Greining á algengum orsökum festingarboltabrots

Það eru ýmsar ástæður fyrir því að boltar brotna innfestingar. Almennt séð stafar boltaskemmdir af streituþáttum, þreytu, tæringu og vetnisbroti.

Boltabrot

1. Streituþáttur
Umfram hefðbundið álag (ofstreita) stafar af einhverju eða samsetningu af klippingu, spennu, beygju og þjöppun.
Flestir hönnuðir íhuga fyrst samsetningu togálags, forhleðslukrafts og viðbótarhagnýts álags. Forspennandi kraftur er í grundvallaratriðum innri og kyrrstæður, sem þjappar liðhlutunum saman. Hagnýtt álag er ytri, venjulega hringlaga (fram og aftur) kraftar sem beitt er á festingar.
Togálagið reynir að koma í veg fyrir að samskeyti opnist. Þegar þetta álag fer yfir viðmiðunarmörk boltans breytist boltinn úr teygjanlegri aflögun í plastaflögun, sem leiðir til varanlegrar aflögunar á boltanum. Þess vegna er ekki hægt að endurheimta það í upprunalegt ástand þegar ytra álagið er fjarlægt. Af svipuðum ástæðum, ef ytra álag á boltann fer yfir endanlegur togstyrk, mun boltinn brotna.
Boltþétting er náð með því að snúa með forhleðslukrafti. Við uppsetningu leiðir of mikið tog til ofherslu og dregur úr axial togstyrk festinga með því að þola þær of mikið. Með öðrum orðum, boltar sem verða fyrir stöðugum snúningi hafa lægri afkastagildi samanborið við bolta sem eru beint undir spennu og spennu. Á þennan hátt getur boltinn gefið eftir áður en hann nær lágmarks togstyrk samsvarandi staðals. Mikið tog getur aukið forspennukraft boltans og að sama skapi dregið úr lausleika samskeytisins. Til að auka læsingarkraftinn er forspennukrafturinn almennt stilltur á efri mörk. Á þennan hátt, nema munurinn á álagsstyrk og endanlegum togstyrk sé lítill, munu boltar almennt ekki gefa eftir vegna snúnings.
Skúfálag beitir lóðréttum krafti á lengdarásbolti. Skurálag skiptist í staka klippuspennu og tvöfalda skurðspennu. Út frá reynslugögnum er endanlegt staka skurðspenna um það bil 65% af endanlegu togspennu. Margir hönnuðir kjósa klippuálag vegna þess að þeir nýta tog- og skurðstyrk bolta. Þeir virka aðallega eins og tappar og mynda tiltölulega einfaldar tengingar fyrir festingar sem verða fyrir klippingu. Ókosturinn er sá að klipputengingar hafa takmarkað notkunarsvið og ekki hægt að nota þær oft, þar sem þær krefjast meira efnis og pláss. Við vitum að samsetning og nákvæmni efna gegna einnig afgerandi hlutverki. Hins vegar eru efnisgögn sem umbreyta togspennu í klippuálag oft ekki tiltæk.
Forspennukraftur festinga hefur áhrif á heilleika klippitenginga. Því minni sem forhleðslukrafturinn er, því auðveldara er fyrir samskeytilagið að renna þegar það kemst í snertingu við boltann. Skurhleðslugetan er reiknuð út með því að margfalda fjölda þverplana (eitt klippaplan er kallað ein klippa og tvö klippaplan eru kölluð tvöföld klippa), sem ætti að vera þversnið ósnitttra bolta. Við mælum ekki með að hanna klippingu í gegnum þræði, þar sem hægt er að vinna bug á skurðstyrk festinga með álagsstyrk þegar þversniðið breytist. Þegar skurðstyrkur festinga er ákvarðaður nota sumir hönnuðir togspennusvæðið en aðrir kjósa hluta með litlum þvermál. Ef boltinn í klipputengingunni er snúinn í tilgreint gildi (eins og sýnt er á mynd 2) getur mótflötur snertilagsins ekki byrjað að renna fyrr en það fer yfir núningsviðnámið að utan. Með því að auka núning á milli hliðarflata getur það bætt heildarheilleika tengingarinnar. Stundum, vegna stærðar hlutanna og hönnunarkrafna, getur fjöldi bolta sem þarf að nota verið takmarkaður.

