高強(qiáng)度螺栓疲勞斷裂失效如何檢測(cè)
307A等級(jí)大扁頭方頸螺栓，規(guī)格為3/8×5”，材料為ML08AlCK，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A307，雙模雙沖成型。
該批螺栓成品試驗(yàn)時(shí)，對(duì)螺栓采用6°斜墊片進(jìn)行楔負(fù)載試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)部分螺栓斷裂掉頭失效，掉頭故障約為20％。
試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
取該批10件螺栓進(jìn)行楔負(fù)載試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格控制拉伸速度與楔墊角度。試驗(yàn)分成兩組，其中5個(gè)采用方孔楔墊，邊長(zhǎng)9.86mm，另外5個(gè)為圓孔楔墊，孔徑13.40mm，兩組螺栓分別有一個(gè)掉頭。通過(guò)對(duì)10個(gè)螺栓的6°楔負(fù)載試驗(yàn)結(jié)果分析，基本排除試驗(yàn)方法及設(shè)備的影響，將兩掉頭螺栓標(biāo)記為1號(hào),2號(hào)。
斷口宏觀分析，掉頭螺栓（1號(hào)、2號(hào)）斷裂斷口約距頭下方頸邊1～2mm，斷口宏觀形貌分別如圖14-40、圖14-41。
圖14-40 1號(hào)頭部斷口宏觀形貌 圖14-41 2號(hào)頭部斷口宏觀形貌
對(duì)兩件故障螺栓的頭下圓角處進(jìn)行金相檢查, 檢查位置于螺栓距方頸約1～2mm處，一件有折疊，折疊向中心延伸，折疊長(zhǎng)度＞2mm，見圖14-42；另一件有小缺口和小折疊，見圖14-43。
圖14-42 螺栓頭下圓角處的折疊 圖14-43 螺栓頭下圓角的小缺口小折疊
另外，取合格批螺栓兩件，對(duì)頭下圓角金相組織檢查，兩件螺栓頭下圓角處處均無(wú)缺陷，如圖14-44、圖14-45。
圖14-44 螺栓頭下圓角處無(wú)缺陷組織 圖14-45 螺栓頭下圓角處無(wú)缺陷組織
對(duì)掉頭螺栓和沒(méi)有掉頭螺栓進(jìn)行化學(xué)成份分析，成份分析結(jié)果均在材料標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，基本無(wú)差異。
分析與討論
經(jīng)對(duì)故障批螺栓及合格成品螺栓進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，宏觀和微觀形貌檢查結(jié)果，基本排除材料及檢測(cè)方法引起掉頭的可能性。
螺栓頭下距方頸邊1～2mm處有明顯較嚴(yán)重折疊，位置與兩掉頭螺栓頭部斷裂處位置相吻合，結(jié)合斷口微觀形貌分析，確定該批次螺栓掉頭由頭下折疊引起。
由于該批螺栓成形工藝不當(dāng)，造成螺栓頭下圓角處產(chǎn)生折疊。但該批螺栓頭下圓角處有的折疊很深，有的較淺；頭下圓角處又是應(yīng)力集中的地方，折疊很深的螺栓經(jīng)6°楔負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，螺栓受拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力作用，頭下應(yīng)力集中處的折疊擴(kuò)展，使螺栓掉頭失效。
折疊較淺的螺栓和無(wú)折疊的螺栓，在6°楔負(fù)載試驗(yàn)時(shí)能經(jīng)受拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力作用而不掉頭。
由于該批螺栓成形工藝不當(dāng)，造成部分螺栓頭下應(yīng)力集中處的圓角處產(chǎn)生較深的折疊裂紋，這部分螺栓在6°楔負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，因折疊裂紋較深在拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力作用下，較深折疊擴(kuò)展使螺栓掉頭斷裂失效。
結(jié)論與啟示
（1） 該批螺栓掉頭斷裂失效原因是螺栓頭下應(yīng)力集中處的圓角處，有較深的折疊裂紋。
（2） 由于該批螺栓成形工藝不當(dāng)，造成部分螺栓頭下應(yīng)力集中的圓角處產(chǎn)生折疊裂紋。折疊較深的部分螺栓，在6°楔負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，螺栓受拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用使折疊裂紋擴(kuò)展，最后螺栓掉頭失效。
（3）大扁頭方頸螺栓在成型時(shí)，頭下應(yīng)力集中的圓角處容易產(chǎn)生折疊裂紋，因此，一定要制定合適的成型工藝，防止折疊裂紋的產(chǎn)生。
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