和记app螺纹有效旋合长度对螺栓拉力试验结果

 

2020-05-01 02:04

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  螺纹有效旋合长度对螺栓拉力试验结果的影响 谭晓舟 (湖北三江航天险峰电子信息有限公司,孝感 432009) 通过对国标 / 《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》中所提及的拉力 摘 要: GBT3098.1-2010 试验相关程序进行分析,发现其中的“螺纹有效旋合长度”是影响试验结果的关键因素之一。标准 中对其最大值未作要求,由此可能会导致螺纹承载能力试验结果失真。 螺纹有效旋合长度;螺栓;拉力试验;标准 关键词: 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: ( ) TH131.3 A 10014012201405035102 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犈犳犳犲犮狋犻狏犲犔犲狀狋犺狅犳犜犺狉犲犪犱犈狀犪犲犿犲狀狋狅狀犜犲狀狊犻犾犲犜犲狊狋犚犲狊狌犾狋狊狅犳犅狅犾狋 犵 犵犵 犜犃犖犡犻犪狅狕犺狅狌 ( , , ) HubeiSanian SaceXianfen Electronic&InformationCom an Limited Xiaoan432009China j g p g p y g 犃犫狊狋狉犪犮狋: / BasedontheanalsisofrocedureofbolttensiletestinthenationalstandardGBT3098.1-2010 y p “ , ”, MechanicalProertiesofFastenersBolts ScrewsandStuds itwasfoundthattheeffectivelenthofthread p g , enaementwasoneoftheke factorsthataffectedthetestresults.However therewasnoreuirementfor gg y q , maximumlenthinthestandard.Thereforeitmihtcausedistortioninthetestresultsofloadcarrin caacitof g g yg p y thread. 犓犲狑狅狉犱狊: ; ; ; effectivelenthofthreadenaementbolttensileteststandard 狔 g gg 螺栓(含螺钉、螺柱,下同)在产品结构中,起到 能等级。具体的方法为:如图 所示( 为螺纹有效 1 犔 连接、固定和强化等作用,其承载能力直接关系产品 旋合长度, 为拉力),将螺栓头部固定,将螺栓螺纹 犉 结构的稳定和可靠。螺栓在使用时,其头部、杆部和 端拧入内螺纹夹具,在纵向施加与之性能等级相对 螺纹端部都起到了承载的作用。要想确定每个部位 应的拉力(最小拉力载荷)。当力值到达时,螺栓不 [] 1 是否符合要求,最直接的检测方式就是进行螺栓成 得脱扣和断裂 。 品拉力试验。 / 中的拉力试验 GBT3098.1-2010 程序,对螺纹有效旋合长度的最小值作出了规定,对 [] 1 最大值却没有要求 。笔者经过分析认为,当螺纹 L 有效旋合长度超过一定限度时,螺纹在加载夹具中 的受力面积增加,应力相应减小,使一些本来可以在 拉力试验中发现的螺纹质量缺陷和隐患,因此而被 F 隐藏,造成试验结果与真实情况存在差别。 图 螺栓拉力试验示意图 1 Fi.1 Sketchofbolttensiletest 1 螺栓在拉力试验中螺纹受力情况分析 g 1.2 试验中螺纹的受力情况分析 1.1 螺栓拉力试验的试验方法 螺栓螺纹所处的位置不同,受力情况是不一 通过模拟螺栓的实际使用状况,施以额定的力 样的。 值,观测螺栓形变,以此确定其是否达到了自标的性 1.2.1 未旋入内螺纹夹具部分的螺纹 由图 ( 为外螺纹大径, 为外螺纹小径, 2犱 犱 犘 1 收稿日期: 20130218 为外螺纹宽度, 为外螺纹受力面, 为剪切应力) 犛 犉 作者简介:谭晓舟( ),男,机械性能试验员。 