Mynd 2: Burtséð frá því hvort tengihlutinn er einn skurður eða tvöfaldur skurður, ætti skurðarflöturinn ekki að fara í gegnum snittari hluta festingarinnar
Auk tog- og klippuálags er beygjuálag annað álag sem boltar verða fyrir, af völdum ytri krafta sem eru ekki hornrétt á lengdarás boltans og eru staðsettir á burðar- og mótflötum. Á heildina litið, því einfaldari sem festingartengingin er, því meiri heilindi og áreiðanleiki.
2. Þreyta
Sem stendur er engin sérstök löggjöf sem beinir birgjum til að kaupa lykilhluta sem uppfylla iðnaðarstaðla í viðeigandi reglugerðum um iðnaðarfestingar, sérstaklega án þess að nefna aðalorsök festingarbilunar - þreytu. Talið er að þreytuskemmdir séu um 85% af heildarfjölda bilana í festingum.
Þreyta í boltum er stöðug virkni hringlaga togálags, sem leiðir tilboltarverða fyrir tiltölulega litlum forálagskrafti og til skiptis vinnuálagi. Við slíkar aðstæður með tvöföldu álagi í langan tíma, munu boltar bila þegar hlutfall togstyrks þeirra er minni en. Þreytulífið er ákvarðað af fjölda og amplitude hleðsluálagslota. Sum þjöppuð tengi, eins og pressur, stimplunarbúnaður og mótunarvélar, geta einnig orðið fyrir þreytubrotum. Margþætt samsett álag myndast á milli krafts og forálags við notkun. Í endurteknum teygjuhreyfingum er fjöldi og amplitude streitubreytinga fyrir áhrifum af þreytu og skemmdum.
Dæmigert iðnaðarfestingar, eins og sexkantskrúfur, lengjast stöðugt og fara aftur í upprunalegt form innan ákveðins teygjanleikasviðs. Ef þeir verða fyrir álagi umfram eðlilegt og út fyrir teygjusviðið, munu þeir gangast undir varanlega aflögun þar til þeir brotna að lokum. Hegðun þess að teygja sig út og fara aftur í framlengt ástand er kallað hringrás. Sexkantuð skrúfa þolir um það bil 240-10 gráðu lotur á dag (hámark) eins og sýnt er á mynd 3.

