Analyse af almindelige årsager til brud på befæstelsesbolte

Der er forskellige årsager til boltbrud ifastgørelsesmidler. Generelt er boltskade forårsaget af stressfaktor, træthed, korrosion og brintskørhed.

Boltbrud

1. Stressfaktor
Overskridelse af konventionel belastning (overspænding) er forårsaget af en hvilken som helst eller en kombination af forskydning, spænding, bøjning og kompression.
De fleste designere overvejer først kombinationen af ​​trækbelastning, forspændingskraft og yderligere praktisk belastning. Forspændingskraften er grundlæggende intern og statisk, hvilket komprimerer samlingskomponenterne. Praktiske belastninger er eksterne, typisk cykliske (frem- og tilbagegående) kræfter, der påføres fastgørelseselementer.
Trækbelastningen forsøger at modstå samlingskomponenterne i at åbne sig. Når disse belastninger overstiger boltens ydelsesgrænse, skifter bolten fra elastisk deformation til plastisk deformation, hvilket resulterer i permanent deformation af bolten. Derfor kan den ikke genoprettes til sin oprindelige tilstand, når den eksterne belastning fjernes. Af lignende årsager, hvis den eksterne belastning på bolten overstiger dens ultimative trækstyrke, vil bolten knække.
Boltstramning opnås ved at vride med forspændingskraft. Under installationen fører for stort drejningsmoment til overspænding og reducerer den aksiale trækstyrke af fastgørelseselementer ved at udsætte dem for overbelastning. Med andre ord har bolte, der udsættes for kontinuerlig torsion, lavere flydeværdier sammenlignet med bolte, der er direkte udsat for spænding og spænding. På denne måde kan bolten give efter, før den når minimumstrækstyrken for den tilsvarende standard. Et stort drejningsmoment kan øge boltens forspændingskraft og tilsvarende reducere løsheden af ​​leddet. For at øge låsekraften er forspændingskraften generelt sat til en øvre grænse. På denne måde, medmindre forskellen mellem flydespænding og ultimativ trækstyrke er lille, vil bolte generelt ikke give efter på grund af vridning.
Forskydningsbelastning påfører en lodret kraft på længdeaksen afbolt. Forskydningsspænding er opdelt i enkelt forskydningsspænding og dobbelt forskydningsspænding. Ud fra empiriske data er den ultimative enkeltforskydningsspænding ca. 65% af den ultimative trækspænding. Mange designere foretrækker forskydningsbelastninger, fordi de udnytter boltenes trækstyrke og forskydningsstyrke. De fungerer hovedsageligt som dyvler og danner relativt enkle forbindelser til fastgørelseselementer, der udsættes for forskydning. Ulempen er, at forskydningsforbindelser har et begrænset anvendelsesområde og ikke kan bruges ofte, da de kræver flere materialer og plads. Vi ved, at materialernes sammensætning og nøjagtighed også spiller en afgørende rolle. Materialedata, der konverterer trækspænding til forskydningsbelastning, er dog ofte utilgængelige.
Forspændingskraften af ​​fastgørelseselementer påvirker integriteten af ​​forskydningsforbindelser. Jo lavere forspændingskraften er, jo lettere er det for fugelaget at glide, når det kommer i kontakt med bolten. Forskydningsbelastningskapaciteten beregnes ved at gange antallet af tværgående planer (et forskydningsplan kaldes enkelt forskydning, og to forskydningsplaner kaldes dobbelt forskydning), som skal være tværsnittet af ikke-gevindede bolte. Vi går ikke ind for at designe forskydning gennem gevind, da forskydningsstyrken af ​​fastgørelseselementer kan overvindes ved spændingskoncentration, når tværsnittet ændres. Ved bestemmelse af fastgørelseselementers forskydningsstyrke bruger nogle designere trækspændingsområdet, mens andre foretrækker sektioner med lille diameter. Hvis bolten i forskydningsforbindelsen er snoet til den angivne værdi (som vist i figur 2), kan kontaktlagets modflade ikke begynde at glide, før den overstiger friktionsmodstanden udenfor. Forøgelse af friktionen mellem parringsoverflader kan forbedre forbindelsens overordnede integritet. Nogle gange kan antallet af bolte, der skal bruges, være begrænset på grund af størrelsen af ​​delene og designkravene.

