紧固件断裂失效类型及原因分析
发布时间：2020-12-04 09:45:59 点击次数：834
机器或钢结构零件由许多零件和组件构成，其中多数通过螺纹紧固件连接在一起，一旦拧紧失败将导致机器故障，甚至在严重的状况下甚至或许造成人员伤亡。 由于紧固故障的普遍性和潜在的严重性，我们应当精心分析并找出紧固故障的原因，并采取纠正措施以防范紧固故障。 紧固故障有两种类别。一种是螺栓断裂，紧固部分即刻分开。这种故障通常会导致严重的后果。
另一个是螺纹对的松动和螺栓或螺母的滑动齿。范围互相位移，会导致机器出现故障。 人们发现适时采取措施可以避免事故的发生，如果发现仍不能继续发展，则螺栓和螺母最后会分离，这也会造成关键的安全事故，拧紧失败后，直观的现象是螺栓损坏了或螺母与螺栓分开。因此，人们一般认为螺栓是由于螺栓的质量而断裂，而螺母是松动的，因为螺母的质量不好。 每个人都不时忽略设计和安装中的问题，编者将引领所有人从设计和组装的视角分析螺栓断裂。 1剪切断裂 剪切断裂出现在仅预紧螺栓的连接中（见图1）。剪切断裂出现在螺栓轴上，坐落两个紧固零件的接合面处（见图1），并且断裂处有一个小面积平坦光亮剪切面。剪切断裂的原因如下： 1），设计原因 紧固零件的接合面之间的摩擦系数太小或螺栓规格缺少大，导致预紧力fF′不足，即：F′＜f（f-接合面之间的摩擦系数）接合面之间的摩擦低于横向工作载荷f，被紧固的零件出现相对滑动，并且螺栓被孔壁挤压。当挤压力足够大时，螺栓会被剪切。 由于对运动部件的冲击较大，因此发生的可能也更大，为避免这种现象，可以在设计中使用减荷部件和阶梯来承受侧向载荷，从而使螺栓仅起到纯功用。连接角色（请参见图2）。 not在振动的工作环境中紧固工作部件时，不使用具有防松机能的紧固件，工作一段时间后，紧固件螺纹对来得松动，螺栓的夹紧力（预紧力f'）减少。
此时，同样的结果也会发生。 为了避免由于松动而导致的紧固失败，在设计中应使用具有防松功用的紧固件，例如美国施必绪防松螺母和有效扭矩螺母。 2），组装原因 在组装过程中，预紧扭矩太小，导致预紧力不足，即f'很小，并且产生与上述相同的结果。钢结构设计，施工和引擎组装。 在其他行业中，它通常被设计和施工单位所忽略，或者根本从未这样的定义。著者在实际工作中常常遇上线程连接失败的状况。原因是其中许多是松动的，并且螺栓是由不正确的安装扭矩引起的。 拧紧由螺栓和螺母构成的螺纹对时，通过旋转螺母或螺栓（通常是螺母）来赢得拧紧力。为了保证达到设计要求，拧紧力与用以旋转螺母的扭矩（安装扭矩）成正比。须要在过程文档中为安装扭矩指定所需的拧紧力，并在实际构造中给与实施。 安装扭矩由以下公式确定： m=KPD m—安装扭矩，Nm K —扭矩系数 p—设计盼望达到的拧紧力，KN d—螺栓的公称螺纹直径，mm 在设计中，通常从螺栓屈服强度σs的60％到80％中选择紧固力，安全系数约为1.2或更大。可以在GB/T3098.1中检验具有不同螺纹规格和强度（机器性能）的螺栓的屈服载荷。 扭矩系数是内外螺纹之间的摩擦系数与螺栓或螺母支撑表面以及与紧固件接触的紧固部件的承压表面的摩擦系数的总和，与表面处理有关，强度，形状公差，螺纹精度，紧固零件的承压表面的粗糙度，紧固件的刚性和许多其他因素。 表面处理是关键因素，不同表面处理的扭矩系数相距很大，有时相距近一倍，例如：相同的螺纹规格，相同的强度螺纹对，当表面处理进行磷化处理时，扭矩系数约为0.13〜0.15，表面处理为黑色时，扭矩系数可达0.26〜0.3。 从上式可以看出，如果磷化和发黑的紧固件以相同的安装扭矩安装，则产生的拧紧力也许几乎翻倍。 扭矩系数需通过试验赢得，紧固件制造商应在其产品的表面处理过程中严苛支配工艺参数，以保证每批产品的扭矩系数均匀，紧固件用户不应轻而易举变动其表面处理要求。避免因扭矩系数变化而导致紧固不充分或螺栓伸长或断裂的事故。 2疲劳断裂 疲劳断裂也是螺栓的常见质量问题，疲劳断裂主要与螺栓的制造有关，例如头部下圆角过渡处的角部不光滑，螺纹底部不光滑以及杆上的表面缺陷。