正如在前一篇文章尽管如此,几乎所有管理涂料的标准都禁止过度涂胶(也称为超大尺寸)紧固件高压和/或高温服务中的系统。
过大尺寸从螺母螺纹的未涂层表面去除10至30密耳的钢,为螺栓螺纹上增加的腐蚀涂层厚度腾出空间。这种做法还在继续,因为很少有涂层或电镀在腐蚀开始前,可提供超过5000个盐雾小时(5年)的性能。
首先,我们需要了解结构螺栓和压力螺栓之间的主要区别,结构螺栓与螺栓轴上的剪切应力有关拉伸应力在螺母/螺栓螺纹上。(一定要读腐蚀对材料剪切行为的影响来了解腐蚀是如何进入这个方程式的。)
张应力与剪应力
据螺栓设计和性能方面的权威比克福德(Bickford)说,了解拉伸接头和剪切接头的区别很重要,因为“它们对负载的响应方式、失效方式以及组装方式等方面都有所不同。”一般来说,拉伸接头是两者中较复杂的一种”。1
图1所示。拉伸接头/压力螺栓(Bickford)。
在压力螺栓中,拉伸载荷的作用大致平行于螺栓的轴线。
图2。剪切接头/结构螺栓(Bickford)。
在结构螺栓中,剪切荷载基本上垂直于螺栓轴。
在涂料涂抹器中,只要系统能够通过证明负载测试,仍然存在一些设计用于结构螺栓(ASTM A 325和ASTM A 563)的标准误区,这在某种程度上可以允许螺母超大。2,3
然而,在标准管理压力螺栓系统,如ASTM A-194和ASTM A-195,过大是不允许的。4,5
2014年,我采访了26家紧固件经销商,了解到:
- 他们从来没听说过载荷测试,或者
- 他们的采购订单不需要这个测试,或者
- 在涂覆之前,螺栓制造商已经做了超浆料处理/在涂覆过程中做了超浆料处理。
在所有情况下,这意味着修改后的螺母不符合ASTM A194和ASME B1.1,并且在现场安装时从未进行过负载合格测试。5、6
过度点击如何影响线程粘性
让我们来看看螺栓动态以了解螺栓设计以及从螺母或螺栓中除去钢时如何损害。以下图表(图3)显示了沿着单个螺栓轴的整个长度的负载分布。螺母取决于前两个螺纹的接合以容纳57%的负载。如果第一个线程发生故障,则其余的效果遵循。由于大多数负载在第一线程上,压力螺栓中的应力图像不是具有吸引力的。
图3。拉应力的下降是弯曲的,不是线性的。比克福德。
下面的第一个图示描绘了螺纹的全部接合,如设计,其中力通过螺母传递到螺栓。
图4。线程完全啮合。
下一个图显示了一个过度抽头螺母,在那里的力量集中在螺纹的峰值。当整个螺距不使用时,力集中在a上塑性变形发生在山谷中。这将开始螺纹接合失败的链条反应。因此,关节将通过放松线程并开始蠕变压力和密封泄漏。
图5。螺母螺纹在剪切过程中失效。
失效发生在螺纹最薄弱的点,使更弱的尺寸过大。我们能在螺栓中产生的拉力不仅取决于它的身体强度,还取决于抗剪强度它的线程。螺距啮合需要接近100%或足够大,以允许我们开发螺栓的全部极限强度。(在文章中了解力量6测试以测量材料的实力.)
在该字段中发生的偏移之一是蠕动。蠕变是结果抗拉强度持续负载或多个高/低负载随时间的损失。
通过向紧固件施加负荷来密封垫圈接头。没有完整的线程参与是制作的故障。螺纹具有集中应力,将发生塑性变形。所结果的变形将释放所需的负荷,以保持接缝的密封。这是与超大螺帽相关的一种常见现象。如果螺栓尺寸过小或螺母尺寸过大,就会发生大量的塑性变形。垫圈接头的松弛可能非常严重,设计张力损失高达80-100%。1
下面的简图是受压接头应力分布的简化图。
图6。加载压力接头中的应力分布。
有两个危险点,压力集中在其中:
- 头部和身体的连接处
- 第一个螺纹接合螺母的地方
结论
螺纹剥离是一种看不见的、潜伏的故障类型。这种情况可能在没有任何警告的情况下发生,即使目视检查显示总成是令人满意的。目前,美国石油学会和美国安全与环境执法局(BSEE)正在解决结构螺栓标准的错误使用和高压或高温应用中尺寸过大的问题。
欲了解更多信息,请咨询ASME B1.1.7和API 20E。6、7
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参考文献:
- 第三版螺栓接头的设计和行为介绍.约翰·h·比克福德。
- ASTM A325结构螺栓,钢,热处理的标准规范,120/105 KSI最小拉伸强度。
- ASTM A563碳钢和合金钢螺母标准规范。
- ASTM A193金属钢和不锈钢螺栓技术标准规范,适用于高温或高压服务等特殊用途应用。
- ASTM A194高压或高温应用场合用螺栓用碳和合金螺母的标准规范。
- ASME B1.1 2003,统一螺纹(UN and NUR轴形)秒。7.6。
- 用于石油和天然气工业的合金和碳钢螺栓