Peralatan mekanikal dan struktur keluli dipasang daripada pelbagai komponen, kebanyakannya disambungkan secara tetap oleh pengikat berulir. Kegagalan pengikat berulir secara langsung membawa kepada kerosakan peralatan. Dalam kes yang teruk, ia boleh menyebabkan penutupan peralatan, keruntuhan struktur dan juga kemalangan kecederaan diri.

Memandangkan kekerapan tinggi dan bahaya serius kegagalan pengikat, juruteknik perlu menganalisis secara sistematik faktor pendorong dan merumuskan langkah pembetulan dan pencegahan yang disasarkan untuk menghapuskan kegagalan pengikat secara asas.

Kegagalan pengikat terutamanya dibahagikan kepada dua kategori. Kategori pertama ialah kegagalan patah bolt, yang menyebabkan pemisahan serta-merta struktur yang disambungkan dan biasanya mengakibatkan kerosakan peralatan yang teruk dan kemalangan keselamatan. Kategori kedua termasuk melonggarkan pasangan benang dan gelincir benangbolt atau nat, yang menghasilkan anjakan relatif kecil antara bahagian yang disambungkan dan membawa kepada kerosakan separa peralatan dan ketepatan operasi yang berkurangan.

Kegagalan pengikat adalah proses yang progresif. Kelonggaran kecil tanpa rawatan tepat pada masanya akan terus merosot dan akhirnya menyebabkan pengasingan lengkap bolt dan nat, mencetuskan kemalangan keselamatan yang besar. Dalam aplikasi praktikal, kebanyakan kakitangan salah faham bahawa keretakan bolt semata-mata disebabkan oleh kecacatan bahan dan kelonggaran nat oleh kualiti nat yang lemah, sambil mengabaikan masalah teras seperti reka bentuk struktur yang tidak munasabah dan proses pemasangan bukan-standard. Kertas kerja ini menganalisis secara sistematik punca pelbagai kegagalan patah bolt dari perspektif reka bentuk dan pemasangan.

1 Patah Ricih

Patah ricih bolt kebanyakannya berlaku dalam sambungan berulir di bawah pramuat tulen. Permukaan patah ricih terletak pada antara muka sambungan dua bahagian yang bersambung, memperlihatkan kawasan ricih licin dan cerah yang kecil. Punca kegagalan khusus diringkaskan seperti berikut.

1.1 Punca Reka Bentuk

(1) Pekali geseran yang tidak mencukupi pada antara muka sambungan atau spesifikasi bolt yang dipilih secara tidak betul membawa kepada pramuat yang tidak mencukupi. Apabila daya geseran pada permukaan sambungan kurang daripada beban kerja melintang, dinyatakan dengan formula fF′＜F (di mana f ialah pekali geseran antara muka, F′ ialah pramuat bolt, dan F ialah beban kerja melintang), gelinciran relatif berlaku antara komponen yang disambungkan. Batang bolt tertakluk kepada penyemperitan dan daya ricih dari dinding lubang. Apabila tegasan ricih melebihi kekuatan ricih bahan bolt, patah ricih berlaku. Komponen yang bergerak di bawah beban impak lebih terdedah kepada kegagalan tersebut. Dalam reka bentuk struktur,-bahagian pengurang beban dan bahu penentu kedudukan boleh digunakan untuk menanggung beban melintang, supaya bolt hanya melakukan sambungan tegangan tanpa menanggung daya ricih.

(2) Pengikat tanpa struktur-anti longgar digunakan dalam keadaan kerja yang bergetar. -Getaran peralatan jangka panjang melonggarkan pasangan benang dan melemahkan pramuat bolt, mengakibatkan geseran antara muka tidak mencukupi dan gelongsor komponen dan keretakan ricih bolt selanjutnya. Untuk struktur yang berfungsi dalam persekitaran getaran, pengikat anti-kelonggaran khas seperti nat Spiralock dan nat kunci tork yang lazim harus digunakan untuk mengelakkan kegagalan longgar.

1.2 Punca Perhimpunan

Tork pengetatan pemasangan yang tidak mencukupi membawa kepada pramuat bolt substandard dan geseran antara muka yang tidak mencukupi. Beban luar menyebabkan kegelinciran relatif komponen dan akhirnya mengakibatkan keretakan ricih bolt. Tork pengetatan bolt ialah penunjuk proses kritikal dalam kejuruteraan struktur keluli dan pemasangan enjin dan memerlukan kawalan yang ketat. Walau bagaimanapun, ia sering diabaikan dalam industri lain kerana kekurangan pengurusan tork yang standard. Dalam kes kegagalan praktikal, kebanyakan kelonggaran benang dan kerosakan patah disebabkan oleh tork pemasangan yang tidak sesuai.

