Mekanisk udstyr og stålkonstruktioner er samlet af forskellige komponenter, hvoraf de fleste er fast forbundet med gevindbefæstelser. Fejl i gevindbefæstelser fører direkte til udstyrsfejl. I alvorlige tilfælde kan det forårsage nedlukning af udstyr, strukturelt sammenbrud og endda personskadeulykker.

I betragtning af den høje frekvens og de alvorlige farer, der er forbundet med svigt af fastgørelseselementer, er teknikere nødt til systematisk at analysere de inducerende faktorer og formulere målrettede afhjælpnings- og forebyggelsesforanstaltninger for at eliminere fastgørelsesfejl fundamentalt.

Befæstelsesfejl er hovedsageligt opdelt i to kategorier. Den første kategori er boltbrud, som forårsager øjeblikkelig adskillelse af forbundne strukturer og normalt resulterer i alvorlige udstyrsfejl og sikkerhedsuheld. Den anden kategori omfatter gevindparsløsning og gevindglidningbolte eller møtrikker, hvilket giver en lille relativ forskydning mellem tilsluttede dele og fører til delvis udstyrsfejl og reduceret betjeningsnøjagtighed.

Befæstelsesfejl er en progressiv proces. Mindre løsning uden rettidig behandling vil fortsætte med at forværres og i sidste ende forårsage fuldstændig adskillelse af bolte og møtrikker, hvilket udløser større sikkerhedsulykker. I praktiske applikationer misforstår det meste personale, at boltbrud udelukkende er forårsaget af materialefejl og møtrikkens løsning af dårlig møtrikkvalitet, mens de ignorerer kerneproblemer såsom urimeligt strukturelt design og ikke-standard monteringsprocesser. Dette papir analyserer systematisk årsagerne til forskellige boltbrud ud fra et perspektiv af design og montage.

1 Forskydningsbrud

Boltforskydningsbrud forekommer mest i gevindforbindelser under ren forspænding. Forskydningsbrudfladen er placeret ved den fælles grænseflade mellem to forbundne dele, og præsenterer et lille glat og lyst forskydningsareal. De specifikke fejlårsager er opsummeret som følger.

1.1 Designårsager

(1) Utilstrækkelig friktionskoefficient ved samlingsgrænsefladen eller ukorrekt valgte boltspecifikationer fører til utilstrækkelig forspænding. Når friktionskraften ved samlingsoverfladen er mindre end den tværgående arbejdsbelastning, udtrykt ved formlen fF′＜F (hvor f er grænsefladefriktionskoefficienten, F′ er boltens forspænding, og F er den tværgående arbejdsbelastning), forekommer relativ glidning mellem forbundne komponenter. Boltskaftet udsættes for ekstrudering og forskydningskraft fra hulvæggen. Når først forskydningsspændingen overstiger boltmaterialets forskydningsstyrke, sker der forskydningsbrud. Bevægelige komponenter under stødbelastninger er mere modtagelige for sådanne fejl. I strukturelt design kan belastningsreducerende dele og positioneringsskuldre tilpasses til at bære tværgående belastninger, således at bolte kun udfører trækforbindelse uden bærende forskydningskraft.

(2) Fastgørelseselementer uden anti-løsnende strukturer anvendes under vibrerende arbejdsforhold. Langtidsvibrationer i udstyr løsner gevindparret og dæmper boltforspænding, hvilket resulterer i utilstrækkelig grænsefladefriktion og yderligere komponentglidning og boltforskydningsbrud. Til strukturer, der arbejder i vibrationsmiljøer, bør specielle anti-løsnende fastgørelsesanordninger, såsom Spiralock-møtrikker og fremherskende drejningsmomentlåsemøtrikker, anvendes for at forhindre løsnefejl.

1.2 Årsager til montering

Utilstrækkeligt monteringsmoment fører til substandard boltforspænding og utilstrækkelig grænsefladefriktion. Eksterne belastninger forårsager relativ glidning af komponenter og resulterer i sidste ende i boltforskydningsbrud. Boltens tilspændingsmoment er en kritisk procesindikator i stålkonstruktionskonstruktion og motorsamling og kræver streng kontrol. Det er dog ofte forsømt i andre industrier på grund af manglen på standardiseret drejningsmomentstyring. I praktiske fejltilfælde skyldes de fleste gevindløsninger og brudfejl uhensigtsmæssigt monteringsmoment.

