帶你快速了解高強螺栓疲勞性能影響因素

       高強度螺栓作為鋼結(jié)構(gòu)的重要連接件，其安全性能直接決定著整體結(jié)構(gòu)的可靠性。在往復(fù)荷載作用下，螺栓的疲勞損傷將逐漸累積，隨著服役時間的增長，螺栓又不可避免的產(chǎn)生腐蝕，腐蝕引起的局部應(yīng)力增大加速了螺栓的疲勞失效過程。

　　目前大多研究主要集中在未腐蝕螺栓的疲勞性能，雖然高強度螺栓的腐蝕疲勞問題開始逐步被重視，但其研究主要在螺栓腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物分析及靜力性能退化，腐蝕后高強度螺栓的軸向疲勞性能研究亟待開展。針對上述問題，在高強度螺栓中性鹽霧腐蝕試驗的基礎(chǔ)上，現(xiàn)對其宏微觀銹層形貌展開研究，并在高強度螺栓腐蝕后疲勞試驗的基礎(chǔ)上，對其疲勞斷口、破壞機理和疲勞壽命進行分析。

1、硬度變化的影響

試驗結(jié)果表明硬度差異不大時,疲勞強度差異亦不大。

2、再回火與去應(yīng)力退火的影響

試驗結(jié)果表明將螺栓分別進行再回火和去應(yīng)力退火后，比較發(fā)現(xiàn)試樣的疲勞強度平均值均下降，且螺栓的疲勞強度下降。因此，對于先熱處理后滾絲的高強度螺栓，為保證其優(yōu)良的疲勞性能 ，在滾絲之后不允許再次回火或去應(yīng)力退火，否則其疲勞性能將產(chǎn)生大幅度下降。原因可能是較高的溫度改變了滾壓螺紋表面有利的殘余壓應(yīng)力條件。

3、表面脫碳的影響

試驗結(jié)果表明對比有無表面脫碳情況下螺栓的疲勞強度，得出無表面脫碳時螺栓的疲勞強度比有表面脫碳時螺栓的疲勞強度平均值高。說明存在表面脫碳情況下螺栓的疲勞強度下降。

4、滾絲／磷化先后順序的影響

通常情況下，螺栓表面磷化處理是為了防銹及穩(wěn)定裝配時的摩擦。但是，磷化處理同時也可起到減磨作用，在滾絲過程中降低滾絲輪螺紋和螺栓螺紋之間的摩擦力，這對滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布及降低螺紋表面粗糙度都將產(chǎn)生積極作用。試驗結(jié)果表明先磷化后滾絲螺栓的疲勞強度平均值比先滾絲后磷化螺栓的疲勞強度平均值高，先滾絲后磷化螺栓比先磷化后滾絲螺栓的疲勞強度低。主要原因可能是磷化膜在滾絲過程中起到了減磨作用，從而改善了滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布，提高了螺紋表面光潔度。同時在滾絲時施加潤滑油也可能起到減磨的作用。

5、頭下圓角粗糙度的影響

試驗結(jié)果表明粗糙度大的螺栓試樣的疲勞強度平均值為比粗糙度小的螺栓試樣的疲勞強度平均值低，再將螺栓頭下圓角表面粗糙度降低，其疲勞強度平均值提高。

6、滾絲輪螺紋牙形的影響

滾絲輪螺紋牙形對于螺栓的疲勞性能有著重要影響。當滾絲輪螺紋牙頂圓弧過渡不平滑，或半徑過小時，滾絲過程中就會產(chǎn)生局部過大的擠壓力，滾絲過程完成后將在螺栓的螺紋溝底形成不良的應(yīng)力分布，嚴重時會因為壓力過大而形成局部微裂紋，這對螺栓的疲勞性能以及滾絲輪的使用壽命都將產(chǎn)生不良影響。

疲勞性能要求高的螺栓和相應(yīng)滾絲輪螺紋牙形的設(shè)計應(yīng)參照MJ螺紋的要求。該螺紋與普通螺紋的差別主要在于規(guī)定了螺紋溝底圓弧半徑不同。對于一定規(guī)格的具體螺栓，其溝底圓弧半徑可控制在某一更窄的范圍內(nèi)。試驗結(jié)果表明采用普通螺紋滾絲輪滾絲時，其疲勞強度平均值比采用MJ 螺紋滾絲輪滾絲后 疲勞強度平均值低。說明普通螺紋改為MJ螺紋后，螺栓的疲勞強度平均值提高。

7、頭下圓角過渡形式的影響

為了提高螺栓的整體疲勞性能 ，螺栓頭下過渡圓角的疲勞強度應(yīng)設(shè)計得與螺紋疲勞強度相當。通常情況下，對于僅有一段圓弧的過渡圓角，由于被聯(lián)接件通孔的限制，該圓弧的半徑只能設(shè)計得較小，應(yīng)力集中系數(shù)較大，螺栓的疲勞破壞通常在該處發(fā)生。為了克服一段圓弧過渡時圓弧半徑較小的缺點，通常采用兩段圓弧過渡，兩段圓弧的半徑一大一小，兩段圓弧之間平滑過渡，且半徑較小的圓弧與螺栓頭下支承面相切， 半徑較大的圓弧與光桿部分相切。兩段圓弧的具體設(shè)計可采用有限元分析或其他方法確定。如果螺紋的疲勞強度較高（如采用MJ螺紋），圓弧半徑則應(yīng)相應(yīng)加大。兩段圓弧過渡尤其適合于高強度細桿螺栓。 針對在疲勞試驗時失效部位全部為頭下過渡圓角情況 ，試驗表明將該螺栓的頭下圓角改為兩段圓弧過渡之后 ，頭下過渡圓角處疲勞失效的現(xiàn)象得以消除 ， 螺栓的整體疲勞強度得以大幅提高。