高強度緊固件失效實例分析

PAGEPAGE9高強度緊固件失效實例分析ⅰ疲勞斷裂的實例一．疲勞斷裂的特征1．疲勞與斷裂的概念：疲勞是機械零件常見的失效形式，據(jù)統(tǒng)計資料分析，在不同類型的零件失效中，有50%—80%是屬于疲勞失效。疲勞斷裂在破壞前，零件往往不會產生明顯的變形和預先的征兆，但破壞卻往往是致命的，會釀成重大事故。疲勞損壞產生及發(fā)展有其特點，最終形成為疲勞斷裂。疲勞問題的探索，最早是在1839年，法國人彭賽列提出材料和結構件的疲勞概念，德國人A·沃勒在1855年研究了代表疲勞性能的應力應變與震動次數(shù)的理論（S—N曲線），并且提出了疲勞極限的概念，因此，沃勒被稱為材料疲勞理論的奠基人。疲勞與斷裂的力學理論經過一百多年的發(fā)展，各行業(yè)具體疲勞斷裂事例不斷涌現(xiàn)，經過科學家及工程師不間斷地研究和探索，目前，疲勞斷裂科學理論不斷地充實和發(fā)展，從而在本質上了解了疲勞破壞的機理。疲勞概念的論述：金屬材料在應力或應變的反復作用下發(fā)生的性能變化稱為疲勞；疲勞斷裂：材料承受交變循環(huán)應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發(fā)展，使材料的力學性能下降，最終導致產品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂。也可簡稱為金屬的疲勞。引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發(fā)生，往往具有突發(fā)性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。2．疲勞的分類：（1）高周疲勞與低周疲勞如果作用在零件或構件的應力水平較低，破壞的循環(huán)次數(shù)高于的疲勞，稱為高周疲勞，彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環(huán)次數(shù)較低，一般低于的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞。（2）應力和應變來分：應變疲勞——高應力，循環(huán)次數(shù)較低，稱為低周疲勞；應力疲勞——低應力，循環(huán)次數(shù)較高，稱為高周疲勞。復合疲勞，但在實際中，往往很難區(qū)分應力與應變類型，一般情況下二種類型兼而有之，這樣稱為復合疲勞。（3）按照載荷類型這前三種疲勞，往往二種或二種以上交錯進行或出現(xiàn)。前三種類型一般在機械運動中經常出現(xiàn)，是疲勞損壞的主要形式。這前三種疲勞，往往二種或二種以上交錯進行或出現(xiàn)。前三種類型一般在機械運動中經常出現(xiàn)，是疲勞損壞的主要形式。扭轉疲勞拉拉疲勞與拉壓疲勞接觸疲勞振動疲勞隨著斷裂力學的不斷發(fā)展，行業(yè)內廣大的技術人員逐漸認識疲勞裂紋的產生及其發(fā)展的規(guī)律，為控制和減少疲勞引起損害奠定了基礎。3．疲勞斷裂的特征：宏觀：裂紋源—→擴展區(qū)—→瞬斷區(qū)。裂紋源：表面有凹槽、缺陷，或者應力集中的區(qū)域是產生裂紋源的前提條件。疲勞擴展區(qū)：斷面較平坦，疲勞擴展與應力方向相垂直，產生明顯疲勞弧線，又稱為海灘紋或貝紋線。瞬斷區(qū)：是疲勞裂紋迅速擴展到瞬間斷裂的區(qū)域，斷口有金屬滑移痕跡，有些產品瞬斷區(qū)有放射性條紋并具有剪切唇區(qū)。微觀：疲勞斷裂典型的特征是出現(xiàn)疲勞輝紋。一些微觀試樣中還會出現(xiàn)解理與準解理現(xiàn)象（晶體學上的名稱，在微觀顯象上出現(xiàn)的小平面），以及韌窩等微觀區(qū)域特征。