Figur 2: Uanset om forbindelseskomponenten er enkeltskåren eller dobbeltskåret, bør skærefladen ikke passere gennem den gevindskårne del af fastgørelseselementet
Ud over træk- og forskydningsbelastninger er bøjningsspænding en anden belastning, som bolte udsættes for, forårsaget af eksterne kræfter, der ikke er vinkelret på boltens længdeakse og er placeret på leje- og modflader. Samlet set, jo enklere fastgørelsesforbindelsen er, jo større er dens integritet og pålidelighed.
2. Træthed
Der er i øjeblikket ingen specifik lovgivning, der pålægger leverandører at købe nøglekomponenter, der overholder industrielle standarder i de relevante regler for industrielle fastgørelseselementer, især uden at nævne hovedårsagen til fastgørelsesfejl - træthed. Træthedsskader anslås at udgøre 85 % af det samlede antal fastgørelsesfejl.
Trætheden i bolte er den kontinuerlige påvirkning af cykliske trækbelastninger, som resulterer ibolteudsættes for relativt små forspændingskræfter og skiftende arbejdsbelastninger. Under sådanne dobbeltbelastningsforhold i lang tid vil bolte svigte, når deres nominelle trækstyrke er mindre end. Udmattelseslevetiden bestemmes af antallet og amplituden af ​​belastningsbelastningscyklusser. Nogle komprimerede konnektorer, såsom presser, stanseudstyr og støbemaskiner, kan også opleve udmattelsesbrud. Der genereres flere sammensatte spændinger mellem strømmen og forspændingen under drift. Ved gentagne strækbevægelser påvirkes antallet og amplituden af ​​stressændringer af graden af ​​træthed og skader.
Typiske industrielle fastgørelseselementer, såsom sekskantskruer, forlænges konstant og vender tilbage til deres oprindelige form inden for et vist elasticitetsområde. Hvis de udsættes for stress ud over det normale og ud over det elastiske område, vil de gennemgå permanent deformation, indtil de til sidst knækker. Adfærden med at udvide og vende tilbage til en forlænget tilstand kaldes en cyklus. En sekskantet skrue kan modstå ca. 240-10 graders cyklusser pr. dag (maksimalt) som vist i figur 3.

