Analyse de la fracture de la fatigue dans les joints boulonnés

Dans les connexions boulonnées, il existe un type de défaillance appelé fracture de fatigue. Cette fracture se produit couramment dans des environnements d'installation vibrants et appartient à des modes de défaillance soudains comme l'embrimance de l'hydrogène. Étant donné que la technologie actuelle ne peut pas prédire les fractures de fatigue à l'avance, la prévention doit commencer les étapes initiales de conception et de fabrication.

 

Tous les boulons ont une durée de vie finie. Bien queboulonssont des composants réutilisables, ils ne peuvent pas être utilisés indéfiniment. Lorsque les boulons sont soumis à une surcharge prolongée dans certains environnements, la probabilité de fracture de fatigue augmente considérablement. Ces défaillances peuvent causer de graves dommages à l'équipement de production et même entraîner des incidents de sécurité.

1. Mécanisme de formation de la fracture de la fatigue

 

L'explication largement acceptée pour la fracture de la fatigue des boulons est:

 

Décalage matériel entre leboulonet composants d'accouplement

Variations géométriques dans les pièces mobiles installées

Concentration de stress à partir d'une pré-tension excessive

Charge cyclique dépassant les limites d'endurance des matériaux

 

Le processus de fracture implique:

 

Initiation micro-crack aux points de concentration de stress

Propagation progressive des fissures sous charge cyclique

Échec catastrophique soudain à la taille de la fissure critique

2. Facteurs d'influence clés

2.1 Facteurs mécaniques

 

Concentration de stress aux racines de fil et aux filets de sous-thems

Magnitude et fréquence du chargement cyclique

Force de pré-tension dépassant les limites de conception

2.2 Facteurs environnementaux

 

Variations de température extrêmes (-40 degrés à 400 degrés)

Atmosphères corrosives (spray salin, environnements acides)

Vibration amplitudes >0. 5 mm

2.3 Facteurs matériels

 

Équilibre inadéquat de la résistance à la résistance

Traitement thermique inapproprié (par exemple, sur-température)

Défauts de surface des processus de fabrication

3. Stratégies de prévention et d'atténuation

3.1 Optimisation de conception

 

Racines de filetage de rayon (min. 0. 1 mm)

Rayon du filet de la tête supérieure ou égal à 1,5 mm

Utilisez partiel-Boulons de file(portion de tige non fidèle)

3.2 Améliorations de processus

 

Fil de traitement post-chauffage

Tir le peloton pour une contrainte de compression résiduelle

Électroplase avec un soulagement de l'hydrogène

3.3 Pratiques opérationnelles

 

Contrôle du couple dans la tolérance à ± 10%

Tests ultrasoniques réguliers (tous les 5 cycles 000)

Remplacement après 70% de durée de vie prévue en fatigue

4. Méthodes de test et d'évaluation

4.1 Test de matériel

 

Test de résistance à la traction (ASTM A370)

Test de la durée de vie de la fatigue (méthode de flexion rotative)

Mesure de la ténacité à la fracture (méthode J-Integral)

4.2 Simulation environnementale

 

Thermal Cycling (-50 degré à 200 degrés)

Test de pulvérisation saline (ASTM B117)

Test de fatigue des vibrations (méthode de résonance)