4．疲勞斷裂的特征：（1）斷裂時沒有明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預兆，往往是突然性的產生，使機械零件產生的破壞或斷裂的現(xiàn)象，危害十分嚴重。（2）引起疲勞斷裂的應力很低，往往低于靜載時屈服強度的應力負荷。（3）疲勞破壞后，一般能夠在斷口處能清楚地顯示出裂紋的發(fā)生、擴展和最后斷裂的三個區(qū)域的組成部分。二．疲勞斷裂實例分析：實例．在遼寧某海邊風場發(fā)現(xiàn)一根雙頭螺柱斷裂。服役狀況：雙頭螺柱規(guī)格：M30×2×475；頭標號：1L200444；生產日期：2007年10月；安裝日期：2008年6月。在2010年6月，風機進行檢修并重新安裝，于2011年1月初發(fā)現(xiàn)有一個雙頭螺栓斷裂。由于螺桿斷裂產生有一段時間（幾天），發(fā)現(xiàn)后再取下螺柱，宏觀斷口形態(tài)出現(xiàn)部分損壞和生銹情況，但從斷口處依然可見疲勞引起斷裂的一些信息。（見圖一）圖一．雙頭螺柱斷口斷口形狀宏觀現(xiàn)象：斷口的下方左右二側有凹凸不規(guī)則狀形態(tài)出現(xiàn)，左側有弧線凸狀缺口；右側的沿表面有鋸齒狀多個微小缺口存在；最下端弧面形成鋒利的刀口狀態(tài)。在廣大的中間區(qū)（擴展區(qū)），許多條貝紋狀線條清晰可見。在初始區(qū)與廣大的貝紋區(qū)的斷面出現(xiàn)銹跡。在瞬時斷裂區(qū)有明顯的剪切唇口，而且剪切唇區(qū)的組織細膩；并且這個區(qū)域的斷面光滑明亮，沒有出現(xiàn)銹跡（說明瞬斷時間不長）。在斷裂螺栓的下方區(qū)域，螺桿光滑明亮，磨擦痕跡十分明顯，是經過反復摩擦而形成的光滑的弧面。（見圖一、圖二）斷口處的桿徑尺寸變化不明顯。（見圖二）圖二．斷裂的雙頭螺栓宏觀現(xiàn)象分析：裂紋源產生在下側，下邊光滑切口及左右鋸齒形、弧形缺口，是產生裂紋的源頭。斷裂試樣斷口中，裂紋的擴展區(qū)域，貝紋線清晰，下段（初期）貝紋線間隙距離比較小，在切向應力反復作用下緩慢擴展，上段區(qū)域貝紋線間距擴大，反映裂紋擴展速度在加快（見圖一）。在瞬時斷裂區(qū)域（見圖一），形成光滑明亮的剪切唇區(qū)，剪切唇寬大明顯，顯示出延性斷口的特征，說明螺栓的強韌性配合比較好。側向光滑，螺柱的側面經過反復的側向應力，不斷來回擺動，和孔壁反復地摩擦，形成光滑弧面。宏觀分析結論：從斷口來看，是比較典型的由彎曲產生的疲勞斷裂，并且從瞬斷區(qū)，顯示出延性斷口的性狀。微觀分析為了進一步查明疲勞斷裂的原因，又進一步做了微觀分析，經過電子顯微鏡的觀察，了解了產品不同視野的內部組織的狀況（見圖三、圖四、圖五、圖六）。圖三．疲勞輝紋+韌窩圖四．疲勞輝紋圖五．疲勞輝紋+韌窩+準解理圖六．韌窩以上電鏡圖片由機械工業(yè)緊固件產品質量檢測中心（上海）提供，報告編號：JWT110165。微觀斷口失效分析：從掃描電鏡進行觀察，斷口的裂紋擴展區(qū)有明顯的疲勞輝紋，這是疲勞斷裂的微觀形態(tài)主要的特征，與宏觀的貝紋線遙相呼應。圖三、圖四、圖五的三個電鏡照片中的白色線條清晰可見疲勞輝紋。從掃描電鏡圖三、圖六中的二張照片中，明顯地可見多處韌窩的存在；這是掃描電鏡照片中，反映產品強度與韌性配合比較恰當?shù)奈⒂^顯像，與宏觀照片中的瞬時斷裂區(qū)有較大的剪切唇區(qū)相互對應，說明雙頭螺栓的強度與塑性配合比較理想。電鏡圖片沒有出現(xiàn)解理圖象，只有圖五中，在部分區(qū)域才呈現(xiàn)準解理現(xiàn)象；而且準解理與韌窩，在同一圖片中同時交錯出現(xiàn)。也表明了緊固件的脆性現(xiàn)象不明顯，強度與韌性配合比較良好。3．