Terdapat pelbagai sebab untuk patah bolt dalampengikat. Secara amnya, kerosakan bolt disebabkan oleh faktor tekanan, keletihan, kakisan, dan pereputan hidrogen.
Patah bolt
1. Faktor tekanan
Melebihi tegasan konvensional (tegasan berlebihan) disebabkan oleh mana-mana satu atau gabungan ricih, tegangan, lenturan dan mampatan.
Kebanyakan pereka pertama mempertimbangkan gabungan beban tegangan, daya pramuat, dan beban praktikal tambahan. Daya pengetatan pra pada dasarnya adalah dalaman dan statik, yang memampatkan komponen sendi. Beban praktikal ialah daya luaran, lazimnya daya kitaran (salingan) dikenakan pada pengikat.
Beban tegangan cuba menahan komponen sambungan daripada dibuka. Apabila beban ini melebihi had hasil bolt, bolt berubah daripada ubah bentuk elastik kepada ubah bentuk plastik, mengakibatkan ubah bentuk kekal bolt. Oleh itu, ia tidak boleh dipulihkan kepada keadaan asalnya apabila beban luaran dikeluarkan. Atas sebab yang sama, jika beban luaran pada bolt melebihi kekuatan tegangan muktamadnya, bolt akan pecah.
Pengetatan bolt dicapai dengan memutar dengan daya pramuat. Semasa pemasangan, tork yang berlebihan membawa kepada keterlaluan dan mengurangkan kekuatan tegangan paksi pengikat dengan meletakkannya kepada tekanan berlebihan. Dalam erti kata lain, bolt yang mengalami kilasan berterusan mempunyai nilai hasil yang lebih rendah berbanding dengan bolt yang secara langsung tertakluk kepada ketegangan dan ketegangan. Dengan cara ini, bolt boleh menghasilkan sebelum mencapai kekuatan tegangan minimum standard yang sepadan. Tork yang besar boleh meningkatkan daya pra mengetatkan bolt dan juga mengurangkan kelonggaran sendi. Untuk meningkatkan daya penguncian, daya pengetatan pra biasanya ditetapkan pada had atas. Dengan cara ini, melainkan jika perbezaan antara kekuatan alah dan kekuatan tegangan muktamad adalah kecil, bolt secara amnya tidak akan menghasilkan akibat kilasan.
Beban ricih menggunakan daya menegak pada paksi longitudinalbolt. Tegasan ricih terbahagi kepada tegasan ricih tunggal dan tegasan ricih dua kali. Daripada data empirikal, tegasan ricih tunggal muktamad adalah kira-kira 65% daripada tegasan tegangan muktamad. Ramai pereka lebih suka beban ricih kerana mereka menggunakan kekuatan tegangan dan ricih bolt. Mereka terutamanya bertindak seperti dowel, membentuk sambungan yang agak mudah untuk pengikat yang tertakluk kepada ricih. Kelemahannya ialah sambungan ricih mempunyai julat aplikasi yang terhad dan tidak boleh digunakan dengan kerap, kerana ia memerlukan lebih banyak bahan dan ruang. Kami tahu bahawa komposisi dan ketepatan bahan juga memainkan peranan yang menentukan. Walau bagaimanapun, data bahan yang menukar tegasan tegangan kepada beban ricih selalunya tidak tersedia.
Daya pra mengetatkan pengikat menjejaskan integriti sambungan ricih. Lebih rendah daya pramuat, lebih mudah untuk lapisan sambungan menggelongsor apabila bersentuhan dengan bolt. Kapasiti beban ricih dikira dengan mendarabkan bilangan satah melintang (satu satah ricih dipanggil ricih tunggal, dan dua satah ricih dipanggil ricih berganda), yang sepatutnya menjadi keratan rentas bolt tidak berulir. Kami tidak menganjurkan reka bentuk ricih melalui benang, kerana kekuatan ricih pengikat boleh diatasi dengan kepekatan tegasan apabila keratan rentas berubah. Apabila menentukan kekuatan ricih pengikat, sesetengah pereka menggunakan kawasan tegasan tegangan, sementara yang lain lebih suka bahagian berdiameter kecil. Jika bolt dalam sambungan ricih dipintal kepada nilai yang ditentukan (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2), permukaan mengawan lapisan sesentuh tidak boleh mula menggelongsor sehingga ia melebihi rintangan geseran di luar. Meningkatkan geseran antara permukaan mengawan boleh meningkatkan integriti keseluruhan sambungan. Kadangkala, disebabkan saiz bahagian dan keperluan reka bentuk, bilangan bolt yang mesti digunakan mungkin terhad.
