De ce se sparg șuruburile-de rezistență ridicată?

În mod subconștient credem că, cu cât rezistența unui șurub este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să se rupă. Cu toate acestea, acesta nu este cazul-dimpotrivă,șuruburi de{0}}înaltă rezistențăse rupe mai des decât șuruburile obișnuite și există o logică de bază în spatele acestui fenomen.

În primul rând, trebuie să clarificăm un principiu cheie: cu cât rezistența unui șurub este mai mare, cu atât duritatea acestuia este mai mare (sunt corelate pozitiv); în timp ce cu cât duritatea este mai mare, cu atât duritatea este mai slabă (sunt corelate negativ). Aceasta înseamnă că șuruburile cu rezistență mare-au o alungire redusă. Dacă solicitarea depășește limita, acestea vor suferi direct fracturi fragile, în loc să se deformeze mai întâi semnificativ ca șuruburile obișnuite înainte de a se ceda. Mai important, șuruburile de-rezistență ridicată sunt utilizate în mod inerent în scenariile de-încărcări mari și sunt proiectate pentru a se potrivi cu domeniul lor de proprietăți mecanice. Dacă solicitarea reală depășește limita din cauza funcționării necorespunzătoare sau a condițiilor anormale de lucru, este probabil să apară o fractură. Pentru mediile de-încărcare redusă, șuruburile obișnuite pot fi folosite pentru a controla costurile, astfel încât nu este nevoie de șuruburi de-rezistență mare-care este motivul principal pentru care șuruburile de-înaltă rezistență se sparg mai frecvent.

Cauzele specifice ale ruperii -șuruburilor cu rezistență ridicată includ în principal următoarele categorii:

1. Fractură de suprasarcină a ansamblului

Miezul fixării șuruburilor de înaltă{0}}rezistență este de a face șurubul la tracțiune prin strângerea piuliței pentru a genera preîncărcarea specificată (forța de blocare), mai degrabă decât „rotirea și apăsarea filetului la capătul de coadă al șurubului”. Cuplul său de strângere are parametri standard clari, de obicei controlați la aproximativ 75% din limita de curgere a materialului șurubului-acest cuplu poate face șurubul să producă o ușoară deformare elastică, iar tensiunea inversă generată de deformare este preîncărcarea. Dacă cuplul de strângere depășește intervalul standard, șurubul va suporta o sarcină excesivă de tracțiune, provocând direct fracturi prin suprasarcină.

Controlul cuplului de strângere necesită trei condiții: proiectarea rezonabilă a procesului de instalare-la fața locului, instrumente precise de instalare (cum ar fi chei dinamometrice, multiplicatoare de cuplu) și operatori care au primit instruire formală înainte de a intra în serviciu (trebuie să fie capabili să citească și să stabilească cu precizie parametrii sculei). Trebuie remarcat faptul că cheile dinamometrice cu diferite niveluri de precizie au toleranțe diferite, de obicei ±4%10% (nu 20%). Numai atunci când condiții precum alimentarea cu energie și presiunea aerului sunt stabile și instrumentul se află în perioada de valabilitate a calibrării toleranța nu va cauza riscuri de fractură; dacă toleranța depășește intervalul, este probabil să apară un cuplu necorespunzător.

2. Fractură cauzată de fluctuațiile coeficientului de frecare

Când celșurub și piulițăfirele se cuplează, coeficientul de frecare va afecta preîncărcarea reală-chiar dacă este setat același cuplu, fluctuațiile coeficientului de frecare vor cauza dispersarea preîncărcării. Dacă coeficientul de frecare nu este pe deplin luat în considerare și se bazează doar pe parametrii cuplului, este probabil să apară o preîncărcare sau suprasarcină insuficientă: când coeficientul de frecare este prea mare, preîncărcarea este prea mică sub același cuplu (ceea ce poate duce la slăbire); când coeficientul de frecare este prea mic, preîncărcarea este prea mare sub același cuplu (care poate provoca fracturi).

În scenariile industriale, o cauză obișnuită a coeficientului de frecare redus este lubrifierea neautorizată: unele fabrici aplică pulbere de talc, ulei de lubrifiere obișnuit etc. pe filetele șuruburilor pentru o asamblare convenabilă. Deși acest lucru poate reduce frecarea și facilita înșurubarea, va reduce semnificativ coeficientul de frecare, rezultând în preîncărcare care depășește cu mult standardul la același cuplu și, în cele din urmă, va duce la rupere. Abordarea corectă este să folosiți compuși anti-specializați (care trebuie să se potrivească cu materialul șurubului) în loc de medii de lubrifiere aleatorii.

3. Fractură de oboseală

Ruptura prin oboseală este cel mai ascuns mod de defecțiune al șuruburilor de-rezistență mare-nu există semne evidente înainte de fractură și poate apărea brusc în condiții statice sau de lucru. Mai mult, locația fracturii este concentrată în mare parte în zonele de concentrare a tensiunilor, cum ar fi filetul de tranziție dintre cap și tijă și rădăcina firului.

Cauza principală a acestui tip de fractură este „utilizarea dincolo de limita de oboseală”: deși șuruburile cu rezistență mare-au o valoare adăugată mare, unele întreprinderi le vor reutiliza pe termen nelimitat pentru a economisi costuri. Când numărul de utilizări sau sarcina alternativă suportată depășește limita lor de oboseală, microfisurile se vor forma treptat în interiorul șurubului, ducând în cele din urmă la ruperea prin oboseală. Prin urmare, este foarte necesar să se efectueze inspecții regulate cuprinzătoare ale șuruburilor-de înaltă rezistență (cum ar fi inspecția particulelor magnetice, testarea cu ultrasunete), care nu sunt „rar necesare”.

4. Fractură din cauza strângerii insuficiente

Se pare că șuruburile care „nu sunt strânse complet” nu vor suporta stres, dar, de fapt, fracturile pot fi cauzate de jocul generat de slăbire. De exemplu: când două țevi de foraj sunt conectate cu șuruburi de-înaltă rezistență pentru găurirea în jos pe sol, dacă șuruburile nu sunt strânse complet, va exista un spațiu liber mare. Când cuplul mare de foraj este transmis prin țevile de foraj, jocul va face ca șuruburile să suporte o forță de forfecare suplimentară și o forță de impact alternativă-aceste forțe depășesc cu mult domeniul de rulment proiectat al șuruburi, ducând în cele din urmă la fractură. În esență, un șurub insuficient strâns se va schimba dintr-un „element de tensionare” într-un „element de forfecare și impact”, eșuând deoarece își depășește tipul de lagăr-sarcină.

5. Fractură cauzată de probleme de calitate

Materialele substandard sau procesele de tratare termică sunt probleme de calitate dobândite și cauze directe ale fracturii:

Materiale substandard: Folosind clase de oțel care nu îndeplinesc cerințele (cum ar fi înlocuirea oțelului structural aliat cu oțel carbon obișnuit) sau materialele au defecte inerente, cum ar fi impurități și fisuri;

Procese de tratare termică substandard: Abaterile parametrilor cum ar fi temperatura de călire și timpul de revenire vor avea ca rezultat proprietăți mecanice necalificate ale șuruburilor (cum ar fi duritatea mare, dar duritatea extrem de slabă).

Astfel de probleme pot fi rezolvate complet prin controlul strict al achiziției de materiale (verificarea certificatelor de materiale), proceselor de producție (monitorizarea proceselor de tratament termic) și inspecțiilor în fabrică (testarea proprietăților mecanice).