實驗分析結論：螺桿表面有車刀切削痕跡，粗糙度比較大，在反復承受切向彎曲應力后，雙頭螺栓一側車削痕跡，經過摩擦，磨成光滑弧面；反映出雙頭螺栓經受了反復的彎曲、碰撞、摩擦，在地接經受來回擺動的過程中，長期的高頻次的彎曲疲勞，在表面比較粗糙的地方，首先打破缺口，形成了裂紋源，然后隨反復彎曲形成切向應力，裂紋逐步擴展，直至疲勞斷裂。從以上宏觀顯像圖片與微觀分析遙相呼應，可以得出結論：,雙頭螺栓在反復承彎曲中產生疲勞；在彎曲疲勞產生累積效應，至直突發(fā)疲勞斷裂(見圖一的下方)。三．分析彎曲疲勞斷裂產生的原因：疲勞的產生,擴展到斷裂,原因多種多樣，有設計、材料、制造、熱處理、安裝等各種原因，為了查明具體的原因，我們將有關檢測與現(xiàn)場情況進行分析：１．經過斷裂螺栓的硬度分析檢測：硬度為HRC35，符合國家10.9級螺栓的要求。（上海緊固件研究所測量）這批1L200444的雙頭螺栓，在完成制造后，于2007年11月26日經過SGS公司檢測，抗拉強度，屈服強度全部在10.9級中間值的范圍；延伸率，斷面收縮率不但全部達到性能要求，而且數(shù)值均比較理想，五個樣品數(shù)值的離散度比較??；各項指標數(shù)值，顯示出強度與韌性指標配合得比較恰當、比較理想，產品性能達到技術標準。（見下表一）表一．雙頭螺栓機械性能檢測報告3．各項檢測數(shù)值的綜合分析：（1）SGS公司：檢測報告中檢測中抗拉強度、屈服強度全部達到10.9級螺栓的技術要求；（2）上海緊固件研究所：檢測斷裂螺栓的硬度為HRC35，是10.9級螺栓技術要求的中間數(shù)值，與強度數(shù)值匹配；（3）檢測與顯像：延伸率，斷面收縮率數(shù)值均比較理想，與宏觀的瞬時斷裂區(qū)寬大的剪切唇、微觀區(qū)域的韌窩互相呼應；說明產品的強韌性配合得比較理想；各項檢測的數(shù)值與斷裂的宏觀圖像相吻合。綜合分析結論：以上數(shù)據(jù)說明，無論是出貨產品檢驗，還是斷裂后的產品檢驗，雙頭螺栓制造質量沒有問題；雙頭螺栓的是屬于彎曲疲勞斷裂。4．安裝實地考察及拍攝斷裂場景：為了更清楚了解雙頭螺栓斷裂現(xiàn)狀，我們先后二次，從風機安裝現(xiàn)場進行考察與實地調研、了解；對雙頭螺栓使用（初次安裝時間及檢修）、安裝（方向、位置）、斷裂（斷口實際狀況及具體部位）廣泛地進行觀察。在風機現(xiàn)場，三十多臺1.5兆瓦的風能發(fā)電機運轉了三年多中，只出現(xiàn)一根雙頭螺柱產生斷裂的狀況。斷裂現(xiàn)象是屬于個例；斷裂螺柱的一側無間隙，緊緊地貼在齒輪孔的一端；另一側卻有較大的縫隙，這是由于安裝時沒有準確的定位，形成螺柱偏離中心位置。雙頭螺柱會隨風產生彎曲及來回擺動，產生了隱患。（見圖七）?？障犊障稛o間隙（摩擦）圖七．雙頭螺柱斷裂現(xiàn)狀為了更好地反映斷裂的狀況，我們從齒輪反面，又拍攝了斷裂螺栓的狀況。在緊貼齒輪孔的一側，雙頭螺柱與齒輪孔,卡得十分緊密，產生了螺栓的一側緊貼齒輪孔現(xiàn)象，沒有任何縫隙；而另一端同樣產生了較大的間隙（見圖八）。在無縫隙的一側，我們用螺絲批，小刀都無法插入，這說明切向應力是非常巨大。這樣，給拆卸帶來極大的難度，拆卸工作耗費了極其大的精力。在巨大的垂直于軸向應力作用下，在風機不停的運轉過程中，雙頭螺柱緊貼齒輪孔弧面的一側，經受了對齒孔壁的來回反復地彎曲撞擊，經過較長時期撞擊和摩擦，螺柱的一側顯得光滑明亮，磨擦痕跡十分明顯，完全消除了車削加工痕跡；光滑的側面，類似磨床加工形成的鏡面（見圖一）。風力發(fā)電機以每分鐘17轉速度旋轉，每天15小時計算，一天轉動1.53萬周。