不必忽略装配不当造成安全事故的原因。 例如，汽车车轮螺栓的装配图（见图3），在设计中，车轮螺栓仅承受轴向力（预紧力），而不承受横向力（径向力）。 如果螺母的拧紧扭矩值不足够，则会导致拧紧力不足，轮毂与半轴接合面之间的摩擦不足以及轮毂与半轴之间的打滑。 当车轮螺栓随车轮旋转到附近位置时（参见图表4a），当车轮螺栓随车轮旋转到远处位置时，轮毂螺栓孔壁将螺栓杆a侧压向b侧（参见图4b）螺栓杆b侧承受从轮毂螺栓孔壁到a侧的压力。 当车轮高速旋转时，车轮螺栓受到径向高频交变载荷效用。当交变载荷循环一定次数时，会发生疲劳断裂，因此，在车行驶一段时间后，车轮螺栓断裂。分析人员应首先检验骨折以确定其是否疲劳，然后进行下一步分析。 3过载断裂 过载断裂是指当螺栓的轴向载荷大于螺栓强度的允许载荷时螺栓的断裂，因为螺栓螺纹部分的受力面积小且应力大于杆部的应力，过载断裂一般发生在螺纹部位。这种断裂可以从断裂部位的形状初步判断。 对于8.8级螺栓，在断裂部位可发现显著的颈缩；对于10.9级螺栓，在断裂部位也可以发现颈缩，但是对于8.8级螺栓从未显著的颈缩现象。12.9级螺栓几乎并未收缩。 但是，如果不正确地使用8.8〜12.9级螺栓或对其进行热处理，则淬火的不透水岩心的硬度将达不到规范，断裂也会收缩。因此，在判断是否超重或损坏时，应留意以下两点： ⑴对于出现颈缩现象的断裂，应在断裂的螺栓上抽样，并根据GB/T3098.1的要求测试并判断芯部硬度是否合格。如果合格，则可以确定螺栓断裂为过载断裂。 @只有通过金相分析12.9级螺栓的断裂，才能判断其是否过载或断裂，因为螺纹的表面缺陷和材料缺陷也会导致螺纹断裂。 过载断裂通常发生在承受轴向载荷的螺栓连接中，主要是由于以下三个原因： 一种。安装时的拧紧扭矩太大，预紧力超过了螺栓的强度，安装时可以发现。 b。在安装过程中，拧紧扭矩太大，并且预紧力相近螺栓的强度，因为在机器运转时，除了残存的预紧力之外，螺栓还须要承受工作载荷。如果这两个力的总和大于螺栓的强度，则会发生过载断裂。
残存的预紧力与预紧力有关。在一定的工作负载条件下，预紧力越大，多余的预紧力越大。 c。设计中选择的螺栓螺纹的公称直径不恰当。 4安装不当导致螺栓断裂 由偏心载荷引起的螺栓断裂图5是安装过程中发生的断裂轨道的高强度万向节螺栓的示例，从图6至图8的螺栓头的实物相片可以看出，存在新月形的承重在螺栓支撑表面上留给痕迹，其面积仅为支撑表面的1/4到1/3。螺栓在断裂附近的杆处开始朝与头部轴承走线相反的方向弯曲。
根据裂缝和螺栓杆的弯曲方向连接相应的样品头和杆（见图11），根据样品的断裂形状，头部支撑面的轴承走线和螺栓的弯曲方向，可以得出结论，螺栓断裂是由严重的偏心载荷引起的。偏心载荷是由紧固的连接板与螺栓接触的平面引起的。导致。 螺栓偏心加载的原因有两个： 首先是与螺栓头的支撑面接触的紧固部分的接触面处于倾斜状况，从而导致偏心载荷（见图12）。 第二个原因是螺栓本身的柄弯曲（直度）严重超过基准，从而导致偏心载荷。 两种偏心载荷在支撑面的实际轴承位置和螺栓断裂附近的杆的弯曲方向上具有互不相同的倾向，这种情形是第一种原因，如果是第二种原因，则实际轴承位置应为是图12中的b侧，而不是a侧。 5总结 紧固件故障不一定是紧固件本身的质量问题。一旦紧固件断裂并摔倒，应按以下步骤处理： 用户应妥当保管样品，并尝试保护样品的断裂，以免腐蚀。 根据断裂形式，样品的形状，样品的表面情况（是否有力痕迹）以及使用部位的工作情形，可以初步判断断裂的原因。 派材料或热处理专业人员对材料金相进行分析，专业人员将根据断口信息选择样品进行金相分析，如果试样金相符合规格，则说明该产品无质量问题，问题也许出在设计和安装过程中；如果样品的金相不符合规格，则验证样品本身存在质量问题。 根据最后确定的原因采取纠正措施，以预防相近问题再度发生。
令人苦恼的紧固件的失效，我们该如何提高紧固件效率呢？