1973- 351 谭晓舟:螺纹有效旋合长度对螺栓拉力试验结果的影响 可见,外螺纹小径截面积作为了承受应力的主体,而 表 螺纹有效旋合长度对其承载能力的影响 1 Tab.1 Influencesofeffectivelenthsofthread 未旋入内螺纹夹具部分的螺纹,可以视为外螺纹小 g enaementonloadcarrin caacit 径的延伸,其底部宽度 与外螺纹小径连成一体, gg yg p y 犘 为螺栓承载和抵抗受力形变做出了一定贡献。 螺钉 旋入深度 旋入 拉力载荷 失效 编号 / 扣数 / 状态 mm N F 1 0.50 0.50 2660 脱扣 S d 2 1.00 1.00 3870 脱扣 3 1.50 1.50 5529 脱扣 d 1 1) 脱扣 4 2.40 2.40 9231 P 2) 未旋合部分断裂 5 3.60 3.60 10117 注:)等同于公称高度 、螺纹有效长度 的螺母; 图 螺纹受力示意图 1 0.5犇 0.4犇 2 2)等同于公称高度0.8犇、螺纹有效长度0.6犇的螺母。 Fi.2 Sketchofthreadstress g 1.2.2 旋入内螺纹夹具部分的螺纹 从表 所示的试验结果可以得出: 1 由图 还可以看到,除了在 节中分析的 2 1.2.1 ()在最小拉力载荷值以内,螺钉螺纹有效旋 1 受力情况外,外螺纹还受到了来自内螺纹接触面犛 合长度与承载能力成正比关系。 施加的相对于外螺纹小径 的剪切应力 。外螺 犱1 犉 ()当螺钉螺纹有效旋合长度不足时,承载能 2 纹小径 与外螺纹的连接面积,即外螺纹的宽度 犱 1 力会因为螺纹脱扣而降低。这就意味着,当螺钉螺 ,成为了承受剪切应力 的唯一应力面积。也是 犘 犉 纹存在缺陷时,即使其螺纹旋合长度符合要求,也可 因为这一应力面积的存在,才使得载荷通过螺纹被 能会因为螺纹提前脱扣而失效。 转移到了外螺纹小径截面积上,使其成为了承受应 ()从螺钉 ,的试验情况可以看出,只要符 3 45 力的主体。 [] 2 合螺母的强度选配原则 ,使用一个公称高度 2 螺纹有效旋合长度对拉力试验结果的影 ≥0.5犇或公称高度≥0.8犇的螺母,均能使螺钉承 响分析 载其最小拉力载荷。而选择公称高度≥0.8犇的螺 母,可以有效地防止螺钉出现脱扣失效。 2.1 螺纹有效旋合长度与剪切应力的关系 ()标准中要求测定抗拉强度时旋入夹具内的 4 [] 通过以上分析可以得出,螺纹有效旋合长度决定 螺纹有效旋合长度≥1犱1 ,其远高于单个螺母的螺 了承受剪切应力 的应力面积。在剪切应力 (即试 犉 犉 纹有效长度,和记app如果满足这一条件,即使螺纹存在缺陷 验拉力———最小拉力载荷)不变的情况下,螺纹有效 也不大可能通过脱扣失效而反映出来。 旋合长度与承受剪切应力 的应力面积成正比关系, 犉 2.3 螺栓拉力试验的目的性 与其面积上所承受的剪切应力成反比关系。 通过拉力试验,不但要确定所采用的原材料是 2.2 螺纹有效旋合长度对拉力试验结果影响的试 否符合要求,更重要的是,还要确定螺栓的制造工艺 验验证 过程是否符合要求。螺栓的制造工艺过程中,存在 为了验证以上的分析结论是否正确,笔者设计 着许多影响其承载性能的不利因素。如选材和冷加 并实施了一组试验。在力学性能和外形尺寸抽样检 工不当造成外表面形成微裂纹、热处理不当导致螺 测均合格的同一批次螺钉中,随机抽取了 个作为 5 纹的脱碳层加深、化学防锈处理不当形成氢脆影响 [] 试验样本。 3 区等 。受此影响,螺栓的头部、杆部和螺纹端部 螺钉型号为 / 规定的开槽圆柱头 GBT65-2000 3处有可能同时出现不良的缺陷或隐患,也有可能 螺钉,规格为M6mm×25mm,螺距1mm,性能等级 只出现在其中一处。拉力试验的目的,一定要达到 4.8,最小拉力载荷8440N。 客观反映螺栓各部位真实的承载性能。 将 个全螺纹螺钉样本分别以不同的有效旋合 5 2.4 螺纹有效旋合长度对拉力试验结果的影响 长度旋入内螺纹夹具中,施加拉力载荷直至其破坏 在试验时,如果不对螺纹有效旋合长度加以限 失效。内螺纹夹具硬度为 55HRC,拉伸速度为 制,就意味着螺纹受力面积(扣数)可以随意的增加, · -1。试验结果见表 。 (下转第 页) 5mm min 1 362 352 史 霞等:发动机缸盖螺栓断裂原因分析 [] 3 面磷化及去氢过程中的残余氢进入螺栓表面 拉伸应力会引起螺栓发生延迟断裂 。 ,装配 综上分析可以得出,该螺栓的氢脆断裂是在氢、 时在拉应力的作用下,导致螺栓产生氢脆裂纹并最 材料微裂纹和拉伸应力的共同作用下发生的。首 终发生氢脆断裂。 先,过量的氢是造成螺栓氢脆断裂最基本的原因。 ()该螺栓的强度等级为 级,具有高的氢 2 12.9 对于强度大于1200MPa的螺栓,材料中氢含量在5 脆敏感性。因此在螺栓生产过程中,尤其在表面处 [] -6 -6 4 ×10 10×10 就可导致氢脆 。根据力学性能 理环节,要严格执行工艺文件,确保彻底除氢。要加 ~ 试验和去氢试验说明,该断裂螺栓的强度为 强螺栓除氢后的氢脆敏感性检验,以避免氢脆的 1260MPa,属高强度螺栓,具有高的氢脆敏感性,且 产生。 该断裂螺栓中滞留有过量的氢。从螺栓生产过程来 参考文献: 看,氢含量偏高应是由表面磷化或去氢处理不彻底造 成的。其次,螺栓材料中微裂纹、残余应力的存在,是 [] 恩格 ,克林格 金属损伤图谱:金属失效的扫描电 1 L H. 子显微镜研究[ ]北京:机械工业出版社, : 加速氢聚集、扩散乃至断裂的必要条件。螺栓发生氢 M . 1990108 脆的外部条件是螺栓受到静拉伸应力作用。根据上 109. [] 陈南平,顾守仁,沈万慈 脆性失效分析[ ]北京:机 2 . M . 述计算可知,螺栓装配后受到持续的拉伸应力约为 械工业出版社, : 1993140141. 544MPa,而螺栓的氢脆应力强度为376MPa,所以该 [] 惠卫军,董瀚,翁宇庆 高强度螺栓钢的发展动向[] 3 . J. 螺栓装配时在氢的作用下发生了延迟断裂。 机械工程材料, , ( ): 15. [] 胡晓辉 钢弹簧片断裂分析[]理化检验 物理 4 .3Cr13 J.  3 结论与建议 分册, , ( ): 515517. ()该螺栓发生了氢脆断裂,其原因是由于表 1 櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥 (上接第352页) 直接导致单位面积所受应力大大减少。这样就造成 发生的,很难及时发现,从而增加了造成事故的危 [] 2 一些只存在于螺纹部分的缺陷或隐患被隐藏,得到 险性 。 了一个看似合格的试验结果。 4 结语 3 失真的试验结果对螺栓使用造成的质量 / 在螺栓的制造和验收上, GBT3098.1-2010 事故隐患 具有很强的规范性。笔者认为,标准中对“螺纹有效 螺栓在很多情况下是和螺母配合使用的。两者 旋合长度”的最大值未作限定(而其最小值也存在值 的旋合联接方式决定了在拧紧状态下总是存在松动 得商榷之处),不利于螺纹质量缺陷和隐患的发现, 的趋势。为了防止松动的出现,以往的设计除了加 由此可能会导致螺纹承载能力试验结果失真。至于 装弹性垫圈,还有很多是采取加装螺母的解决办法。 怎样的限定是合理的,限于笔者的研究条件和水平, 加装螺母不但起到了较好的防松动作用,也因为增 该课题目前尚无法进行。笔者相信,该课题的深入 加了内螺纹扣数,使螺纹受力面积也得到相应增加。 研究,对标准的完善是有意义的。 这对于螺纹存在缺陷的螺栓来说,是有利的,大大降 参考文献: 低了螺纹脱扣事件的发生。然而,随着新型防松螺 [] / 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和 1 GBT3098.1-2010 母的不断出现,以及装配工艺对拧紧力更为精确的 螺柱[] S. 控制,使加装螺母这一防松方式的采用逐渐减少。 [] / 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺 2 GBT3098.2-2000 减少了螺母的数量,就等于减少螺纹受力面积,增加 纹[] S. 了有效旋合长度内螺纹所受应力。在这种情况下, [] 孙国峰,尹强 六角头螺栓断裂分析[]理化检验 物 3 . J.  如果采用的是因为失真的试验结果而得出合格结论 理分册, , ( ): 719721. 的螺栓,就会使螺纹脱扣失效事件的发生率大为增 加。相对于螺栓失效的其他形式,由于脱扣是逐渐 362

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