1. Mi az a kötőelem fáradtság hibája
A fáradtság meghibásodása teljesen különbözik a statikus húzótöréstől. Statikus törés akkor következik be, ha az egyszeri terhelés meghaladja az anyaghatárt. Fáradási hiba akkor fordul elő, ha a csavarok hosszú ideig ismétlődő ciklikus terhelésnek vannak kitéve. A feszültségkoncentrációs területeken apró repedések keletkeznek, folyamatosan nőnek, és a csavar hirtelen eltörik, amikor a fennmaradó keresztmetszet nem tudja elviselni a terhelést. Ez a fajta meghibásodás általában akkor jelentkezik, ha a berendezés egy ideig működött. A szakítószilárdsági vizsgálat a beérkező ellenőrzés során megfelel, de a tétel meghibásodása a telepítés után következik be. Ez gyakori oka a tengerentúli felügyelők és végfelhasználók panaszainak.
2. Magas kockázatú forgatókönyvek és törési helyek a fáradtság miatti kudarchoz
2.1 Tipikus alkalmazások
Szélturbina tornyok és lapátcsatlakozások, szalagos szállítószalagok, vibrációs adagolók, zúzók, szivattyúegységek és egyéb folyamatos ciklikus rezgéssel rendelkező berendezések. A csavarkötések folyamatosan váltakozó terhelést viselnek.
2.2 Gyakori repedéskezdeményezési pontok
Menetgyökér (az anya mellett elhelyezkedő első szálgyökér, a leggyakoribb repedésforrás)
Filé sugár a csavarfej és a szár között
Menetkifutás és tehermentesítő horony A menetgyökér geometriai bevágást képez, amely feszültségkoncentrációt hoz létre. A helyi feszültség itt sokkal nagyobb, mint a csavar törzse azonos terhelés mellett, így könnyen kifáradási repedések keletkeznek.
3. Legnagyobb vásárlási hiba: csak a szakítószilárdságot ellenőrizze, a fáradási szilárdság félreértése
Sok beszerző mérnök csak megerősíti a csavar minőségét és szakítószilárdságát, és feltételezi, hogy a minősített szakítószilárdságú csavarok illeszkednek a vibrációs alkalmazásokhoz. Ez a kritikus hiba. A szakítószilárdság a statikus teherbírást tükrözi. A kifáradási szilárdság határozza meg az ismétlődő ciklikus vibrációs terhelésekkel szembeni ellenállást . Az azonos szakítószilárdságú csavarok kifáradási élettartama nagyon eltérő lehet, a menethengerlési folyamattól, a gyökérsugártól, a hőkezeléstől és a felületi hibáktól függően. Még a 8.8-as és 10.9-es fokozatú, nagy szilárdságú csavarok is gyors kifáradási törést szenvednek folyamatos vibráció hatására, ha a menetgyökér éles, gördülő ráncokkal vagy széntelenítési hibákkal.
3.1 A fáradtság erősségének alapvető meghatározása
A kifáradási szilárdság (fáradási határ) az a maximális igénybevétel, amelyet egy anyag végtelen számú váltakozó terhelési cikluson keresztül képes ellenállni törés nélkül. Nem minden anyagnak van egyértelmű kifáradási határa. A szénacélnak és az ötvözött acélnak általában van kifáradási határa. Egyes rozsdamentes acél és magas hőmérsékletű ötvözetek esetében nincs határozott korlát. Az ipar általában definiál feltételes kifáradási szilárdságot : a feszültségértéket törés nélkül egy meghatározott ciklusszám, általában 10⁷ ciklus után. Ez az az érték, amelyet a legtöbb rögzítőelem-vizsgálati tanúsítványon talál. Röviden: szakítószilárdság = egy nagy statikus terhelésnek ellenáll; kifáradási szilárdság = több ezer vagy millió ismételt rezgési ciklusnak ellenáll.
3.2 A fáradtságra vonatkozó adatok olvasása az MTC-n és a tesztjelentéseken
Terhelési állapot és feszültségi arány R Az axiális feszültség kifáradási tesztje a kötőelemek standard része. Feszültségviszony R = minimális feszültség / maximális feszültség. Az R a munkakörülmények függvényében változik. R=0 terhelési ciklusokat jelent nullától a csúcsértékig; Az R>0 azt jelenti, hogy a csavar feszültség alatt marad, miközben a terhelés ingadozik. A szélturbina csavarjait gyakran R=0,1-nél tesztelik. A kifáradási szilárdság élesen változik a különböző R értékek mellett. Az R=0-nál tesztelt adatok nem használhatók fel közvetlenül R=0.1 üzemi feltételekre.
Ciklusszám Tipikus jelölés: 500 MPa @ 10⁷ ciklus. Ez azt jelenti, hogy a csavar 10 millió váltakozó terhelési ciklust túlélt törés nélkül ezen feszültségi arány mellett. Nem garantálja az azonnali törést, ha a feszültség meghaladja ezt az értéket, de a meghibásodás kockázata jelentősen megnő. Gyakori buktató: a vásárlók csak az MPa-számra koncentrálnak, és figyelmen kívül hagyják a ciklusszámot és a stresszarányt.