Klemkraften af ​​et gevindpar genereres af roterende møtrikker eller bolte og er positivt korreleret med monteringsmoment. For at sikre, at forspændingen opfylder designkravene, skal monteringsmomentet være klart specificeret i procesdokumenter og nøje implementeret under drift. Formlen for beregning af monteringsmoment er som følger:

M=KPD

Hvor: M - monteringsmoment (Nm); K - Momentkoefficient; P - Designet forspænding (kN); D - Nominel boltdiameter (mm).

I konventionelt design er boltforspænding indstillet inden for 60% til 80% af materialets flydespænding med en sikkerhedsfaktor over 1,2. Flydebelastningen for bolte med forskellige specifikationer og styrkekvaliteter kan henvises til GB/T 3098.1.

Momentkoefficienten bestemmes af friktionskoefficienten for gevindpar og kontaktfladen imellemfastgørelsesmidlerog tilsluttede dele. Det påvirkes af overfladebehandling, styrkepræcision, geometrisk tolerance, gevindnøjagtighed, støtteoverfladeruhed og strukturel stivhed. Overfladebehandling fungerer som den dominerende faktor. Forskellige overfladebehandlinger fører til store forskelle i momentkoefficient, op til næsten det dobbelte. For gevindpar med samme specifikation og styrke er drejningsmomentkoefficienten for fosfatbehandling omkring 0,13 til 0,15, mens drejningsmomentkoefficienten for phosphatbehandling varierer fra 0,26 til 0,30.

Derfor producerer fastgørelseselementer med fosfaterings- og sortfarvningsbehandlinger næsten dobbelt forspændingsforskel under samme monteringsmoment. Momentkoefficienten skal kalibreres gennem forsøg. Befæstelsesproducenter skal nøje kontrollere overfladebehandlingsprocesser for at sikre ensartede drejningsmomentkoefficienter for hver batch. Brugere må ikke vilkårligt ændre kravene til overfladebehandling for at undgå utilstrækkelig forspænding, boltstrækning eller brud forårsaget af udsving i momentkoefficienten.

2 Træthedsbrud

Træthedsbrud er en af ​​de mest almindelige boltfejlstilstande. De fleste udmattelsesfejl stammer fra fabrikationsfejl, herunder ujævne overgangsfileter under bolthoveder, utilstrækkelig gevindrodsradius, overfladeridser og materialeindeslutninger. I mellemtiden er ikke-standardmontage også en vigtig incitament til træthedsbrud og potentielle sikkerhedsuheld.

Tager man bilhjulsbolte som et eksempel, tillader det strukturelle design hjulbolte kun at bære aksial forspænding uden direkte radial belastning. Utilstrækkeligt monteringsmoment fører til utilstrækkelig forspænding og utilstrækkelig friktion mellem hjulnavet og halvakslen, hvilket forårsager relativ glidning under køretøjets drift.

Under høj-hjulrotation roterer bolten periodisk med navet. Boltskaftet udsættes for vekslende ekstruderingskraft fra begge sider af hulvæggen, hvilket resulterer i højfrekvente cykliske radiale belastninger. Langsigtet cyklisk belastningshandling initierer og udvider udmattelsesrevner, hvilket i sidste ende fører til boltudmattelsesbrud.

Når hjulboltbrud opstår efter køretøjets drift, skal inspektørerne først observere brudmorfologien for foreløbig at bedømme træthedsfejl, før de udfører yderligere-dybdegående analyser.

3 Overbelastningsbrud

Overbelastningsbrud refererer til trækbrud, når den samlede aksiale belastning overstiger den tilladte grænse for boltmaterialet. Da det effektive lejeareal af gevindsektionen er mindre end det glatte skaft med mere alvorlig spændingskoncentration, forekommer overbelastningsbrud for det meste ved gevindsektionen, som foreløbigt kan identificeres ved brudmorfologi.

