《小小螺钉 功不可没》之螺纹联接 第四节 螺纹联接失效分析2

根据第三节讲述，螺纹紧固件失效模式分为以下三种：1）因载荷过大造成的螺纹连接失效2）因材料蠕变造成的螺纹连接失效3）松动引起的螺纹连接失效。并着重对第一种失效分析进行了说明，今天我们聊一下第二种失效模式。

1、在论述第二种失效模式之前，我们先总结一下失效模式分析的流程：失效分析有复杂和简单之分。其中，简单的失效可以在失效现场就能够确定失效的原因并予以解决方式。但对于一些复杂的失效形式必须组织专业的科技人员，动用一些专用的科技设备及检测仪器才能够予以分析解决，这是比较复杂的过程。后者通常也是通常失效分析工作的主要对象，其分析思路如下图1所示。

图1 失效分析流程

2、所谓材料的蠕变指材料在保持应力和温度不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。由于大部分装配车间都是在室温条件下装配的，而装配体的运行条件存在不定性，因此，运行过程中材料的蠕变会导致高温下的螺栓紧固轴向力下降，在被连接件之间产生的摩擦力难以克服外载荷的作用，进而造成螺纹紧固件连接失效。

下图2表示利用转交法施加扭矩（施加扭矩的一种方法之一，后续章节中会着重对吴忠不同的扭矩设定方法进行讲解），一般联接分为硬链接和软连接，其区别主要在于被连接件材料和其硬度。从图中可以看出，对于硬链接旋转很小的角度就能达到目标扭矩值；而对于软连接，则由于再施加扭矩过程中材料会发生一部分变形，进而需要旋转很大角度才能到达目标扭矩值。

图2 硬链接和软连接

下图3是对螺纹联接的微观展现，也是对材料蠕变的一个微观解释。螺纹联接包括三个面的接触：（1）螺钉端面与被连接件之间；（2）两个被连接件之间；（3）螺纹面之前。虽然在加工螺钉和被连接件表面都有一定的平面度要求，但没有绝对的平面，微观放大后其实是一个凹凸不平的面。往往在刚刚进行扭矩设定时，是两个面的凸点进行接触，而随着时间的推移以及外界载荷的波动，凸点会被压溃，进而造成被连接件之间的预紧力衰减，最终产生联接失效。

图3 螺纹联接微观示意图

通过上述分析，建议在实际装配过程中必须对高温环境下工作的螺栓连接进行相应的补偿措施，方法有在原有的基础上提高扭矩（加大紧固轴向力）、在装配体实际工作过程中，对相应的螺栓进行再拧紧，补偿因材料蠕变而引起的轴向力衰减。

来源：机械科技风