在螺纹紧固件衔接中,导致预紧力松懈的或许要素首要有:触摸面沉陷、螺栓组相互影响、密封圈变形以及高温蠕变和扭力松懈等。
1、触摸面沉陷
螺纹紧固件首次拧紧时,表里螺纹、螺栓和螺母支承面、被衔接件触摸面微观结构中凸起的当地首要触摸,如图1所示。这些局部凸起当地的材料将接受过载,首要超越其屈服点,然后材料:产生蠕变变形,直到有更多的、满足的触摸外表来接受该载荷。触摸面沉陷是导致预紧力松懈的主;要原因,也是螺纹衔接副最常遇到的一种状况。
这些相对短时间的应力松懈效应即被称为“沉陷”。研讨表明,刚紧固后的松懈速率是最大的,并呈指数下降,一般经过最初的一段时间,即下降到一个非常低的蠕变速率,如图2所示。一般因为沉陷而导致预紧力松懈大致占初始预紧力的5%~10%。
2、螺栓组相互影响
螺栓组相互影响多产生在螺栓法兰衔接等平面多个螺栓衔接的场合。当第一个螺栓拧紧时,该螺栓被拉长,而被衔接件邻近则被紧缩。当邻近的螺栓被拧紧时,第一个螺栓邻近的被衔接件将被进一步紧缩,导致第一个螺栓的预紧力松懈。其相互间的影响首要取决于被衔接件的刚度、螺栓之间的间隔、是否使用了密封圈等。有试验表明,预紧力可损失50%甚至100%。以某型号法兰螺栓组衔接为例,其上的8个螺栓按对角次序进行拧紧,各个螺栓之间的相互影响如图3所示。图3 (a)显现了第1个拧紧循环中的“锯齿效应”,当最后一个螺栓拧入1/4圈,其产生的预紧力要大于相邻的螺栓。在4个拧紧循环之后,如图3 (b)所示,其最终的松懈模式不再是一个标准的锯齿状。在每一个拧紧循环中,螺栓.上所施加的力矩顺次添加,且每个螺栓均相同。
3、密封圈变形
密封圈变形是短期松懈的别的一种形式。有密封圈的结构衔接,将会比正常沉陷导致更大的松懈。实际上,在结构衔接中通过密封圈的塑性变形来避免管路中的液体或气体泄漏。跟其他塑性材料相似,当密封圈首次接受高的外表应力时,材料将产生必定的变形。但是因为变形跟许多要素有关,因而很难准确猜测其量值。当结构衔接中含有密封圈时,因为其载荷偏移特性对错线性的,如图4 (a)所示,而且密封圈的柔性要大大高于被衔接件其它部分。因而,其弹性变形要占总变形的绝大部分,因为具有部分塑性特性,使得其具有迟滞效应,如图4(b)所示。假如接受动载荷,滞后效应会在一段时间之后消失。因而,接受静载荷和动载荷所进行的剖析是不同的。
4、高温蠕变
高温普遍会下降材料的强度,进而会导致必定程度的松懈。因为高温下长期作业时螺栓会产生缓慢的蠕变变形,同时也会产生应力松懈现象。产生蠕变时,螺栓的长度会添加,导致螺栓两侧螺母之间的间隔添加,法兰压紧程度下降,,密封功能会下降;产生应力松懈时,弹性变形会转变为塑性变形,此时螺栓的轴力因弹性应变的减少而下降,法兰的压紧程度也下降,密封功能同样会下降。
5、扭力松懈
在紧固过程中,除了轴向应力之外,在紧固件中还产生相应的扭应力。扭应力很简单遭受不同程度的松懈,且其一般被认为是松懈产生时最易受影响的应力。在大多数状况下,当取下扳手时,扭应力随即消失。有材料显现,扭应力的松懈会产生额外的拉应力。这种“自紧固”现象,如图5所示,总是被更大的轴向沉陷松懈所掩盖。扭应力首要由螺纹冲突扭矩和松懈量的巨细所决定,松懈是由头部滚动仍是自紧固产生首要取决于头下冲突条件和螺纹冲突条件的对比。