半年期間運轉達到2.8×106周，而且應力幅很小，在4mm間來回的擺動，應力水平相對較低；彎曲疲勞的循環(huán)次數(shù)遠高于（按照半年計算，來回的擺動2.8×106周,；按照三年半計算，來回的擺動2.0×107周，）；這根雙頭螺柱的斷裂，是長期來承受側向應力，彎曲疲勞形成的；符合低應力、高循環(huán)次數(shù)的高周疲勞規(guī)律。是彎曲疲勞產生斷裂的典型例子。無間隙無間隙縫隙圖八．雙頭螺栓斷裂照（反面拍攝）5.綜合分析判斷頭標為1L200444的雙頭螺栓于2007年10月生產，2007年11月經過SGS的檢測，各項指標均達到標準要求，而且數(shù)值配合比較理想，（見上表一）；風電場于2008年六月進行安裝并且發(fā)電；經過二年運行，運轉的情況正常；在2010年7月進行檢修，并重新進行安裝，在安裝中，由于位置偏離，使雙頭螺柱一側緊靠齒輪孔的一側，又經過半年運轉，螺栓承受反復的很大的切向應力，產生彎曲疲勞，在不斷地反復彎曲的過程中，產生疲勞累積效應，于2011年一月初發(fā)現(xiàn)了一個雙頭螺栓產生斷裂。這個案例是比較典型的由彎曲疲勞累積引起的雙頭螺栓斷裂，是個案。分析結論：雙頭螺栓的斷裂屬于彎曲疲勞產生的斷裂。斷裂的產生是由于安裝不當，形成螺栓一端緊貼齒孔，單向側面受到切應力，在反復運轉中，產生彎曲疲勞斷裂。ⅱ.安裝扭矩（預緊力）選擇不正確引起的失效失效中很大的一部分原因是安裝使用中對安裝扭矩、預緊力及扭矩系數(shù)了解不明所造成的。其中安裝扭矩是一個尤其重要課題，值得大家共同分析討論。扭矩系數(shù)、預緊力對安裝使用的影響1、扭矩系數(shù)的機理扭矩、預緊力及扭矩系數(shù)三者之間的關系：T=K·F·d其中；T－扭矩（N·m）K－扭矩系數(shù)（也稱摩擦系數(shù)）F－緊固力（也稱軸力、預緊力KN）d－螺紋的公稱直徑mm圖一·安裝時的扭矩、預緊力與扭矩系數(shù)的關系安裝時，許多使用單位對扭矩值必須重視，這直接影響安裝時的施工扭矩。為什么同樣的扭矩值，一批產品能達到預期的鎖緊效果，而另一批產生鎖緊效果不理想？首先我們要了解扭矩、預緊力、扭矩系數(shù)三者存在的關系。從圖一中可以看出，如果螺栓極限強度一定，扭矩數(shù)值確定，扭矩系數(shù)越小，則產生的緊固力越大；但是如果扭矩系數(shù)越大，則產生的緊固力越?。ㄒ妶D一）。當扭矩系數(shù)小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下緊固力超過了螺栓的強度極限，高強度螺栓就會產生斷頭的現(xiàn)象；反之，扭矩系數(shù)過大，則產生的緊固力就會過小，螺栓連接副就達不到鎖緊的功能，連接副就會產生松動。因此，要使緊固力在一個標準的范圍內，則產品的扭矩系數(shù)就要限定在一個規(guī)定的范圍內，目前國家緊固件標準GB/T1231-2000對鋼結構用高強度螺栓連接副作了規(guī)定，扭矩系數(shù)K=0.11~0.15,標準偏差小于等于0.010。鋼結構工程施工規(guī)范也作了同樣的規(guī)定。2.預緊力的重要性及數(shù)值的選擇：在安裝時要有效地控制安裝扭矩和緊固軸力（預緊力），一般均在彈性區(qū)內取比較穩(wěn)妥的數(shù)值進行安裝，選擇最小拉力負荷值取的數(shù)值，選擇的數(shù)值必須要合適。見圖二。圖二．緊固扭矩與預緊力的關系圖預緊力的大小直接影響到緊固件聯(lián)接的可靠性、緊密性、疲勞強度、防松性能；在承受載荷后，預緊力的數(shù)值直接影響到被聯(lián)接件間產生縫隙或發(fā)生相對滑移的可能性。預緊力的選擇直接關系到聯(lián)接的可靠性。預緊力選擇在一定的范圍內，見上圖二。一般是在彈性區(qū)域內在彈性區(qū)內選取比較穩(wěn)妥的、合適的數(shù)值進行安裝，工程安裝一般取最小拉力負荷值的0.6～0.75倍，比較合適。