмное и разъёмное

Заклёпочное соединение — неразъёмное: разборка возможна только с разрушением заклёпки (срубанием или высверливанием головки). После демонтажа заклёпка не восстанавливается. Усилие в соединении формируется в момент клёпки, когда выступающий конец стержня расплющивается, формируя замыкающую головку, и металл соединяемых деталей плотно поджимается между установочной и замыкающей головками.

Болтовое соединение — разъёмное: допускает многократный монтаж и демонтаж без разрушения крепёжных элементов. Усилие в соединении формируется затяжкой гайки на болте по моментному ключу либо контролируемым углом поворота. После демонтажа болт может быть установлен повторно при условии сохранения механических свойств резьбы и стержня.

Заклёпка — это разовый крепёж, формируемый по месту; болт — повторно используемый стандартизованный крепёжный элемент. Этот единственный факт определяет всё остальное.

Конструкция и виды заклёпок

Сплошные стальные заклёпки общепромышленного назначения нормируются группой ГОСТ от 1980 года по форме головки и классу точности. Материал заклёпок (стали 10, 15, медь, латунь, алюминиевые сплавы) — по ГОСТ 10304-80.

По способу установки

• Ударные («под молоток»). Сплошные стальные заклёпки по ГОСТ 10299-80 и аналогам. Требуют двустороннего доступа: с одной стороны держат закладной головкой, с другой формируют замыкающую — ударом молотка, прессом или клепальной машиной. Применяются в металлоконструкциях, мостах и тяжёлых обшивках.
• Вытяжные (тяговые, «слепые»). Пустотелая заклёпка с втягиваемым через тело сердечником. Устанавливается с одной стороны конструкции — отсюда название «слепые». Применяются в обшивках, кузовных и фасадных работах, лёгких металлоконструкциях.
• Резьбовые (гаечные). Заклёпка-гильза с внутренней резьбой; после установки в тонкостенной детали образует резьбовое гнездо для последующей установки винтов. Применяются для крепления съёмных элементов к тонким панелям и листам.

Длина припуска

Длина выступающего конца стержня заклёпки до клёпки нормируется ГОСТами: для полукруглой головки (ГОСТ 10299-80) припуск составляет (1,2…1,5) × d, для потайной (ГОСТ 10300-80) — (0,8…1,1) × d, где d — диаметр стержня. Недостаточный припуск даёт слабую замыкающую головку; избыточный приводит к смятию материала и перекосу.

Конструкция и виды болтовых соединений

В машиностроении и металлоконструкциях применяются болты с шестигранной головкой нормальной точности (ГОСТ 7798-70) и повышенной точности (ГОСТ 7805-70). Для строительных металлических конструкций — отдельная линия высокопрочных болтов и комплектующих.

Классы прочности болтов

Классы прочности крепёжных изделий из углеродистых и легированных сталей нормирует ГОСТ ISO 898-1-2014 «Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы». Обозначение состоит из двух чисел через точку: число слева — это 1/100 номинального предела прочности на растяжение в МПа; произведение чисел даёт 1/10 номинального предела текучести в МПа.

Классы прочности гаек нормируются ГОСТ ISO 898-2-2015. По действующей редакции СП 16.13330.2017 класс прочности гайки выбирается в соответствии с классом прочности болта и характером его работы: при работе болтов на растяжение применяют гайки классов 5 (при болтах 5.6 и 5.8), 8 (при 8.8), 10 (при 10.9) и 12 (при 12.9); при работе болтов только на срез допускается применение гаек на разряд ниже — 4 (при 5.6 и 5.8), 5 (при 8.8), 8 (при 10.9) и 10 (при 12.9).

Высокопрочные болты для металлоконструкций

Для фрикционных и фланцевых соединений строительных металлических конструкций применяются болтокомплекты по серии:

• ГОСТ Р 52643-2006 — общие технические условия на высокопрочные болты, гайки и шайбы для металлических конструкций.
• ГОСТ Р 52644-2006 — болты высокопрочные с шестигранной головкой с увеличенным размером под ключ.
• ГОСТ Р 52645-2006 — гайки высокопрочные шестигранные.
• ГОСТ Р 52646-2006 — шайбы к высокопрочным болтам.
• ГОСТ 22353-77 — болты высокопрочные класса точности В; ГОСТ 22356-77 — общие технические условия (исторически широко применяемая серия для мостов и зданий).
• ГОСТ 32484.1-2013 — болтокомплекты высокопрочные для предварительного натяжения; ГОСТ 32484.2-2013 — испытание на предварительное натяжение.

