Perché i bulloni-ad alta resistenza si rompono?

Inconsciamente pensiamo che maggiore è la resistenza di un bullone, minore è la probabilità che si rompa. Tuttavia, non è così-al contrario,bulloni-ad alta resistenzasi rompono più frequentemente dei normali bulloni e c'è una logica fondamentale dietro questo fenomeno.

Innanzitutto occorre chiarire un principio fondamentale: maggiore è la resistenza di un bullone, maggiore è la sua durezza (sono correlati positivamente); mentre maggiore è la durezza, minore è la tenacità (sono correlati negativamente). Ciò significa che i bulloni ad alta-resistenza hanno un basso allungamento. Se lo stress supera il limite, subiranno direttamente una frattura fragile, invece di deformarsi in modo significativo come i normali bulloni prima di cedere. Ancora più importante, i bulloni ad alta-resistenza sono intrinsecamente utilizzati in scenari di carico elevato-e sono progettati per corrispondere al loro intervallo di proprietà meccaniche. Se lo stress effettivo supera il limite a causa di un funzionamento improprio o di condizioni di lavoro anomale, è probabile che si verifichi una frattura. Per gli ambienti a basso-carico, è possibile utilizzare bulloni normali per controllare i costi, quindi non sono necessari-bulloni ad alta resistenza-che è il motivo principale per cui i bulloni ad alta-resistenza si rompono più spesso.

Le cause specifiche della frattura dei bulloni ad alta-resistenza includono principalmente le seguenti categorie:

1. Frattura da sovraccarico dell'assemblaggio

Lo scopo principale del fissaggio di bulloni ad alta- resistenza è quello di rendere il bullone resistente alla trazione stringendo il dado per generare il precarico specificato (forza di bloccaggio), anziché "ruotare e premere la filettatura all'estremità della coda del bullone". La sua coppia di serraggio ha parametri standard chiari, solitamente controllati a circa il 75% del carico di snervamento del materiale del bullone-questa coppia può far sì che il bullone produca una leggera deformazione elastica e la tensione inversa generata dalla deformazione costituisce il precarico. Se la coppia di serraggio supera l'intervallo standard, il bullone sopporterà un carico di trazione eccessivo, causando direttamente una frattura da sovraccarico.

Il controllo della coppia di serraggio richiede tre condizioni: progettazione ragionevole del processo di installazione in loco-, strumenti di installazione precisi (come chiavi dinamometriche, moltiplicatori di coppia) e operatori che hanno ricevuto una formazione formale prima di entrare in servizio (devono essere in grado di leggere e impostare con precisione i parametri dello strumento). Va notato che le chiavi dinamometriche con diversi livelli di precisione hanno tolleranze diverse, solitamente ±4%10% (non 20%). Solo quando condizioni come l'alimentazione e la pressione dell'aria sono stabili e lo strumento rientra nel periodo di validità della calibrazione, la tolleranza non causerà rischi di frattura; se la tolleranza supera l'intervallo, è probabile che si verifichi una coppia non corretta.

2. Frattura causata dalle fluttuazioni del coefficiente di attrito

Quando ilbullone e dadoi fili si innestano, il coefficiente di attrito influenzerà il precarico effettivo-anche se viene impostata la stessa coppia, le fluttuazioni nel coefficiente di attrito causeranno una dispersione del precarico. Se il coefficiente di attrito non viene considerato completamente e si fa affidamento solo sui parametri di coppia, è probabile che si verifichi un precarico o un sovraccarico insufficiente: quando il coefficiente di attrito è troppo grande, il precarico è troppo piccolo a parità di coppia (il che può portare all'allentamento); quando il coefficiente di attrito è troppo piccolo, il precarico è troppo grande a parità di coppia (il che può causare fratture).

Negli scenari industriali, una causa comune di riduzione del coefficiente di attrito è la lubrificazione non autorizzata: alcune fabbriche applicano talco, normale olio lubrificante, ecc. alle filettature dei bulloni per un comodo assemblaggio. Anche se questo può ridurre l'attrito e facilitare l'avvitamento, ridurrà significativamente il coefficiente di attrito, con il risultato che il precarico supererà di gran lunga lo standard con la stessa coppia, e alla fine porterà alla frattura. L'approccio corretto consiste nell'utilizzare composti antigrippaggio specializzati (che devono corrispondere al materiale del bullone) anziché mezzi lubrificanti casuali.

3. Frattura da fatica

La frattura per fatica è la modalità di cedimento più nascosta dei bulloni ad alta resistenza-non vi sono segni evidenti prima della frattura e può verificarsi improvvisamente in condizioni statiche o di lavoro. Inoltre, la posizione della frattura è concentrata principalmente nelle aree di concentrazione delle tensioni, come il raccordo di transizione tra la testa e il gambo e la radice della filettatura.

La causa principale di questo tipo di frattura è "l'utilizzo oltre il limite di fatica": sebbene i bulloni ad alta-resistenza abbiano un elevato valore aggiunto, alcune aziende li riutilizzeranno all'infinito per risparmiare sui costi. Quando il numero di utilizzi o il carico alternato sopportato supera il limite di fatica, all'interno del bullone si formeranno gradualmente delle microfessure, che alla fine porteranno alla frattura per fatica. Pertanto, è assolutamente necessario condurre ispezioni regolari e complete dei bulloni ad alta resistenza (come l'ispezione con particelle magnetiche e i test a ultrasuoni), non "raramente necessarie".

4. Frattura dovuta a serraggio insufficiente

Sembra che i bulloni "non completamente serrati" non resistano allo stress, ma in realtà le fratture possono essere causate dal gioco generato dall'allentamento. Ad esempio: quando due aste di perforazione sono collegate con bulloni ad alta resistenza-per eseguire la perforazione verso il basso sul terreno, se i bulloni non sono completamente serrati, si creerà un ampio gioco. Quando l'elevata coppia di perforazione viene trasmessa attraverso i tubi di perforazione, il gioco farà sì che i bulloni sopportino una forza di taglio aggiuntiva e una forza di impatto alternata-queste forze superano di gran lunga il campo di supporto progettato del bulloni, portando infine alla frattura. In sostanza, un bullone non sufficientemente serrato cambierà da un "elemento di tensione" a un "elemento di taglio e impatto", fallendo perché supera il suo tipo di carico-portante.

5. Frattura causata da problemi di qualità

Materiali scadenti o processi di trattamento termico sono problemi di qualità acquisita e cause dirette di frattura:

Materiali scadenti: utilizzo di qualità di acciaio che non soddisfano i requisiti (come la sostituzione di acciaio strutturale legato con acciaio al carbonio ordinario) o materiali che presentano difetti intrinseci come impurità e crepe;

Processi di trattamento termico inferiori agli standard: deviazioni in parametri quali temperatura e tempo di rinvenimento si tradurranno in proprietà meccaniche non qualificate dei bulloni (come elevata durezza ma tenacità estremamente scarsa).

Tali problemi possono essere completamente risolti controllando rigorosamente l'approvvigionamento dei materiali (verifica dei certificati dei materiali), i processi di produzione (monitoraggio dei processi di trattamento termico) e le ispezioni di fabbrica (test delle proprietà meccaniche).