預緊力比較小，聯(lián)接的可靠性比較差；適當?shù)卦黾宇A緊力對提高緊固的可靠性和能夠避免上述因素產生，對連接是有益的，但是數(shù)值的選擇必須掌握在彈性區(qū)范圍內，這樣到連接比較安全可靠。根據(jù)《機械設計手冊》為了充分發(fā)揮出螺栓的工作能力和保證預緊的可靠性，通常應使螺栓擰緊后的預緊應力為：σ預緊應力=（0.5~0.7）σp0.2預緊力偏小，會使聯(lián)接松懈，甚至失效；過大的預緊力卻會使螺栓在裝配擰緊過程中因應力過大（過載）而發(fā)生拉長或斷裂，所以在設計時既要有較高的預緊力而又要在安全服役工作范圍內，使之在擰緊過程和承受工作載荷過程中不發(fā)生過載現(xiàn)象。從T=K·F·d公式中，d是緊固件的規(guī)格是常數(shù)；K扭矩系數(shù)，由生產制造公司提供，如果扭矩系數(shù)不準確，也會影響扭矩的數(shù)值，扭矩系數(shù)必須正確；F：是緊固軸力，也稱預緊力，預緊力的選擇必須確當，它直接影響到安裝扭矩的數(shù)值。下面二個案例，分別為扭矩（預緊力）過載和扭矩（預緊力）不足而引起的緊固件連接失效。二．失效實例分析：例二：扭力過大引起的失效預緊力：螺栓在裝配擰緊時,使擰緊的螺紋組合件預先受到一個力的作用，這個力即為預緊力。2010年10月底,我們到內蒙古固陽風電場現(xiàn)場察看，在有三十多臺風機的風能發(fā)電廠，其中有一臺風機，有一根雙頭螺栓發(fā)生斷裂現(xiàn)象，在現(xiàn)場看到斷裂的螺栓（見圖三、圖四）。斷裂的螺栓的實際狀況：規(guī)格：M30×3.5×2×446-10.9雙頭螺栓；材料：42CrMo（B7）生產日期：2010年5月生產宏觀斷口分析：根據(jù)圖三及圖四斷口的形態(tài)，可以透過表象，分析出一些信息：、圖三斷裂螺栓的斷口圖四斷裂螺栓的側面1．螺栓斷裂的部位是在M30雙頭螺栓的粗牙螺紋的一端處斷裂，這個部位是螺栓最薄弱的環(huán)節(jié)；（粗牙應力面積561mm2、細牙應力面積621mm2、桿部Φ27.16應力面積579mm2）斷裂應該產生的部位。2．斷口有些生銹，但是還可以清楚地看出組織的情況，組織結構比較細微，沒有出現(xiàn)粗大組織的狀況；3．斷裂面的右側出現(xiàn)放射樣的條線，左面是不規(guī)則的人字形狀的痕跡，同時其中還夾雜放射樣的線條；4．斷裂螺栓的側面出現(xiàn)明顯地縮徑現(xiàn)象，說明強度指標與塑性指標配合得比較理想。（見圖四）。從上面斷裂螺栓照片的宏觀分析來看，沒有疲勞條紋的出現(xiàn)，不是疲勞斷裂。螺栓像是拉力試驗斷裂的斷口現(xiàn)象。是42CrMo材料比較典型的、達標機械強度的斷口形狀，斷面線條及痕跡反映出斷口有良好的強度（圖三）和與之相配合塑性變形的狀態(tài)（圖四），是拉力試驗達到技術性能要求的正常情況下斷裂形態(tài)；正面和側面照片，都顯示出了斷裂螺栓有良好的機械性能。初步判斷，斷裂螺栓的特征，符合機械性能測試合格的標準要求。公司產品出貨檢測狀況：表五．A機械性能測試報告表五．B產品的低溫沖擊試驗頭標為3RC04520，規(guī)格為M30×3.5×2×446雙頭螺栓，于2010年5月份生產，在5月20日對產品進行了各項性能檢測。（見表五）公司的疲勞檢測報告與宏觀分析情況相吻合，在產品出庫前檢測數(shù)據(jù)完全符合10.9級螺栓的機械性能要求，而且各項數(shù)值的配合比較理想。第三方檢測情況：為了進一步論證宏觀分析的準確性，經過分析，我們認為斷裂雙頭螺栓斷裂發(fā)生在最薄弱的環(huán)節(jié)——粗牙螺紋處，對雙頭螺栓其他部位和整體的性能影響不大，可以從斷裂雙頭螺栓實體，進一步取樣做機械性能試驗，這樣產品性能真實性很強，試驗后的數(shù)值更具有說服力；透過試驗可以更加明確地發(fā)現(xiàn)和證實雙頭螺栓斷裂的問題所在。