高强度螺栓存在的问题分析

2021-11-111

高强度螺栓存在问题分析

改革开放以来,我国机械装备制造业一直是国民经济发展的强大动力。目前,我国制造业与世界先进水平仍有较大差距。与工业发达国家的先进水平相比,行业整体状况明显不足。工业效率低,单位产值能耗仍然很高。水平大,创新能力弱。

长期以来,中国高强度螺栓使用寿命短,可靠性差,结构重量差。三大问题严重制约了高端机械装备和安全服务业的发展。高强度螺栓确定高端机械设备的主要连接功能,体现机械设备的使用寿命、可靠性和经济效益。热处理是高强度螺栓。

关于“工业4.0”和“第三次工业革命”的讨论越来越频繁。我们必须考虑紧固件的未来以及紧固件在第三次工业革命中的作用。未来10年将是中国紧固件产业从“制造大国”向“制造强国”转型升级的关键时期。

中国制造业劳动红利时代即将结束。许多发展中国家接受了紧固件的转移制造,这对中国紧固件行业提出了新的挑战。加快转变经济发展方式是紧固件行业的当务之急。

高强度螺栓的主要失效形式是疲劳

它是疲劳螺栓的一个或多个零件在循环应力和应变的反复作用下开裂或断裂的失效模式。它是机械损伤累积和延迟失效的过程。包括疲劳裂纹萌生和裂纹扩展两个过程,这两个过程发生在材料的屈服强度处,在没有明显变形的情况下突然失效。因此,与其他失效模式相比,疲劳是最危险的失效模式。

车辆上的连接螺栓通常处于拉-拉疲劳失效状态。比如风电机组的使用环境复杂恶劣,既要承受动载荷冲击,又要承受腐蚀环境。所用连接螺栓的疲劳断裂率高达85%。高强度螺栓的主要失效形式是疲劳。

高强度螺栓的“三大问题”源于应力集中的敏感性。

高强度螺栓一般由高强度低合金钢、超高强度钢和高温合金制成。随着高端机械设备的发展,高强度螺栓合金的强度将不断提高。高强度材料具有疲劳强度高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高等特点。然而,高强度材料的突出缺点是疲劳强度对应力集中敏感。

大量的高强度螺栓疲劳失效分析结果表明,80%以上的疲劳失效是由于表面损伤、头杆连接处脱碳、螺纹加工中出现明显的小裂纹、刀具痕迹不连续、表面腐蚀和淬火组织不均匀,因为应力集中在那里。

制造业的机遇和挑战高强度螺栓

高端机械设备为高强度螺栓制造带来前所未有的发展机遇。“三大难题”不解决,就很难达到预期目标,更谈不上达到国际先进水平。解决“三大问题”,需要解决三个问题:一是自主知识产权;二是经济承受能力;三是长寿命、高可靠性、结构轻量化的技术。

首先,要改变我们的观念,我们必须清楚地认识时间和空间。中国必须发展高端机械制造业,掌握关键技术,提升核心竞争力,摒弃言而有信的论调,摒弃错误发展的工业技术和市场化技术的观念。从“引进、模仿滞后、再引进、模仿……”的现状来看,加快紧固件热处理的发展刻不容缓。

其次,要充分认识和解决“三大问题”,实现螺栓的长寿命、高强度。高可靠性和轻量化是一场革命;

1.从高强度螺栓“成型”制造到抗疲劳制造的技术革命;解决“有无”改为重点高强度螺栓问题,支撑高端机械制造业可持续发展;

2.从指标终检到过程控制的管理变革;

3.从低技术、被动到高技术、主动的从业者素质革命。从廉价劳动力、滥用环境资源到高附加值、人性化、低排放、环保化的革命。