خستگی در اتصالات پیچ

در اتصالات پیچ نوعی شکست وجود دارد که به شکستگی خستگی معروف است. شکستگی ناشی از خستگی بیشتر در محیط‌های ارتعاشی چرخه‌ای طولانی مدت رخ می‌دهد. مشابه تردی هیدروژنی، شکستگی آن ناگهانی است، اما این دو اساساً متفاوت هستند-شکستگی ناشی از خستگی ناشی از آسیب تجمعی تحت بارهای چرخه ای طولانی مدت- است، در حالی که شکنندگی هیدروژن شکستگی شکننده ای است که توسط اتم های هیدروژن ایجاد می شود. در حال حاضر، هیچ فناوری برای پیش‌بینی زمان دقیق شکستگی خستگی وجود ندارد. بنابراین اقدامات پیشگیرانه باید از مراحل اولیه مانند طراحی، انتخاب مواد و نصب انجام شود.

هر پیچ عمر مفیدی دارد. اگرچه برخی از پیچ ها قابل استفاده مجدد هستند، اما نمی توان آنها را به طور نامحدود استفاده کرد. هنگامی که یک پیچ در شرایط عملیاتی بیش از بار طراحی شده برای مدت طولانی باشد، احتمال شکستگی ناشی از خستگی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. چنین شکستگی هایی نه تنها باعث آسیب شدید به تجهیزات تولید می شود، بلکه ممکن است در موارد جدی منجر به حوادث ایمنی شود.

بنابراین، چرا پیچ ها شکستگی خستگی را تجربه می کنند؟ درک نسبتاً ثابت در صنعت به شرح زیر است: تحت تأثیر بارهای چرخه‌ای (مانند ارتعاش و فشار متناوب)، تنش تمایل دارد در نواحی تمرکز تنش پیچ (مثلاً ریشه‌های نخ و انتقال بین سر و ساقه) جمع شود. اگر اجزای منطبق دارای انحرافات ابعادی یاپیچ با پیش بارگذاری نامناسب (چه خیلی سفت یا خیلی شل) نصب شود، عدم تعادل تنش موضعی بیشتر تشدید خواهد شد. هنگامی که تنش انباشته شده از حد خستگی ماده فراتر رود و انعطاف پذیری ماده برای محافظت از این آسیب کافی نباشد، ریزترک ها به تدریج در داخل پیچ ایجاد می شوند. با افزایش تعداد چرخه ها، ترک ها به انتشار ادامه می دهند. هنگامی که آنها به نقطه بحرانی می رسند، پیچ به طور ناگهانی شکسته می شود. آنچه ما با چشم غیرمسلح به عنوان "شکستگی ناگهانی" می بینیم در واقع نتیجه-انباشتگی طولانی مدت ترک و انتشار تدریجی است. فرآیند کامل را می توان به این صورت خلاصه کرد: تنش چرخه ای بر روی نقاط تمرکز تنش پیچ عمل می کند ← به تدریج ماتریس پیچ را پاره می کند ← تشکیل ریزترک ها ← انتشار ترک ها به نقطه بحرانی ← پیچ ناگهان شکسته می شود.

این یکی از دلایلی است که پیچ ها باید قبل از استفاده تحت آزمایش مقاومت کششی قرار گیرند. اگرچه آزمایش کشش زمان کوتاهی دارد، اما با مشاهده محل شکست (اگر شکستگی در نواحی تمرکز تنش مانند ریشه‌های نخ یا انتقال ساقه سر{1}} رخ دهد، خطرات خستگی باید هوشیار باشد) و ثبت نیروی شکست امکان ارزیابی اولیه خواص مکانیکی پایه پیچ را فراهم می‌کند. اگر نیروی شکست پیچ ها در آزمایش به طور قابل توجهی کمتر از استانداردهای طراحی باشد، استفاده از این دسته از پیچ ها توصیه نمی شود.

علاوه بر این، تغییرات دمای محیط نیز بر عمر خستگی پیچ‌ها تأثیر می‌گذارد. اگر پیچ در محیطی با دمای بیش از حد بالا یا پایین، یا نوسانات متناوب دمایی مکرر استفاده شود، آسیب ناشی از خستگی مواد را تسریع می کند. هنگامی که با فرسایش پیچ توسط رسانه های خورنده در هوا (مانند رطوبت و اسپری نمک) ترکیب شود، احتمال شکستگی ناشی از خستگی بیشتر می شود.

بیشتر این خطرات شکستگی مربوط به سازگاری مواد با شرایط عملیاتی است. ما می‌توانیم با بهینه‌سازی فرآیندهای تولید، احتمال شکستگی ناشی از خستگی را کاهش دهیم: وقتی شرایط اجازه می‌دهد، می‌توان توالی پردازش پیچ را تنظیم کرد-ابتدا لایه‌های پیچ تحت عملیات حرارتی (کوئنچ و تمپر) قرار می‌گیرند و سپس نورد رزوه انجام می‌شود (فرایند سنتی در برخی سناریوها نورد رزوه است، اما برای عملیات حرارتی دنبال می‌شود.پیچ و مهره های{0}}با استحکام بالا، عملیات حرارتی قبل از نورد نخ می تواند غلظت استرس اضافی ناشی از پردازش نخ را کاهش دهد و در نتیجه مقاومت در برابر خستگی را بهبود بخشد). از طرف دیگر، پیچ‌های کاملاً رزوه‌شده را می‌توان با پیچ‌های نیمه رزوه‌دار جایگزین کرد. از این گذشته، بخش ساقه صاف پیچ فاقد ساختار رزوه ای است و در نتیجه توزیع تنش یکنواخت تر و مقاومت در برابر خستگی بسیار بهتر از بخش رزوه ای است.