圖六．機械工業(yè)部檢測中心的報告我們從風機現(xiàn)場，請風機使用單位將斷裂雙頭螺栓直接送給北京機械部質量監(jiān)督檢測中心。檢測中心檢測了常規(guī)機械性能的項目。（見圖六）檢測結果顯示：斷裂螺栓的機械性能四項指標與維氏硬度數(shù)值，完全達到10.9級螺栓的要求，與我們公司檢測的性能數(shù)值基本一致。從試驗數(shù)值說明雙頭螺栓的機械性能四項指標達到了10.9級螺栓的性能指標，是使用方安裝不當所引起的，完全存在超過規(guī)定的扭矩數(shù)值，是緊固的預緊力超過最小的拉力負荷所造成的。四．分析及結論：根據(jù)上述的狀態(tài)和各項檢測情況的分析，我認為雙頭螺栓的斷裂是超過負荷狀態(tài)下所造成的，高強度緊固件產品的質量沒有問題。分析判斷后，我認為可能是由于安裝不當所造成的。在現(xiàn)場我也提請他們仔細回憶安裝的整個過程，請他們繼續(xù)尋找每個細節(jié)，分析可能出現(xiàn)的問題：根據(jù)反映,技術規(guī)范上要求安裝扭矩在1200N.M，但是實際值是多少？按照GB∕T19568-2004文件的推薦的各項數(shù)值，不會產生類似的斷裂問題?，F(xiàn)場的扭矩系數(shù)值是多？扭矩系數(shù)數(shù)值是否與實際相符合？根據(jù)了解，有幾家公司提供高強度緊固件，每家公司的制造工藝、尺寸有偏差，如果沒有按照不同的參數(shù)操作，很容易產生偏差導致螺栓斷裂。標準偏差是關鍵數(shù)值；如果標準偏差偏離了要求，會造成個別雙頭螺栓的預緊力超差，甚至會超過Rp0.2，造成螺栓失效；從上面的檢測結果的數(shù)據(jù)來判斷，扭力不但超過了Rp0.2，甚至超過Rm，造成了雙頭螺栓斷裂。斷口面有放射樣線、人字狀線條；斷口的桿部有明顯地收縮；從斷口的形態(tài)來看，與拉力試驗的形態(tài)基本一致，是軸向應力超過最小拉力負載的具體表象（抗拉強度實驗，合格樣品的斷口形態(tài)）。安裝方式也是重要因素，大批安裝工人是臨時抽調，經過簡單培訓后上崗；不會理解安裝時各個環(huán)節(jié)的重要性；尤其是必須按照交叉、對稱、逐步、均勻擰緊要領，必須按照預擰→復擰→終擰方法的重要性，沒有掌握正確的擰緊的技術。安裝時潤滑的種類、方式、部位是否達到技術要求，也是高強度緊固件正確安裝連接的關鍵因素。上述那一條出現(xiàn)偏差，都會引起雙頭螺栓失效，進而產生斷裂。我們公司的成品檢測，與北京機械工業(yè)部權威檢測機構的斷裂螺栓試驗；二次試驗的各項技術性能指標完全達到10.9級螺栓的機械性能要求，與上述的分析情況一致。（具體看上面圖片及分析）因此可以說明：螺栓斷裂不是緊固件公司制造的原因引起的，而完全是風電場實際安裝不當引起的，預緊力的數(shù)值超過了技術要求所造成的。例三：扭矩過小引起的擰不緊過小的預緊力導致聯(lián)接件聯(lián)接不可靠，緊密性差，聯(lián)接件容易產生分離現(xiàn)象(即出現(xiàn)漏氣、滴油)和產生滑移現(xiàn)象(許多聯(lián)接件都依靠聯(lián)接件之間的摩擦力來抵抗剪切強度，而此摩擦力是靠螺栓的預緊力來保證的，若預緊力過小，則聯(lián)接件就會產生滑移，即意味著聯(lián)接體會產生移位，嚴重的導致螺栓被剪斷)等現(xiàn)象。2．現(xiàn)場情況：在某風電現(xiàn)場產生雙頭螺栓安裝擰不緊的現(xiàn)象，螺栓付安裝后，還可以繼續(xù)再擰的情況?，F(xiàn)場安裝工程師懷疑雙頭螺栓的結合強度有問題，具體反映在螺栓的螺紋硬度可能沒有達到技術要求。