Daya pengapit pasangan benang dijana oleh nat atau bolt berputar dan berkorelasi positif dengan tork pemasangan. Untuk memastikan pramuat memenuhi keperluan reka bentuk, tork pemasangan mesti dinyatakan dengan jelas dalam dokumen proses dan dilaksanakan dengan ketat semasa operasi. Formula pengiraan tork pemasangan adalah seperti berikut:

M=KPD

Di mana: M - Tork pemasangan (Nm); K - Pekali tork; P - Pramuat reka bentuk (kN); D - Diameter bolt nominal (mm).

Dalam reka bentuk konvensional, pramuat bolt ditetapkan dalam 60% hingga 80% daripada kekuatan hasil bahan dengan faktor keselamatan melebihi 1.2. Beban hasil bolt dengan spesifikasi dan gred kekuatan yang berbeza boleh dirujuk kepada GB/T 3098.1.

Pekali tork ditentukan oleh pekali geseran pasangan benang dan permukaan sentuhan antarapengikatdan bahagian yang bersambung. Ia dipengaruhi oleh rawatan permukaan, ketepatan kekuatan, toleransi geometri, ketepatan benang, kekasaran permukaan sokongan dan kekakuan struktur. Rawatan permukaan berfungsi sebagai faktor dominan. Rawatan permukaan yang berbeza membawa kepada perbezaan besar dalam pekali tork, sehingga hampir dua kali ganda. Bagi pasangan benang dengan spesifikasi dan kekuatan yang sama, pekali tork rawatan fosfat adalah kira-kira 0.13 hingga 0.15, manakala rawatan penghitaman adalah antara 0.26 hingga 0.30.

Oleh itu, pengikat dengan rawatan fosfat dan penghitaman menghasilkan perbezaan pramuat hampir dua kali ganda di bawah tork pemasangan yang sama. Pekali tork mesti ditentukur melalui eksperimen. Pengeluar pengikat hendaklah mengawal ketat proses rawatan permukaan untuk memastikan pekali tork yang konsisten bagi setiap kelompok. Pengguna tidak boleh sewenang-wenangnya menukar keperluan rawatan permukaan, untuk mengelakkan pramuat yang tidak mencukupi, regangan bolt atau patah yang disebabkan oleh turun naik pekali tork.

2 Patah Keletihan

Patah keletihan adalah salah satu mod kegagalan bolt yang paling biasa. Kebanyakan kegagalan keletihan berpunca daripada kecacatan pembuatan, termasuk fillet peralihan yang tidak lancar di bawah kepala bolt, jejari fillet akar benang yang tidak mencukupi, calar permukaan dan kemasukan bahan. Sementara itu, pemasangan bukan-standard juga merupakan dorongan penting untuk patah keletihan dan potensi kemalangan keselamatan.

Mengambil bolt roda kereta sebagai contoh, reka bentuk struktur membenarkan bolt roda hanya menanggung prabeban paksi tanpa beban jejarian langsung. Tork pemasangan yang tidak mencukupi membawa kepada pramuat yang tidak mencukupi dan geseran yang tidak mencukupi antara hab roda dan separuh aci, menyebabkan gelinciran relatif semasa pengendalian kenderaan.

Semasa-putaran roda berkelajuan tinggi, bolt berputar secara berkala dengan hab. Batang bolt tertakluk kepada daya penyemperitan berselang-seli dari kedua-dua belah dinding lubang, mengakibatkan beban jejari kitaran frekuensi tinggi-. Tindakan beban kitaran jangka panjang-memulakan dan mengembangkan rekahan keletihan, akhirnya membawa kepada keretakan keletihan bolt.

Apabila keretakan bolt roda berlaku selepas pengendalian kenderaan, pemeriksa hendaklah terlebih dahulu memerhati morfologi patah untuk menilai awal kegagalan keletihan sebelum menjalankan analisis-mendalam.

3 Patah Lebihan Beban

Patah beban lampau merujuk kepada patah tegangan apabila jumlah beban paksi melebihi had yang dibenarkan bagi bahan bolt. Oleh kerana kawasan galas berkesan bahagian berulir adalah lebih kecil daripada batang licin dengan kepekatan tegasan yang lebih teruk, patah beban lampau kebanyakannya berlaku pada bahagian berulir, yang boleh dikenal pasti secara awal melalui morfologi patah.

Bolt gred 8.8 menunjukkan leher yang jelas selepas patah beban lampau; Bolt gred 10.9 mempunyai sedikit leher; Bolt kekuatan tinggi-gred 12.9 pada asasnya tidak mempunyai ciri leher dalam keadaan beban berlebihan biasa.