Grade 8.8 bolte viser tydelig indsnævring efter overbelastningsbrud; Grade 10.9 bolte udviser let halsringning; Grade 12.9 højstyrkebolte har stort set ingen indsnævringsfunktioner under normale overbelastningsforhold.

Tydelige indsnævringer kan også forekomme i grad 8.8 til 12.9 bolte med ukvalificerede materialer, utilstrækkelig varmebehandling, ufuldstændig bratkøling eller utilstrækkelig kernehårdhed. Derfor er vurderingskriterierne for overbelastningsbrud specificeret som følger:

(1) For brud med indsnævring skal prøveprøver udføres i overensstemmelse med GB/T 3098.1. Overbelastningsbrud kan bekræftes, hvis kernehårdheden er kvalificeret.

(2) Metallografisk analyse er påkrævet forKvalitets 12,9 højstyrkeboltefor at bestemme overbelastningsbrud, fordi gevindoverfladefejl og materialefejl også kan forårsage gevindbrud og ikke kun kan bedømmes ud fra udseendet.

Overbelastningsbrud forekommer hovedsageligt i boltforbindelser under aksial belastning, med tre primære årsager:

en. Et for højt monteringsmoment får forspændingen til at overstige boltmaterialets flydespænding, hvilket resulterer i boltstrækning eller brud under montering.

b. Overdreven monteringsforspænding tæt på boltens udbyttestyrke. Under udstyrets drift bærer bolten både resterende forspænding og arbejdsbelastning. Overlejringen af ​​de to belastninger, der overskrider materialestyrkegrænsen, forårsager overbelastningsbrud. Under konstant arbejdsbelastning fører højere monteringsforspænding til højere resterende forspænding og større risiko for overbelastning.

c. Forkert boltvalg med utilstrækkelig nominel gevinddiameter, der ikke opfylder lejekravene i strukturelt design.

4 Boltbrud forårsaget af samling excentrisk belastning

Boltbrud på grund af excentrisk belastning er en typisk montageprocesfejl. Tydelige halvmåneformede-slidmærker kan observeres på boltstøtteoverfladen, hvor det faktiske lejeareal kun tegner sig for 1/4 til 1/3 af det samlede støtteareal og en alvorlig ujævn spændingsfordeling. Boltskaftet nær bruddet bøjer modsat spændingsretningen, hvilket viser typiske excentriske bøjninger og brudkarakteristika.

Excentrisk belastningssvigt af bolte skyldes hovedsageligt to faktorer:

For det første er kontaktunderstøtningsfladen på forbundne dele skrå eller ujævn, hvilket resulterer i lokal belastning påbolthovedog danner excentrisk belastning, som er hovedårsagen til denne fejltilfælde.

For det andet forårsager overdreven rethedsfejl eller bøjningsdeformation af boltskaftet iboende excentrisk belastning under montering.

De to typer excentriske belastninger adskiller sig væsentligt i spændingsposition og skaftbøjningsretning, hvilket kan skelnes gennem støttefladespændingsspor og boltdeformationsretning.

5 Konklusion

Befæstelsesfejl, såsom brud, gevindglidning og løsning, er ikke altid forårsaget af iboende produktkvalitetsfejl. Standardiserede fejlfindingsprocedurer skal følges, når der opstår fastgørelsesfejl:

For det første skal du bevare fejlbehæftede prøver fuldstændigt og beskytte brudflader mod rust, kollision og sekundær skade for at sikre nøjagtig fejlanalyse.

For det andet skal du foreløbigt bestemme fejltypen og induceringen baseret på brudmorfologi, prøveudseende, overfladespændingsspor og faktiske arbejdsforhold.

For det tredje skal du udføre professionelle fysiske og kemiske test, herunder metallografisk analyse og hårdhedsdetektion. Hvis materiale- og varmebehandlingsindikatorer opfylder nationale standarder, stammer fejlen fra strukturelt design eller montageproces; ellers er det bekræftet som befæstelseskvalitetsdefekt.

For det fjerde formuler målrettede afhjælpnings- og forebyggelsestiltag i henhold til de bekræftede fejlårsager, standardiser designspecifikationer og optimer montageprocesser for at undgå gentagelse af lignende fejl.