我們具體詢問了安裝情況，華銳公司使用海泰克液壓扳手，顯示安裝扭矩為1000N.m，我們認為這個數(shù)值小于我司螺栓連接付的正常扭矩值，是造成螺母一直沒有擰緊的根本原因。（1).我們將更換下的螺栓連接付仔細觀察，螺栓的螺紋完好，螺栓和螺母互相旋合自如：沒有配合不良旋不進；或者配合松動現(xiàn)象；旋出后，螺栓沒有損傷，拉長的現(xiàn)象（見附圖七）。圖七更換下的螺栓付完好如初（2）.螺栓付扭矩實際計算：按照T=K·F·d公式計算M30雙頭螺栓連接付扭矩：細牙：T=K·F·d=0.13×（646×0.7）×30=1763N.M粗牙：T=K·F·d=0.13×（466×0.7）×30=1272N.M其中：扭矩系數(shù)按照K=0.13計算（見附圖八）圖八.公司扭矩系數(shù)的測量數(shù)值根據(jù)《GB/T19568-2004風力發(fā)電機組裝配和安裝規(guī)范》，結合我們公司實際扭矩系數(shù)測量值，根據(jù)實際情況，我們推薦1300N.m-1350N.m的合理安裝扭矩進行裝配比較適合。（考慮到有部分細牙和粗牙的組合應用，以及粗牙螺紋預緊力在0.75范圍內比較安全可靠。）（3）.我們對螺栓螺紋進行了檢測螺紋的表面硬度為Hv0.3維氏硬度為330.7；螺紋的芯部硬度為Hv0.3維氏硬度為317.5；螺紋的內外部差別為Hv0.3維氏硬度為13.2；達到GB/T3098.1國家標準的技術要求，說明緊固件的螺紋合格，達到要求。（見圖九）圖九維氏硬度檢測（4）原因分析：A．安裝出現(xiàn)問題主要是安裝力矩太小，造成1000N.M沒有達到最終擰緊狀態(tài)，一些螺栓付好會出現(xiàn)松脫的現(xiàn)象。由于沒有擰緊，因此再使用1000N.M扭矩復擰時仍可繼續(xù)擰緊。B．每一家公司由于緊固件制造公差，會出現(xiàn)一些偏差影響K系數(shù)的數(shù)值：制造精度、螺紋配合、表面潤滑、測量工具等因素。其中螺紋配合精確度的因素比較重大，直徑影響到K系數(shù)的數(shù)值。C．另外一家公司，螺紋配合比較松，互相配合后還能松動，因此扭矩系數(shù)K=0.10，按照1000N.M的數(shù)值T=K·F·d；即1000=0.10×（F×0.7）×30，F(xiàn)=333KN；達到了預緊力為最小的負荷0.58倍的要求。因此對于扭矩系數(shù)K=0.10，安裝扭矩是1000N.M，雖然偏小，仍然是在安裝范圍內。D．但是我們公司的扭矩系數(shù)K=0.13，安裝扭矩為1000N.M；這樣F=256KN，只有達到了預緊力，最小的負荷0.44倍的要求，沒有達到安全安裝扭矩的要求，因此產生擰不緊的現(xiàn)象。我們根據(jù)T=K·F·d；因為雙頭螺栓一頭是細牙,另一頭是粗牙，綜合考慮以粗牙為準則，預緊力以最小的負荷0.6-0.7倍安全的要求，按照0.7倍計算，安裝扭矩為1590N.m，按照0.6倍計算，安裝扭矩為1360N.m，因此按照風場的習慣或以往狀況，我們推薦安裝扭矩1350-1400N.m的范圍比較恰當。由上分析，可以得出，以上問題與緊固件本身質量無關，主要是安裝不當所引起的問題，如果對我司緊固件質量產生疑問，也可送到第三方進行檢測分析。由現(xiàn)場拆卸下來的螺栓進行初步分析判斷，我司所生產提供的雙頭螺柱，六角螺母，完好無損，符合GB/T3098緊固件系列技術標準。我們需要的是正確的預緊力。預緊力過大是有害的，過小也是無益的。在極大多數(shù)情況下，按照規(guī)定要求選擇的預緊力。一組螺紋聯(lián)接緊固件，若預緊力有大有小，將會使這組螺栓受力各不相同，不能均勻地承受工作載荷，那么這一組聯(lián)接件個別連接件可能會在較短時間內產生失效的現(xiàn)象。