Det er ulike årsaker til boltbrudd ifestemidler. Generelt sett er boltskade forårsaket av stressfaktor, tretthet, korrosjon og hydrogensprøhet.
Boltbrudd
1. Stressfaktor
Overskridelse av konvensjonell stress (overspenning) er forårsaket av en eller en kombinasjon av skjærkraft, spenning, bøying og kompresjon.
De fleste designere vurderer først kombinasjonen av strekkbelastning, forspenningskraft og ekstra praktisk belastning. Forstrammingskraften er i utgangspunktet intern og statisk, som komprimerer leddkomponentene. Praktiske belastninger er ytre, typisk sykliske (resiprokerende) krefter som påføres festemidler.
Strekkbelastningen prøver å motstå at leddkomponentene åpner seg. Når disse belastningene overskrider boltens flytegrense, endres bolten fra elastisk deformasjon til plastisk deformasjon, noe som resulterer i permanent deformasjon av bolten. Derfor kan den ikke gjenopprettes til sin opprinnelige tilstand når den eksterne lasten fjernes. Av lignende årsaker, hvis den ytre belastningen på bolten overstiger dens endelige strekkstyrke, vil bolten knekke.
Boltstramming oppnås ved å vri med forspenningskraft. Under installasjonen fører for høyt dreiemoment til overstramming og reduserer den aksiale strekkstyrken til festene ved å utsette dem for overbelastning. Med andre ord har bolter utsatt for kontinuerlig torsjon lavere flyteverdier sammenlignet med bolter som er direkte utsatt for strekk og strekk. På denne måten kan bolten gi etter før den når minimum strekkfasthet til tilsvarende standard. Et stort dreiemoment kan øke forstrammingskraften til bolten og tilsvarende redusere skjøtens løshet. For å øke låsekraften er forstrammingskraften vanligvis satt til en øvre grense. På denne måten, med mindre forskjellen mellom flytegrense og endelig strekkstyrke er liten, vil bolter generelt ikke gi etter på grunn av torsjon.
Skjærlast påfører en vertikal kraft på lengdeaksen tilbolt. Skjærspenning deles inn i enkel skjærspenning og dobbel skjærspenning. Fra empiriske data er den endelige enkeltskjærspenningen omtrent 65 % av den endelige strekkspenningen. Mange designere foretrekker skjærbelastninger fordi de utnytter strekk- og skjærstyrken til bolter. De fungerer hovedsakelig som dybler, og danner relativt enkle forbindelser for festemidler som er utsatt for skjærkraft. Ulempen er at skjærforbindelser har et begrenset bruksområde og ikke kan brukes ofte, da de krever mer materialer og plass. Vi vet at materialers sammensetning og nøyaktighet også spiller en avgjørende rolle. Imidlertid er materialdata som konverterer strekkspenning til skjærbelastning ofte utilgjengelig.
Forstrammingskraften til festene påvirker integriteten til skjærforbindelser. Jo lavere forspenningskraften er, jo lettere er det for skjøtelaget å gli når det kommer i kontakt med bolten. Skjærlastkapasiteten beregnes ved å multiplisere antall tverrplan (ett skjærplan kalles enkeltskjær, og to skjærplan kalles dobbelskjær), som skal være tverrsnittet til ugjengede bolter. Vi går ikke inn for å designe skjær gjennom gjenger, da skjærstyrken til festemidler kan overvinnes ved spenningskonsentrasjon når tverrsnittet endres. Når man bestemmer skjærstyrken til festemidler, bruker noen designere strekkspenningsområdet, mens andre foretrekker seksjoner med liten diameter. Hvis bolten i skjærforbindelsen er vridd til spesifisert verdi (som vist i figur 2), kan ikke kontaktflaten til kontaktlaget begynne å gli før den overskrider friksjonsmotstanden utenfor. Økning av friksjonen mellom sammenfallende overflater kan forbedre den generelle integriteten til forbindelsen. Noen ganger, på grunn av størrelsen på delene og designkrav, kan antallet bolter som må brukes være begrenset.