Виды болтовых соединений по характеру работы

Согласно СП 16.13330.2017, для фрикционных и фланцевых соединений строительных металлоконструкций применяются болты классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9.

Работа соединений под нагрузкой

Под действием поперечной (сдвигающей) нагрузки в плоскости стыка соединение работает в одном из трёх режимов в зависимости от типа крепежа и условий установки.

Работа на срез стержня и смятие стенок отверстия

Это базовый режим работы заклёпки и срезного («чёрного») болта в отверстии с зазором. Нагрузка передаётся через срез поперечного сечения стержня крепежа и смятие материала соединяемых деталей в месте контакта со стенкой отверстия. Расчёт выполняется по двум независимым условиям прочности: на срез по площади поперечного сечения стержня и на смятие по диаметральной проекции боковой поверхности отверстия.

Работа на трение

Это режим фрикционного соединения на высокопрочных болтах. Болт затягивается с контролируемым усилием, создавая значительное сжимающее усилие в стыке. Поперечная нагрузка передаётся силами трения по контактирующим поверхностям; стержень болта на срез не работает и в идеальном фрикционном соединении не должен сдвигаться относительно отверстия. Несущая способность определяется усилием затяжки болта, коэффициентом трения по сопрягаемым поверхностям и числом плоскостей трения.

Работа на растяжение

Это режим работы фланцевых и анкерных соединений. Болт удерживает детали от расхождения за счёт продольного растяжения стержня. Заклёпки на растяжение работают плохо: материал замыкающей головки имеет пониженную прочность по сравнению с основным сечением стержня, поэтому растягивающая нагрузка может вырвать головку.

Заклёпочное соединение даёт практически отсутствующий зазор «по умолчанию»: горячая или вытяжная заклёпка плотно заполняет отверстие при формировании замыкающей головки. Срезное болтовое соединение в стандартных отверстиях допускает сдвиг до полного выбора зазора (обычно 1–2 мм на болт). Для исключения сдвига применяют призонные болты или фрикционное соединение на высокопрочных болтах.

Виброустойчивость и усталостная прочность

В условиях знакопеременных и вибрационных нагрузок поведение заклёпочных и болтовых соединений принципиально различается.

Заклёпочное соединение

Заклёпка не имеет резьбы, которая могла бы самоотвинчиваться. Натяг в соединении формируется в момент клёпки и устойчив на весь срок службы. Заклёпочные узлы традиционно характеризуются как стойкие к ударным и вибрационным нагрузкам, что и определило их историческое широкое применение в мостовых, корабельных и авиационных конструкциях. По этой же причине заклёпки сохраняют позиции в авиастроении и в ремонте тяжёлых металлоконструкций.

Болтовое соединение

Резьбовое соединение в условиях вибрации склонно к самоотвинчиванию. Пружинные шайбы (гроверы) в современных испытаниях (в том числе по методу Юнкера) показывают низкую эффективность как стопорящие элементы и в ряде случаев способны ускорять ослабление. Надёжное стопорение даёт:

• Контровка гайки шплинтом, проволокой или второй (контр-) гайкой.
• Применение самоконтрящихся гаек (с полимерным вкладышем или с деформированной резьбой).
• Использование шайб с упругими лепестками или зубчатых стопорных шайб.
• Анаэробные резьбовые фиксаторы (жидкие), полимеризующиеся в зазоре резьбы.
• Применение фрикционного соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением — у него нет «зазора» в работе и нет смещений, провоцирующих ослабление.

Усталостная прочность

В заклёпочном соединении нагрузка распределяется по большему числу заклёпок более равномерно за счёт плотного заполнения отверстий и пластической деформации металла при клёпке. В срезном болтовом соединении с зазором передачу усилия принимают на себя в первую очередь крайние ряды болтов, поэтому концентрация напряжений выше.

Высокопрочное фрикционное болтовое соединение по этому показателю превосходит срезное и приближается к заклёпочному: пакет деталей работает как единое целое, болт не циклически срезается. Это и есть основная причина массового вытеснения заклёпочных соединений фрикционными в современных стальных конструкциях зданий и мостов.