此外保管問題也很重要，同批規(guī)格相同的螺栓、螺母，由于保管不當，搬運碰撞等原因，會造成K值變化，從而造成預緊力相差很大，很可能同批緊固件，用相同扭矩而造成擰不足或超擰現(xiàn)象，所以應加強對高強度螺栓管理工作。ⅲ.螺母跟轉現(xiàn)象及產生原因 高強度緊固件在連接中失效經常會遇到，失效的原因各種各樣，有設計、材料、制造、熱處理、安裝等多方面原因，多種問題可以歸結為三大類：即設計、制造、使用。目前，高強度緊固件企業(yè)在材料選擇、加工制造、熱處理方面等幾個方面技術日臻完善，這類問題出現(xiàn)的概率大幅地減少。一般整機行業(yè)對緊固件方面不重視，對安裝扭矩、摩擦系數(shù)、扭矩系數(shù)及其分配比例知之甚少；這樣，往往會在高強度緊固件安裝使用中出現(xiàn)一些問題。例四．福建某風場連接付跟轉現(xiàn)象實例分析螺母跟轉的現(xiàn)象在高強度緊固件安裝時，經常會出現(xiàn)跟轉的問題，在擰緊螺母時，由于摩擦力增加，有時會產生螺母與螺栓旋合阻滯，而產生六角螺栓頭部與平墊圈打滑現(xiàn)象；在安裝時一般稱作為“跟轉現(xiàn)象”。在緊固件連接付安裝時，通常采用扭矩法進行，扭矩法比較直觀，易于操作，但對于扭矩法安裝的基本概念必須理解。在彈性區(qū)內，緊固扭矩與預緊力的關系：扭轉摩擦與平面摩擦與扭矩系數(shù)的關系：安裝扭矩分為三個部分：螺栓與螺母間的扭轉摩擦，螺母與墊圈平面之間的平面摩擦，轉化緊固軸力的安裝扭矩。在安裝時，大部分安裝扭矩都在前兩個摩擦中損耗，直接轉化為預緊力的，只占緊固扭矩的10%左右。（見表十）有關高強度緊固件做了大量實驗，三部分的扭矩分配大致在以下范圍內，螺紋間的摩擦損耗安裝扭矩40%左右；平面之間摩擦損耗安裝扭矩50%左右，真正轉化為預緊力的扭矩只占10%左右。K值是μs和μw的函數(shù)，由于螺栓、螺母加工精度，形狀誤差，是否有表面潤滑等影響，而造成K值的變動范圍是比較大的。下面表一是螺紋摩擦系數(shù)，支承面摩擦系數(shù)與扭矩系數(shù)相互間的關系：其中螺紋摩擦系數(shù)支承面摩擦系數(shù)K扭矩系數(shù) 0.080.100.120.150.200.250.30KK0.080.1170.1300.1130.1630.1950.2280.2610.100.1270.1400.1530.1730.2060.2390.2710.120.1380.1510.1640.1840.2160.2490.2830.150.1540.1670.1800.1990.2320.2650.2970.200.1800.1930.2060.2260.2580.2910.3240.250.2060.2190.2320.2520.2840.3710.3500.300.2320.2450.2580.2780.3110.3430.376表十．摩擦系數(shù)與扭矩系數(shù)的關系跟轉的原理：我們公司連接付使用的安裝扭矩系數(shù)一般在0.13，可以從表中查到螺紋間的摩擦系數(shù)為0.08，螺栓與平墊之間的摩擦系數(shù)在0.10；如果螺栓與平墊件的摩擦系數(shù)為0.08，而螺紋間摩擦系數(shù)達到0.10的狀況下，即＞，那么在安裝時，螺紋間的摩擦力大于六角頭平面間的摩擦力，安裝時，六角螺母不會繼續(xù)克服螺旋升角的阻力而旋緊，達到擰緊的效果，這就是通常所說的“跟轉”。扭轉方向F預緊方向扭轉方向F預緊方向A正常安裝扭轉方向螺栓跟轉B跟轉現(xiàn)象圖十一螺栓付安裝示意圖在福建某風場，在螺栓連接付安裝時，發(fā)現(xiàn)有20%左右的螺母在旋合時發(fā)生跟轉，螺母擰緊時，六角螺栓頭部同一方向旋轉，產生擰不禁的現(xiàn)象，如圖十一，給現(xiàn)場施工