Rajah 2: Tidak kira sama ada komponen penyambung adalah potongan tunggal atau dua potong, permukaan pemotongan tidak boleh melalui bahagian berulir pengikat
Sebagai tambahan kepada beban tegangan dan ricih, tegasan lentur adalah satu lagi beban yang dialami bolt, disebabkan oleh daya luaran yang tidak berserenjang dengan paksi membujur bolt dan terletak pada permukaan galas dan mengawan. Secara keseluruhan, lebih mudah sambungan pengikat, lebih besar integriti dan kebolehpercayaannya.
2. Keletihan
Pada masa ini tiada undang-undang khusus yang mengarahkan pembekal untuk membeli komponen utama yang mematuhi piawaian industri dalam peraturan yang berkaitan untuk pengikat industri, terutamanya tanpa menyebut punca utama kegagalan pengikat - keletihan. Kerosakan keletihan dianggarkan menyumbang 85% daripada jumlah kegagalan pengikat.
Keletihan dalam bolt adalah tindakan berterusan beban tegangan kitaran, yang mengakibatkanbolttertakluk kepada daya pramuat yang agak kecil dan beban kerja berselang-seli. Di bawah keadaan dua beban sedemikian untuk masa yang lama, bolt akan gagal apabila kekuatan tegangan undiannya kurang daripada. Hayat kelesuan ditentukan oleh bilangan dan amplitud kitaran tegasan pemuatan. Sesetengah penyambung termampat, seperti penekan, peralatan pengecap dan mesin pengacuan, mungkin juga mengalami patah keletihan. Berbilang tegasan komposit dijana antara kuasa dan pramuat semasa operasi. Dalam pergerakan regangan berulang, bilangan dan amplitud perubahan tegasan dipengaruhi oleh tahap keletihan dan kerosakan.
Pengikat industri biasa, seperti skru hex, sentiasa memanjang dan kembali kepada bentuk asalnya dalam julat keanjalan tertentu. Jika dikenakan tekanan melebihi normal dan melebihi julat anjal, mereka akan mengalami ubah bentuk kekal sehingga akhirnya pecah. Tingkah laku memanjang dan kembali ke keadaan lanjutan dipanggil kitaran. Skru soket heksagon boleh menahan kira-kira 240-10 kitaran darjah sehari (maksimum) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.
Rajah 3 Diagram Goodman yang dipertingkatkan
Diagonal bertitik menunjukkan nilai purata beban skru berselang-seli dengan kebarangkalian 90% untuk 10 juta kitaran. Garis pepenjuru sebenar menunjukkan bahawa apabila daya pra mengetatkan skru mencapai 100ksi, sisihan maksimum antara beban dinamik dan tegasan purata ialah 12ksi.
Pengikat akhirnya akan retak disebabkan kitaran tegasan berulang dari puncak ke puncak. Patah biasanya berlaku pada titik pengikat yang paling terdedah, yang jurutera rujuk sebagai "kawasan kepekatan tegasan maksimum". Apabila retakan mikro berlaku pada titik kepekatan tegasan dan terus mengalami tekanan, rekahan akan merambat dengan cepat, menyebabkan kerosakan keletihan pada pengikat. Perusahaan pengilangan pengikat untuk kegunaan industri sentiasa meneroka proses pengacuan baharu dan mereka bentuk serta membangunkan kaedah pembuatan baharu yang boleh mengatasi kelemahan maut yang disebutkan di atas.
Lokasi kegagalan keletihan yang paling biasa termasuk sambungan (iaitu benang pertama yang dimuatkan), fillet akar, benang dan penamatan benang. Disebabkan oleh peningkatan kekuatan keletihan melalui pembangunan bahan yang lebih baik dan kaedah pengeluaran dalam industri pembuatan, benang telah menjadi titik pengikat yang paling lemah dan pada masa ini bahagian tertinggi punca kerosakan dalam kegagalan keletihan.
Perkaitan antara pembolehubah tegasan dalam reka bentuk dan ciri prestasi pengikat menjadikan menetapkan piawaian kekuatan kelesuan sebagai tugas yang sukar. Pada masa ini, ia merupakan satu proses yang kompleks untuk menentukan bilangan "kitaran untuk patah" dan mengukur kekuatan relatif bagi satu siri pengikat.