Сравнение по характеристикам

Когда выбирать заклёпки

• Узел не будет разбираться при эксплуатации. Корпусные детали, обшивки, бункеры, постоянные элементы кронштейнов.
• Соединяются несвариваемые материалы или разнородные сплавы. Например, алюминиевая обшивка к стальному каркасу.
• Доступ к стыку односторонний. Закрытые профили, трубы, узлы кузова — здесь применяются вытяжные заклёпки.
• Знакопеременные и вибрационные нагрузки. Авиационные обшивки, кузова транспортных средств, корпусы оборудования с вращающимися элементами.
• Требуется минимальная высота над поверхностью. Аэродинамические обшивки с заклёпками с потайной головкой по ГОСТ 10300-80.
• Тонкостенные детали под крупный крепёж. В тонкий лист нельзя ввернуть болт с гайкой без накладок; вытяжная или резьбовая заклёпка справляется.

Когда выбирать болты

• Узел требует периодической разборки. Технологическое оборудование, ремонтные люки, сменные узлы.
• Передаются большие сосредоточенные усилия. Болт с тем же диаметром стержня, что и заклёпка, имеет существенно большую несущую способность за счёт более прочной стали и точной геометрии.
• Требуется контролируемое усилие затяжки. Сосудные фланцы, ответственные стыки металлоконструкций — затяжка по моментному ключу или контролируемому углу поворота даёт нормируемое предварительное натяжение.
• Современные строительные металлоконструкции. СП 16.13330.2017 предусматривает применение болтов с шестигранной головкой нормальной (ГОСТ 7798) или повышенной (ГОСТ 7805) точности и высокопрочных болтов для фрикционных и фланцевых соединений.
• Возможность ревизии состояния крепежа. Болт можно разобрать, осмотреть резьбу, заменить износившийся.
• Соединение под растягивающую нагрузку. Анкерные узлы, фланцы трубопроводов, крышки оборудования.

Типичные ошибки выбора

• Применение заклёпок на растягивающую нагрузку. Заклёпки в первую очередь работают на срез. На отрыв замыкающая головка имеет пониженную прочность, и соединение «выходит» по головке.
• Установка обычного срезного болта вместо высокопрочного во фрикционном соединении. У обычных болтов класса 5.6 нет необходимого предела текучести для контролируемой затяжки на проектное усилие — узел работает в режиме срезного соединения с большим зазором, а не в режиме фрикционного.
• Замена ударной клёпки сваркой без расчёта. Сварка вносит остаточные напряжения, может покоробить тонкие элементы и недопустима для несвариваемых сплавов. Прямая замена технологии без анализа — частая причина дефектов.
• Игнорирование контровки болтов под вибрацией. Резьба самоотвинчивается; для ответственных соединений предусматривается контровка шплинтом, самоконтрящимися гайками или анаэробным фиксатором.
• Несоответствие класса прочности гайки классу болта. Если гайка слабее болта, при перегрузке резьба гайки срывается раньше разрушения болта. Согласно СП 16.13330.2017, класс гайки выбирается под класс болта.
• Применение слишком длинной заклёпки. Избыточный припуск приводит к смятию материала, перекосу и кривой замыкающей головке. Длина припуска нормируется по диаметру стержня заклёпки.
• Применение обычной шайбы вместо нормированной к высокопрочному болту. Стандартные шайбы не выдерживают усилия предварительного натяжения и сминаются; используются только специальные термообработанные шайбы по ГОСТ Р 52646-2006.

Алгоритм выбора соединения

1. Определить разъёмность узла. Если узел не разбирается за весь срок службы — кандидат на заклёпочное; если требуется ревизия, демонтаж, замена элементов — болтовое.
2. Определить характер нагрузки. Сдвиг в плоскости стыка — срез стержня (заклёпка или срезной болт); недопустимый сдвиг — призонные болты или фрикционное соединение на высокопрочных; растяжение — болты, заклёпки исключаются.
3. Оценить вибрационный режим. При выраженных циклических нагрузках и невозможности подтяжки — заклёпки или фрикционные высокопрочные болты. Для срезных болтов — контровка обязательна.
4. Учесть доступ к стыку. Двусторонний — ударные заклёпки, болты с гайками; односторонний — вытяжные заклёпки или резьбовые отверстия с одной стороны (втулки, шпильки).
5. Согласовать с действующими нормами. Для строительных металлоконструкций — СП 16.13330.2017 и связанные с ним ГОСТы; крепёж выбирается по таблице Г.3 свода правил.
6. Учесть технологичность изготовления. Серийное производство тонкостенных изделий — вытяжные заклёпки на автоматизированной линии; ремонт и опытные образцы — болтовые соединения, как наиболее гибкие.
7. Заложить контролируемые параметры. Для болтов — момент затяжки или угол поворота гайки, для заклёпок — диаметр и длина стержня, материал, форма головки и припуск.

Вопросы и ответы