Mynd 3 Endurbætt Goodman skýringarmynd

Doppað ská gefur til kynna meðalgildi skrúfuálags til skiptis með 90% líkum fyrir 10 milljón lotur. Raunveruleg skálína sýnir að þegar forspennukraftur skrúfunnar nær 100ksi er hámarksfrávik milli kraftmikils álags og meðalálags 12ksi.
Festingar munu að lokum sprunga vegna endurtekinna álagslota frá toppi til topps. Brot eiga sér stað venjulega á viðkvæmasta stað festingarinnar, sem verkfræðingar vísa til sem „svæði með hámarksálagsstyrk“. Þegar örsprungur eiga sér stað við álagsstyrkspunktinn og halda áfram að verða fyrir álagi munu sprungurnar breiðast hratt út og valda þreytuskemmdum á festingunni. Fyrirtæki sem framleiða festingar fyrir iðnaðarnotkun eru stöðugt að kanna nýja mótunarferli og hanna og þróa nýjar framleiðsluaðferðir sem geta sigrast á áðurnefndum banvænum veikleikum.
Algengustu staðsetningar þreytubilunar eru samskeyti (þ.e. fyrsti hlaðinn þráður), rótarflök, þráður og þráðarlok. Vegna bættrar þreytustyrks með þróun betri efna og framleiðsluaðferða í framleiðsluiðnaði eru þræðir orðnir veikasti punktur festinga og nú er hæsta hlutfall tjóns af völdum þreytubilunar.
Samhengið milli álagsbreytna í hönnun og frammistöðueiginleika festinga gerir það að verkum að erfitt verkefni er að setja þreytustyrksstaðla. Eins og er er það flókið ferli að ákvarða fjölda "lota til að brotna" og mæla hlutfallslegan styrk röð festinga.
3. Tæring
Önnur ástæða fyrir boltabrotum er tæring. Tæring hefur margar myndir, þar á meðal venjulega tæringu, efnatæringu, rafgreiningartæringu og streitutæringu. Rafgreiningartæring vísar til útsetningar festinga fyrir ýmsum rökum efnum eins og regnvatni eða sýruúða, sem eru raflausnir sem geta valdið efnafræðilegri tæringu á festingunum; Í öðru lagi, vegna mismunandi efna í festingum, eru rafgreiningarmöguleikar þeirra mismunandi og hugsanlegur munur getur auðveldlega myndað "örafhlöður". Hönnuðir ættu að velja efni með svipaða rafgreiningargetu eins mikið og mögulegt er byggt á samhæfni málma, en útiloka skilyrði fyrir raflausnmyndun til að koma í veg fyrir sprungur af völdum rafgreiningartæringar.
Spennutæring er tiltölulega takmörkuð. Streitutæring er til staðar við mikla togálag og hefur aðallega áhrif á festingar úr hástyrktu álstáli. Festingar úr álblendi (sérstaklega stáli með mikilli álblöndu) eru hætt við að sprunga við álag. Í upphafi myndast venjulega sprungur og holur á yfirborðinu og síðan verður frekari tæring sem stuðlar að sprunguútbreiðslu. Hraði sprunguútbreiðslu ræðst af álagi á boltanum og brotseigu efnisins. Þegar efnið sem eftir er virkar að því marki að það þolir ekki álagið sem beitt er, verður brot.
4. Vetnisbrot
Hástyrktar stálfestingar (almennt með Rockwell hörku C36 eða hærri) eru hætt við vetnisbroti. Vetnisbrot er helsta orsök brota á festingum. Vetnisbrot er fyrirbæri þar sem vetnisatóm fara inn og dreifast um allt efnisfylki. Þegar vetnisfrumeindir komast inn í efnisfylkið, verður gryndaraflögunin í grindunni sem truflar upphaflega jafnvægisástandið og gerir það auðvelt að sprunga undir utanaðkomandi kröftum. Þegar ytra álag er beitt áskrúfa,vetnisatóm flytjast yfir á mjög þétta streitusvæðið, sem veldur verulegu álagi á milli brúna kristalmarkanna, sem leiðir til brota á milli kristalagna festingarinnar.
Þegar festingar innihalda mikilvægt vetni fyrir uppsetningu brotna þær venjulega innan 24 klukkustunda. Ef vetni fer inn í festinguna er ómögulegt að segja til um hvenær það brotnar. Þess vegna, þegar viðeigandi festingar eru notaðar, ættu hönnuðir að tilgreina val á birgjum með sérhæfðum ferlum og lágmarks mögulegum vetnisbroti.
5. Aðrir þættir
Tengibrot er ekki alltaf beint tengt hörmulegu festingarbroti. Margir þættir sem tengjast festingum, eins og tap á forhleðslu eða þreytu á festingum, geta valdið sliti; Miðja frávik festinga getur framkallað hávaða og leka við notkun, sem krefst ófyrirséðs viðhalds til að koma í veg fyrir brot. Til dæmis getur titringur dregið úr núningsviðnámi þráða og festingar geta slakað á vegna beitingar vinnuálags eftir uppsetningu. Þessir þættir, ásamt háhitaskrið bolta, geta leitt til taps á forhleðslukrafti. Stundum má rekja brotið á tengingunni til þess að gatið sem fer í gegnum er of stórt eða of lítið, burðarsvæðið er of lítið, efnið er of mjúkt eða álagið er of hátt. Einhver af þessum aðstæðum mun ekki valda beinu boltabroti, en mun leiða til taps á tengingarheilleika eða að lokum boltabrots.