Próbaminta típusa
Sima rúdminta: csak az anyag kifáradási tulajdonságát mutatja. Ez az érték nem használható a kész csavarok fáradási szilárdságaként.
Befejezett rögzítőelem-teszt: teljes csavarok vizsgálata menettel és fejléccel. Ezek az ellenőrök és felügyelők által elfogadott érvényes adatok. A menet geometriája és a gyártási hibák jelentősen csökkentik a fáradási teljesítményt. Az anyagrúd adatok jól nézhetnek ki, míg a kész csavarok korán meghibásodnak.
Elfogadási kritériumok A szerkezeti csavarokra vonatkozó ISO, ASTM, EN és EN 14399 szabványok egyértelmű kifáradási követelményeket határoznak meg. A legtöbb specifikáció tételenként több mintát, idő előtti törést és ellenőrzött törési helyet igényel.
3.3 A fáradtság erejét befolyásoló kulcstényezők
Menetgyártás: a hengerelt menet jobban teljesít, mint a vágott menet. A hengerelt menetek előnyös nyomó-maradékfeszültséget hoznak létre a gyökérnél
Menetgyökér sugara: a nagyobb sugár csökkenti a feszültségkoncentrációt és javítja a fáradási szilárdságot; éles gyökér drámai fáradtságcsökkenéshez vezet
Hőkezelés: egységes temperált mikrostruktúra; a felületi dekarbonizáció nagymértékben csökkenti a fáradási teljesítményt
Felületi állapot: karcolások, karcolások, korróziós gödrök és hidrogén ridegség repedés keletkezési pontként működnek
Előfeszítés: a megfelelő előfeszítés csökkenti a váltakozó feszültség amplitúdóját; az elégtelen előfeszítés növeli a terhelés ingadozását és felgyorsítja a fáradási károsodást
4. Tényezők, amelyek felgyorsítják a fáradtság kudarcát
Elégtelen előfeszítés: Az előterhelési veszteség rezgés hatására az ízületek szétválását, nagyobb terhelésingadozást és gyorsabb repedésnövekedést okoz
Eltérés az összeszerelés során: Az extra hajlítási feszültség felerősíti a feszültségkoncentrációt
Korrózió: A gödrök repedési forrásként működnek; a vibrációval kombinált korrózió jelentősen csökkenti a kifáradási élettartamot
Menetgyártási hibák: Gördülő redők, kis gyökérsugár, felületi mikrorepedések
Lazítás: A vibráció folyamatos előfeszítésvesztéshez és növekvő váltakozó feszültséghez vezet
5. Kiválasztási és összeszerelési útmutató vibrációs alkalmazásokhoz
5.1 Rögzítőelem kiválasztása
Részesítse előnyben a hengerelt menetes csavarokat . A hengerelt szálak simább gyökérsugárral és alacsonyabb feszültségkoncentrációval rendelkeznek. Részesítse előnyben szállított termékeket a kész csavarfáradási vizsgálati jelentésekkel . Mindig ellenőrizze a feszültségarányt, a ciklusszámot és a minta típusát, ne csak a szakítószilárdságot. Erős vibrációjú körülmények esetén megfelelő lazulásgátló megoldást kell alkalmazni az előfeszítési veszteség csökkentése érdekében.
5.2 Összeszerelés vezérlése
Húzza meg egyenletesen a megadott nyomatékkal az előfeszítés szabályozása érdekében, elkerülje az alul- vagy túlhúzást
Gondoskodjon az igazításról, hogy elkerülje a csavarok további hajlítófeszültségét
A folyamatosan vibráló berendezések rendszeres meghúzási ellenőrzését ütemezze be
Alkalmazzon megfelelő bevonatot korrozív környezetben, hogy elkerülje a lyukasztás okozta fáradási repedéseket
6. GYIK
Q1: A szakítószilárdság minősített, miért törik el a csavar vibráció után? A1: A szakítószilárdság csak a statikus végső terhelést értékeli. A kifáradás a váltakozó terhelések halmozott károsodásából ered. A minősített szakítószilárdság nem garantálja a megfelelő kifáradásállóságot a vibrációhoz.
2. kérdés: Milyen pontokat kell ellenőriznem a fáradási szilárdság szempontjából a tesztjelentéseken? A2: Három fő elem: 1. Kész csavarokon tesztelték, nem sima rudakon. 2. Az R igénybevételi arány megfelel az Ön tényleges munkakörülményeinek. 3. Megfelelő ciklusszám. Ugyanaz az MPa érték különböző R értékekkel nem cserélhető fel.
Q3: Melyek a fáradási törésfelület jellemzői? A3: Általában egy sima repedés terjedési zónát és egy durva végső szakadási zónát láthat, amely különbözik az egyszeri húzótörés teljesen érdes felületétől.
Q4: A szabványos csavarok közvetlenül helyettesíthetik a szélturbina csavarjait? A4: Közvetlen csere nem javasolt. A szélturbina-alkalmazások szigorúbb ellenőrzést igényelnek a menetgyökér, a hőkezelés, az NDT és a fáradási teljesítmény tekintetében. A szabványos általános csavaroknak nincs elegendő kifáradási határa.
