紧固件断裂失效类型及原因分析

原标题：紧固件断裂失效类型及原因分析

前言

机器或钢结构件是由许多个零件和部件组成，这些零件和部件绝大部分是通过螺纹紧固件连接在一起的。一旦紧固失效将造成机器失灵，严重者甚至出现人员伤亡事故。

由于紧固失效的常见性和潜在的严重性，所以我们应认真仔细地分析并找出紧固失效的原因，采取纠正措施，以杜绝紧固失效的发生。

紧固失效有两种，一种是螺栓断裂，被紧固零件瞬间分离，这种失效往往会造成严重的后果；还有一种是螺纹副松动和螺栓或螺母滑牙，被紧固零件出现一定范围的相互位移，造成机器部分功能失常。

人们发现，及时采取措施可以避免事故的发生。如因未发现任其继续发展，螺栓和螺母终将分离，同样会引发重大安全事故。紧固失效后直观现象是螺栓断裂或螺母与螺栓分离，因此人们一般认为螺栓断裂是螺栓质量有问题，螺母松动是螺母质量不好。

大家往往忽略了设计和安装中的问题。小编就带领大家从设计和装配的角度进行螺栓断裂分析。

图3 图4

3 过载断裂

过载断裂是指螺栓所承受的轴向载荷大于螺栓强度所允许载荷时螺栓的断裂。因为螺栓螺纹部位应力面积小，应力较杆部大，所以过载断裂一般发生在螺纹部位。该种断裂可从断裂部位的外形初步判断。

8.8级螺栓可发现断裂部位有明显的缩颈现象；10.9级螺栓也可发现断裂部位有缩颈现象，但无8.8级螺栓明显；12.9级螺栓几乎没有缩颈现象。

但是8.8级～12.9级螺栓如果因用材不当或热处理不当，其淬火不透芯部硬度没有达标，断口也将出现缩颈，所以，判断是否过载断裂时应注意下列两点：

⑴ 对有缩颈现象的断口，应在断裂螺栓上取样，按GB/T3098.1要求检测和判断芯部硬度是否合格，如合格则可确定该螺栓断裂是过载断裂。

⑵ 12.9级螺栓只有对断口进行金相分析才可判断其是否过载断裂，因为螺纹部位的表面缺陷和材料缺陷也可造成螺纹部位的断裂。

过载断裂一般出现在受轴向载荷的螺栓连接中，主要有以下三个原因：

a、安装时紧固扭矩太大，预紧力超过了螺栓的强度。在安装时即可发现。

b、安装时紧固扭矩过大，预紧力接近螺栓的强度，因为机器运行时螺栓除受残余预紧力外还要承受工作载荷，两力之和如果大于螺栓的强度则就出现过载断裂。而残余预紧力与预紧力是有关联的，在工作载荷一定的条件下，预紧力越大残余预紧力也越大。

c、设计时选用的螺栓螺纹公称直径不合适。

4 安装不当造成的螺栓断裂

偏载造成的螺栓断裂图5是在安装时发生的断裂钢轨用断裂的高强度接头螺栓样件。从图6～图8螺栓头部实物照片上可以看出螺栓支撑面上有月牙形受力承载痕迹，其面积只有支撑面的1/4～1/3，示意图见图9。螺栓在靠近断口的杆部开始向头部承载痕迹反向方向弯曲（见图10）。

将对应的样件头、杆按断缝对接，螺栓杆部弯曲方向（见图11）。根据样件断口形状、头部支撑面承载痕迹及螺栓的弯曲方向可以断定，螺栓断裂是因为严重偏载造成的折断，偏载是由于被紧固连接板上与螺栓接触的平面处于斜置状态而造成。

图5 图6 图7

图8 图9 图10

螺栓偏载有两种原因：

第一种是被紧固零件上与螺栓头部支撑面接触的接触面处于斜置状态造成偏载（见图12）。

第二种是螺栓自身的杆部弯曲（直线度）严重超标而造成偏载。

这两种偏载在支撑面实际承载部位与螺栓断口附近的杆部弯曲方向的相互方位是不一样的。本案例是第一种原因。如是第二种原因，则其实际承载部位就应为图12中的B侧，而不是A侧。

图11 图12

5 总 结

紧固件失效并不一定是紧固件本身的质量问题，一旦紧固件出现断裂和脱扣后，应按下述过程处理：返回搜狐，查看更多

责任编辑：