栓结钢结构--高强度螺栓断裂原因
本帖最后由 webyl 于 2012-7-9 14:18 编辑近些年来，随着公路钢结构桥梁，特别是栓接桥梁，钢桁梁、钢桁拱等大量兴起，加上公路养护相对落后，一些钢结构的养护不到位的弊病就慢慢呈现出来！其中高强度螺栓松动，断裂，脱落（国内的很多桥梁已经出现，或者面临出现）就是其一。
引起这些发生的真正原因有哪些？
一般人们分析螺栓断裂总是从强度上分析，强度一般肯定满足要求，就从疲劳强度上分析。实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。
螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度：
螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。
螺纹紧固件损坏的真正原因是松动：
螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。
受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。
受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。
选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在：
目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。
唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配合(不可思议)。
联接时使用两种不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧。
在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动。
不错，这个螺母现在投入生产了吧。 广告还是其他的，有没有用过的，不过还是张见识 很不错的帖子 {:4_90:} 哪里有生产，倒是可以用用 高强度螺栓常见的失效形式为松动脱落，掉头断裂脱扣等几种情况，分析原因，主要归纳为以下几个方面：
1、应力因素及疲劳： 通常紧固件受到剪切、拉伸、弯曲、压缩等等四种不同方式的应力，有时是一、两种应力组合，有时是几种应力都存在，当几种应力都施加在螺栓上，尤其是超负载的情况下，螺栓很容易产生断裂。长时间在各种负载条件下，由于各种应力交叉作用，产生了疲劳，疲劳损坏最常见的部位是在齿根园、螺纹、及螺杆与螺纹联结处，交叉应力产生了疲劳损坏，这种损坏要占到总失效的80%左右，要选用合适的材料，选用较大规格、增加强度来增强紧固件抗应力的能力。
2、腐蚀 腐蚀是螺栓断裂有一个主要原因，腐蚀有普通腐蚀、化学腐蚀、电解腐蚀和应力腐蚀等多种。值得一提的是电解腐蚀，这种腐蚀一般人不太了解，当不同材料组成连接副，在与工件紧固时，由于每种材料的电解电位不同，会产生电子流动，形成“微电池”，在湿润的环境下，电解腐蚀很严重。严重电解腐蚀的重要环境是潮湿，要采取防护措施，首先要尽量隔绝空气，保持包装物的干燥，防止腐蚀的产生。
3、氢脆 氢脆的产生对螺栓来说是致命的缺陷，一旦遇到外力，很容易发生断裂。氢脆的产生原因主要有两种，一种是内部的，由材料冶炼所产生的，这种情况很少发生。第二类是外部的，在酸洗、电镀时游离状态的氢原子产生后，会嵌入基体并扩散到内部，破坏原来的平衡状态，产生晶格畸变，在外力的作用下产生断裂。有效的解决方式是采用去氢退火。
4、设计及工艺 在设计中忽略了齿根园或是在滚丝时，牙尖尖锐；在螺丝热轧成型时产生褶皱、凹坑。这些尖角、凹槽的产生是产生裂纹的源泉，在设计制造中要重视这一问题，避免潜在裂纹的产生。 10.9级螺栓在调质的过程要遇到第二类回火脆性，要尽可能避免这类回火脆性的产生。
5、安装及连接 安装扭矩要在规定范围内，扭矩太小，造成预紧力过小，在振动或工作状态下锁紧力不足容易产生松动，但是扭矩过大甚至超过规定值，螺纹在超负载的条件下服役，当各种应力组合施加时，很容易产生拉丝、脱扣造成失效。因此要按规定的扭矩进行安装。尤其要了解各种材料、各种表面处理的扭矩系数，采用正确的扭矩值防止连接副失效。 安装联结副时表面的粗糙度及垂直度也会影响联结副的使用，表面粗糙安装时要克服摩擦损失一部分扭力，拧紧力相应减少。垂直度不好，拧紧时由点接触变成面接触的过程中，扭矩损失了一部分，同时拧紧时，螺栓头部横向应力增大，容易产生头部断裂。
6、材料及热处理 要根据强度要求不同选择不同的材料，强度越高，合金元素含量要相应增加，如果采用普通碳钢，没有Cr、Mo、V等元素，基体强度差，在多重应力作用下容易产生疲劳和断裂。 热处理也是很重要的因素，高强度螺栓调质过程中的回火，在高温回火区域，容易产生硫、磷等杂质元素，杂质元素在晶界上偏聚，产生脆性断裂，尤其是当硬度在HRC35度以上，脆性倾向更加严重。 总之高强度螺栓联结副的断裂涉及面广，要认真分析，尤其是要保留断裂的试样，保持其原始状态，了解材料、硬度、使用安装等一系列情况后才能做出正确的判断，针对性的采取相应措施，有效地防止失效或螺栓断裂。
看看防松原理图就清楚了 。
上图中，紧固螺母是右旋螺母，其受松退力冲击时往上退，松退方向是向左旋转。
锁紧螺母是左旋螺母，受两个螺母结合面摩擦力的作用，也应往左旋转，而其左旋方向是拧紧方向。
再发一张防松力学分析图
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