Leher yang jelas juga mungkin muncul dalam bolt Gred 8.8 hingga 12.9 dengan bahan yang tidak layak, rawatan haba yang tidak mencukupi, pelindapkejutan yang tidak lengkap atau kekerasan teras yang tidak mencukupi. Oleh itu, kriteria penghakiman untuk patah beban lampau dinyatakan seperti berikut:

(1) Bagi patah tulang dengan leher, ujian sampel hendaklah dijalankan mengikut GB/T 3098.1. Patah beban lampau boleh disahkan jika kekerasan teras adalah layak.

(2) Analisis metalografi diperlukan untukBolt kekuatan tinggi-gred 12.9untuk menentukan patah beban lampau, kerana kecacatan permukaan benang dan kecacatan bahan juga boleh menyebabkan patah bahagian berulir dan tidak boleh dinilai hanya dengan penampilan.

Patah beban lampau terutamanya berlaku dalam sambungan bolt di bawah beban paksi, dengan tiga punca utama:

a. Tork pemasangan yang terlalu tinggi menyebabkan pramuat melebihi kekuatan alah bahan bolt, mengakibatkan regangan bolt atau patah semasa pemasangan.

b. Pramuat pemasangan yang berlebihan dekat dengan kekuatan alah bolt. Semasa operasi peralatan, bolt menanggung kedua-dua pramuat baki dan beban kerja. Superposisi kedua-dua beban yang melebihi had kekuatan bahan menyebabkan patah beban lampau. Di bawah beban kerja yang berterusan, pramuat pemasangan yang lebih tinggi membawa kepada pramuat baki yang lebih tinggi dan risiko beban yang lebih besar.

c. Pemilihan bolt yang tidak betul dengan diameter benang nominal yang tidak mencukupi gagal memenuhi keperluan galas dalam reka bentuk struktur.

Patah 4 Bolt Disebabkan oleh Beban Sipi Pemasangan

Patah bolt akibat beban sipi adalah kegagalan proses pemasangan biasa. Tanda haus berbentuk bulan sabit-yang jelas boleh dilihat pada permukaan sokongan bolt, dengan kawasan galas sebenar hanya mencakupi 1/4 hingga 1/3 daripada jumlah kawasan sokongan dan taburan tegasan tidak sekata yang teruk. Batang bolt berhampiran patah membengkok bertentangan dengan arah tegasan, menunjukkan ciri lenturan dan patah yang tipikal.

Kegagalan beban eksentrik bolt terutamanya disebabkan oleh dua faktor:

Pertama, permukaan sokongan sentuhan bahagian yang disambungkan condong atau tidak rata, mengakibatkan tekanan setempat padakepala boltdan membentuk beban eksentrik, yang merupakan punca utama kes kegagalan ini.

Kedua, ralat kelurusan yang berlebihan atau ubah bentuk lenturan batang bolt menyebabkan beban sipi yang wujud semasa pemasangan.

Kedua-dua jenis beban eksentrik berbeza dengan ketara dalam kedudukan tegasan dan arah lenturan batang, yang boleh dibezakan melalui kesan tegasan permukaan sokongan dan arah ubah bentuk bolt.

5 Kesimpulan

Kegagalan pengikat seperti patah, benang tergelincir dan longgar tidak selalu disebabkan oleh kecacatan kualiti produk yang wujud. Prosedur penyelesaian masalah piawai hendaklah diikuti sebaik sahaja kegagalan pengancing berlaku:

Pertama, simpan sampel yang gagal sepenuhnya dan lindungi permukaan patah daripada karat, perlanggaran dan kerosakan sekunder untuk memastikan analisis kegagalan yang tepat.

Kedua, tentukan terlebih dahulu jenis kegagalan dan dorongan berdasarkan morfologi patah, penampilan sampel, kesan tekanan permukaan dan keadaan kerja sebenar.

Ketiga, menjalankan ujian fizikal dan kimia profesional termasuk analisis metalografi dan pengesanan kekerasan. Jika penunjuk bahan dan rawatan haba memenuhi piawaian kebangsaan, kegagalan berpunca daripada reka bentuk struktur atau proses pemasangan; jika tidak, ia disahkan sebagai kecacatan kualiti pengikat.

Keempat, merumuskan langkah pembetulan dan pencegahan yang disasarkan mengikut punca kegagalan yang disahkan, menyeragamkan spesifikasi reka bentuk dan mengoptimumkan proses pemasangan untuk mengelakkan kegagalan yang serupa berulang.