3. Kakisan
Satu lagi sebab untuk patah bolt ialah kakisan. Hakisan mempunyai banyak bentuk, termasuk kakisan biasa, kakisan kimia, kakisan elektrolitik, dan kakisan tegasan. Hakisan elektrolitik merujuk kepada pendedahan pengikat kepada pelbagai agen lembap seperti air hujan atau kabus asid, yang merupakan elektrolit yang boleh menyebabkan kakisan kimia bagi pengikat; Kedua, disebabkan oleh bahan pengikat yang berbeza, potensi elektrolitiknya berbeza, dan perbezaan potensi dengan mudah boleh menjana "bateri mikro". Pereka bentuk harus memilih bahan dengan potensi elektrolitik yang sama sebanyak mungkin berdasarkan keserasian logam, sambil menghapuskan syarat untuk penjanaan elektrolit untuk mengelakkan keretakan yang disebabkan oleh kakisan elektrolitik.
Hakisan tegasan agak terhad. Hakisan tegasan wujud di bawah beban tegangan tinggi dan terutamanya memberi kesan kepada pengikat yang diperbuat daripada keluli aloi berkekuatan tinggi. Pengikat yang diperbuat daripada keluli aloi (terutamanya keluli dengan komposisi aloi tinggi) terdedah kepada keretakan di bawah tekanan. Pada mulanya, retakan dan lubang biasanya terbentuk di permukaan, dan kemudian kakisan selanjutnya berlaku, yang menggalakkan penyebaran retak. Kadar perambatan retak ditentukan oleh tegasan pada bolt dan keliatan patah bahan. Apabila bahan yang tinggal berfungsi ke tahap di mana ia tidak dapat menahan tegasan yang dikenakan, keretakan berlaku.
4. Kerosakan hidrogen
Pengikat keluli berkekuatan tinggi (umumnya dengan kekerasan Rockwell C36 atau lebih tinggi) lebih terdedah kepada pereputan hidrogen. Kerosakan hidrogen adalah punca utama keretakan pengikat. Kerosakan hidrogen ialah fenomena di mana atom hidrogen masuk dan meresap ke seluruh matriks bahan. Apabila atom hidrogen memasuki matriks bahan, matriks mengalami herotan kekisi, mengganggu keadaan keseimbangan asal dan menjadikannya mudah retak di bawah daya luar. Apabila beban luar dikenakan padaskru,atom hidrogen berhijrah ke zon tegasan yang sangat tertumpu, menyebabkan tegasan ketara antara tepi sempadan kristal, yang membawa kepada keretakan antara zarah kristal pengikat.
Apabila pengikat mengandungi hidrogen kritikal sebelum dipasang, ia biasanya pecah dalam masa 24 jam. Jika hidrogen memasuki pengikat, adalah mustahil untuk meramalkan bila ia akan pecah. Oleh itu, apabila menggunakan pengikat yang berkaitan, pereka bentuk harus menentukan pemilihan pembekal dengan proses khusus dan potensi kerosakan hidrogen yang minimum.
5. Faktor lain
Patah sambungan tidak selalu berkaitan secara langsung dengan patah pengikat bencana. Banyak faktor yang berkaitan dengan pengikat, seperti kehilangan pramuat atau keletihan sambungan pengikat, boleh menyebabkan haus dan lusuh; Offset tengah pengikat boleh menghasilkan bunyi dan kebocoran semasa penggunaan, memerlukan penyelenggaraan yang tidak dirancang untuk mengelakkan kerosakan. Contohnya, getaran boleh mengurangkan rintangan geseran benang, dan sambungan pengikat boleh mengendur disebabkan penggunaan beban kerja selepas pemasangan. Faktor-faktor ini, bersama-sama dengan rayapan bolt suhu tinggi, boleh menyebabkan kehilangan daya prabeban. Kadang-kadang keretakan sambungan boleh dikaitkan dengan lubang yang melalui terlalu besar atau terlalu kecil, kawasan galas terlalu kecil, bahan terlalu lembut, atau beban terlalu tinggi. Mana-mana situasi ini tidak akan menyebabkan patah bolt langsung, tetapi akan mengakibatkan kehilangan integriti sambungan atau patah bolt akhirnya.