Figur 2: Uansett om koblingskomponenten er enkelt- eller dobbeltkutt, skal skjæreflaten ikke passere gjennom den gjengede delen av festet
I tillegg til strekk- og skjærbelastninger, er bøyespenning en annen belastning som bolter opplever, forårsaket av ytre krefter som ikke er vinkelrett på boltens lengdeakse og er plassert på lager- og motflatene. Samlet sett, jo enklere festeforbindelsen er, desto større er dens integritet og pålitelighet.
2. Tretthet
Det er foreløpig ingen spesifikk lovgivning som pålegger leverandører å kjøpe nøkkelkomponenter som er i samsvar med industrielle standarder i det relevante regelverket for industrielle festemidler, spesielt uten å nevne hovedårsaken til festefeil - tretthet. Tretthetsskader anslås å utgjøre 85 % av det totale antallet festefeil.
Utmattelsen i bolter er den kontinuerlige virkningen av sykliske strekkbelastninger, som resulterer ibolterblir utsatt for relativt små forspenningskrefter og vekslende arbeidsbelastninger. Under slike dobbeltbelastningsforhold i lang tid, vil bolter svikte når deres nominelle strekkstyrke er mindre enn. Utmattelseslevetiden bestemmes av antall og amplitude av belastningsspenningssykluser. Noen komprimerte koblinger, for eksempel presser, stanseutstyr og støpemaskineri, kan også oppleve tretthetsbrudd. Flere komposittspenninger genereres mellom kraften og forspenningen under drift. Ved gjentatte strekkbevegelser påvirkes antall og amplitude av spenningsendringer av graden av tretthet og skade.
Typiske industrielle festemidler, som sekskantskruer, forlenges konstant og går tilbake til sin opprinnelige form innenfor et visst elastisitetsområde. Hvis de utsettes for stress utover det normale og utenfor det elastiske området, vil de gjennomgå permanent deformasjon til de til slutt bryter. Atferden med å utvide og gå tilbake til en utvidet tilstand kalles en syklus. En sekskantskrue tåler omtrent 240-10 graders sykluser per dag (maksimalt) som vist i figur 3.
Figur 3 Forbedret Goodman-diagram
Den stiplede diagonalen indikerer gjennomsnittsverdien av vekslende skruebelastning med 90 % sannsynlighet for 10 millioner sykluser. Den faktiske diagonale linjen viser at når skruens forstrammingskraft når 100 ksi, er det maksimale avviket mellom den dynamiske belastningen og den gjennomsnittlige spenningen 12 ksi.
Festemidler vil til slutt sprekke på grunn av gjentatte spenningssykluser fra topp til topp. Brudd oppstår vanligvis på det mest sårbare punktet på festet, som ingeniører refererer til som "området med maksimal spenningskonsentrasjon". Så snart mikrosprekker oppstår ved spenningskonsentrasjonspunktet og fortsetter å bli utsatt for spenning, vil sprekkene raskt forplante seg og forårsake utmattelsesskader på festeanordningen. Bedrifter som produserer festemidler for industriell bruk, utforsker stadig nye støpeprosesser og designer og utvikler nye produksjonsmetoder som kan overvinne de nevnte fatale svakhetene.
De vanligste stedene for utmattingssvikt inkluderer skjøten (dvs. den først belastede gjengen), rotfilet, gjenge og gjengeavslutning. På grunn av forbedring av utmattelsesstyrke gjennom utvikling av bedre materialer og produksjonsmetoder i produksjonsindustrien, har gjenger blitt det svakeste punktet for festemidler og for tiden den høyeste andelen skader forårsaker ved utmattingssvikt.
Sammenhengen mellom spenningsvariablene i design og ytelsesegenskapene til festemidler gjør det vanskelig å sette standarder for utmattingsstyrke. Foreløpig er det en kompleks prosess å bestemme antall "sykluser til brudd" og måle den relative styrken til en serie festemidler.