Figur 3 Forbedret Goodman-diagram

Den stiplede diagonal angiver gennemsnitsværdien af ​​vekslende skruebelastning med en 90 % sandsynlighed for 10 millioner cyklusser. Den faktiske diagonale linje viser, at når skruens forspændingskraft når 100 ksi, er den maksimale afvigelse mellem den dynamiske belastning og den gennemsnitlige spænding 12 ksi.
Fastgørelseselementer vil i sidste ende revne på grund af gentagne stresscyklusser fra top til top. Brud opstår normalt på det mest sårbare punkt af fastgørelseselementet, som ingeniører omtaler som "området med maksimal spændingskoncentration". Når først mikrorevner opstår ved spændingskoncentrationspunktet og fortsætter med at blive udsat for belastning, vil revnerne hurtigt forplante sig, hvilket forårsager træthedsskader på fastgørelseselementet. Virksomheder, der fremstiller fastgørelseselementer til industriel brug, udforsker konstant nye støbeprocesser og designer og udvikler nye fremstillingsmetoder, der kan overvinde de førnævnte fatale svagheder.
De mest almindelige steder for udmattelsessvigt omfatter samlingen (dvs. det først belastede gevind), rodfilet, gevind og gevindafslutning. På grund af forbedringen af ​​udmattelsesstyrken gennem udvikling af bedre materialer og produktionsmetoder i fremstillingsindustrien, er tråde blevet det svageste punkt for fastgørelseselementer og i øjeblikket den højeste andel af skader forårsaget af udmattelsesfejl.
Det indbyrdes forhold mellem spændingsvariablerne i design og ydelseskarakteristika for fastgørelseselementer gør fastsættelse af udmattelsesstyrkestandarder til en vanskelig opgave. I øjeblikket er det en kompleks proces at bestemme antallet af "cyklusser til brud" og måle den relative styrke af en række fastgørelseselementer.
3. Korrosion
En anden årsag til boltbrud er korrosion. Korrosion har mange former, herunder almindelig korrosion, kemisk korrosion, elektrolytisk korrosion og spændingskorrosion. Elektrolytisk korrosion refererer til udsættelse af fastgørelseselementer for forskellige fugtige midler såsom regnvand eller sur tåge, som er elektrolytter, der kan forårsage kemisk korrosion af fastgørelseselementerne; For det andet, på grund af de forskellige materialer i fastgørelseselementer, er deres elektrolytiske potentialer forskellige, og potentialforskellen kan nemt generere "mikrobatterier". Designere bør vælge materialer med lignende elektrolytiske potentialer så meget som muligt baseret på metallers kompatibilitet, samtidig med at betingelserne for elektrolytgenerering for at forhindre revnedannelse forårsaget af elektrolytisk korrosion.
Spændingskorrosion er relativt begrænset. Spændingskorrosion eksisterer under høje trækbelastninger og påvirker hovedsageligt fastgørelseselementer lavet af højstyrkelegeret stål. Fastgørelseselementer lavet af legeret stål (især stål med høj legeringssammensætning) er tilbøjelige til at revne under belastning. I begyndelsen dannes normalt revner og gruber på overfladen, og derefter opstår der yderligere korrosion, hvilket fremmer sprækkeudbredelsen. Hastigheden af ​​revneudbredelse bestemmes af spændingen på bolten og materialets brudsejhed. Når det resterende materiale fungerer til det punkt, hvor det ikke kan modstå den påførte belastning, opstår der brud.
4. Brintskørhed
Højstyrkestålfastgørelseselementer (generelt med en Rockwell-hårdhed på C36 eller højere) er mere tilbøjelige til at blive skørhed af brint. Brintskørhed er hovedårsagen til brud på fastgørelseselementer. Brintskørhed er et fænomen, hvor brintatomer trænger ind og diffunderer gennem hele materialematrixen. Når brintatomer kommer ind i materialets matrix, gennemgår matrixen gitterforvrængning, hvilket forstyrrer den oprindelige ligevægtstilstand og gør det let at revne under eksterne kræfter. Når en ekstern belastning påføresskrue,brintatomer migrerer til den stærkt koncentrerede spændingszone, hvilket forårsager betydelig spænding mellem kanterne af krystalgrænserne, hvilket fører til brud mellem krystalpartiklerne i fastgørelseselementet.
Når fastgørelseselementer indeholder kritisk brint før installation, går de typisk i stykker inden for 24 timer. Hvis brint kommer ind i fastgørelseselementet, er det umuligt at forudsige, hvornår det vil gå i stykker. Derfor bør designere, når de anvender relevante fastgørelseselementer, specificere valget af leverandører med specialiserede processer og minimal potentiel brintskørhed.
5. Andre faktorer
Forbindelsesbrud er ikke altid direkte relateret til katastrofale fastgørelsesbrud. Mange faktorer relateret til fastgørelseselementer, såsom tab af forspænding eller træthed af fastgørelsesforbindelser, kan forårsage slitage; Midterforskydningen af ​​fastgørelseselementer kan generere støj og lækage under brug, hvilket kræver uplanlagt vedligeholdelse for at forhindre brud. For eksempel kan vibrationer reducere gevindets friktionsmodstand, og fastgørelsesforbindelser kan slappe af på grund af påføring af arbejdsbelastninger efter installation. Disse faktorer kan sammen med højtemperaturkrybning af bolte føre til tab af forspændingskraft. Nogle gange kan brud på forbindelsen tilskrives, at hullet, der passerer igennem, er for stort eller for lille, lejearealet er for lille, materialet er for blødt, eller belastningen er for høj. Enhver af disse situationer vil ikke forårsage direkte boltbrud, men vil resultere i tab af forbindelsesintegritet eller eventuel boltbrud.