南京螺栓緊固件失效檢測分析

時間：2020-11-30

日常見到的緊固件失效例子：

1）為了確定一個產(chǎn)品設計是否可靠，有很多方法可以進行破壞性測試來驗證確認。通常很多生產(chǎn)廠較喜歡的是，有意地在受控環(huán)境中（給定工況和載荷譜）破壞一個組件（例如試驗到緊固件斷裂為止），以確定一個或多個組件（包括緊固件）的性能，較終獲得一些導致產(chǎn)品失效的原因。這方面導致的緊固件失效是人為有意導致的，這種方式及結果是否完全合理不好簡單評價。

2）還有消費者有意無意地經(jīng)常性濫用產(chǎn)品的問題。舉個例子來說，一個人花了多的時間在一個低價的桌上擺弄他的沉重的公文包和行李箱，而不是在桌子上工作。不久，支撐桌子的緊固件就會松動或破裂而失效，這種緊固件故障可能導致人身傷害，但制造商不太可能召回產(chǎn)品，因為是客戶使用不當導致了問題。

3）沃爾沃汽車在2017年3月召回了三種車型，原因是用于固定側簾安全氣囊的螺栓出現(xiàn)故障。固定安全氣囊的螺栓制造過程質(zhì)量沒有有效管控，可能會因內(nèi)部氫脆而*斷裂。沃爾沃工程師們認為，整個安全氣囊設計結構上是合理的，但由于緊固件制造過程產(chǎn)生的潛在缺陷導致需要對整個氣囊總成進行換。

4）松動的緊固件也可能較終失效。兩年前，越野車制造商北極星不得不召回所有的指揮官車型，因為輸入軸緊固件松動，并允許軸沿動力轉向花鍵的長度方向移動。在較端情況下，這種移動可能導致軸與花鍵完全分離。

5）通用汽車企業(yè)的工程師們在2014年發(fā)現(xiàn)了幾個車型的緊固件松動，導致該企業(yè)今年召回了500000多輛汽車。雪佛蘭黑斑羚有一個“強力定型”的緊固件，沒有擰緊到規(guī)范要求的扭矩。GMC全地形車、別克君威、長曲棍球和凱迪拉克SRX前排座椅和乘客座椅自由地上下移動導致一次撞車，三人受傷。

據(jù)統(tǒng)計，在95%的故障中，緊固件在安裝或維修過程中出了問題，另外5%是因為使用了錯誤的緊固件。

（5）從緊固件的制造和裝配過程看失效原因

緊固件與所有其他制造產(chǎn)品有一個共同點：制造控制得越好，性能越好。在制造過程中，有幾個因素影響緊固件質(zhì)量：

1）如果溫度達到700攝氏度左右，在熱處理過程中可能發(fā)生金屬脫碳，而且爐內(nèi)沒有足夠的保護氣氛。這可能會導致螺紋處變軟脫落。

2）淬火和回火（或拉伸）是鋼緊固件較常用的熱處理工藝之一。緊固件應在從淬火中取出后和完全冷卻前幾分鐘內(nèi)進行回火。否則可能導致淬火開裂、過早失效或使用壽命短于正常使用壽命（見圖1）。

3）在緊固件頭部成形過程中，金屬的晶粒流線在正確的方向上是很重要的。向螺栓頭部與桿部交界處的圓角處急劇移動的晶粒流線不能產(chǎn)生良好的流動（見圖2）。這可能會使緊固件在安裝過程中頭部*斷裂。

圖 2 在頭部成形過程中，金屬的晶粒流線向正確的方向成形是非常重要的。左邊的圖像表示符合SAE USCAR8規(guī)范的可接受顆粒流。

大家在制造過程中需要檢查緊固件，以確定合適的晶粒流動模式，檢查員用鹽酸和水將樣品緊固件的頭部分段煮沸1分鐘，這樣就可以很*地評估晶粒的流動。例如，大家的汽車客戶使用的所有頭螺栓和螺釘必須滿足SAE USAC8規(guī)范的晶粒流動模式。

4）當扭矩太大時，靠近頭部的螺紋太近的話會增加頭部的壓力。這種情況也可能導致從頭到桿部的失敗。因為這個缺陷會增加徑向應力，當它出現(xiàn)在緊固件中時會加速氫脆（見圖3）。

圖 3 氫脆是緊固件失效的常見原因。照片中的箭頭表示荷載應力區(qū)域。

當氫在緊固件電鍍過程中被吸附在鋼中并沿晶界移動到應力集中時，會發(fā)生內(nèi)部氫脆。這可能會在負載下導致突然的災難性故障。

5）大多數(shù)螺紋緊固件都經(jīng)過電鍍或保護涂層處理，以防止生銹或腐蝕，然后根據(jù)ASTM B117（鹽霧試驗）測試其抗腐蝕性，這一過程可能導致保護涂層的破壞。

6）在較終測試和裝配的過程中，每個緊固件都會遭受一些或多或少的破壞，導致保護涂層可能會受損。在使用過程中可能出現(xiàn)過早的紅色（氧化鐵）銹蝕。

7）另一個常見的問題是浸漬旋涂。它提供了較好的防腐蝕保護，但當過多的電鍍填充小螺釘?shù)念^部時，可能會導致不能順利的鉆孔。

緊固件的幾何結構、材料、熱處理、表面處理和其他因素都會影響其從裝配到安裝產(chǎn)品的使用壽命期間的性能，因此，應始終將緊固件視為工程部件而不是簡單的標準件。

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