3. Korrosjon
En annen årsak til boltbrudd er korrosjon. Korrosjon har mange former, inkludert vanlig korrosjon, kjemisk korrosjon, elektrolytisk korrosjon og spenningskorrosjon. Elektrolytisk korrosjon refererer til eksponering av festemidler for ulike fuktige midler som regnvann eller sur tåke, som er elektrolytter som kan forårsake kjemisk korrosjon av festene; For det andre, på grunn av de forskjellige materialene til festene, er deres elektrolytiske potensialer forskjellige, og potensialforskjellen kan lett generere "mikrobatterier". Designere bør velge materialer med lignende elektrolytiske potensialer så mye som mulig basert på kompatibiliteten til metaller, samtidig som man eliminerer betingelsene for elektrolyttgenerering for å forhindre sprekkdannelse forårsaket av elektrolytisk korrosjon.
Spenningskorrosjon er relativt begrenset. Spenningskorrosjon eksisterer under høye strekkbelastninger og påvirker hovedsakelig festemidler laget av høyfast legert stål. Festemidler laget av legert stål (spesielt stål med høy legeringssammensetning) er tilbøyelige til å sprekke under spenning. I begynnelsen dannes det vanligvis sprekker og groper på overflaten, og deretter oppstår ytterligere korrosjon, noe som fremmer sprekkforplantning. Sprekkeforplantningshastigheten bestemmes av spenningen på bolten og materialets bruddseighet. Når det gjenværende materialet fungerer til et punkt hvor det ikke tåler den påførte spenningen, oppstår brudd.
4. Hydrogensprøhet
Høyfaste stålfester (vanligvis med en Rockwell-hardhet på C36 eller høyere) er mer utsatt for hydrogensprøhet. Hydrogensprøhet er hovedårsaken til festebrudd. Hydrogensprøhet er et fenomen der hydrogenatomer kommer inn og diffunderer gjennom hele materialmatrisen. Når hydrogenatomer kommer inn i materialmatrisen, gjennomgår matrisen gitterforvrengning, og forstyrrer den opprinnelige likevektstilstanden og gjør det lett å sprekke under ytre krefter. Når en ekstern belastning påføresskru,hydrogenatomer migrerer til den sterkt konsentrerte spenningssonen, og forårsaker betydelig spenning mellom kantene av krystallgrensene, noe som fører til brudd mellom krystallpartiklene i festeanordningen.
Når festemidler inneholder kritisk hydrogen før installasjon, går de vanligvis i stykker innen 24 timer. Hvis hydrogen kommer inn i festet, er det umulig å forutsi når det vil gå i stykker. Derfor, ved bruk av relevante festemidler, bør designere spesifisere utvalget av leverandører med spesialiserte prosesser og minimal potensiell hydrogensprøhet.
5. Andre faktorer
Forbindelsesbrudd er ikke alltid direkte relatert til katastrofalt festebrudd. Mange faktorer relatert til festemidler, som tap av forspenning eller utmatting av festeforbindelser, kan forårsake slitasje; Midtforskyvningen av festene kan generere støy og lekkasje under bruk, noe som krever uplanlagt vedlikehold for å forhindre brudd. For eksempel kan vibrasjoner redusere friksjonsmotstanden til gjenger, og festeforbindelser kan slappe av på grunn av påføring av arbeidsbelastninger etter installasjon. Disse faktorene, sammen med høytemperaturkryping av bolter, kan føre til tap av forspenningskraft. Noen ganger kan bruddet i forbindelsen tilskrives at hullet som går gjennom er for stort eller for lite, lagerområdet er for lite, materialet er for mykt eller belastningen er for høy. Noen av disse situasjonene vil ikke forårsake direkte boltbrudd, men vil resultere i tap av tilkoblingsintegritet eller eventuelt boltbrudd.
