Page 29 - 理化检验-物理分册2019年第六期

王 荣: 风能发电机组结构件的失效分析与预防

就是内部可逆氢脆的本质.环境氢脆与内部氢脆并 处发生破坏的原因主要与该部位的加工状态以及过
不存在本质性差别, 只不过前者氢来源于外界环境, 渡圆角半径的大小有关, 还与该部位经常会存在一些
而后者氢原子则存在于金属之中.当环境中的氢通 加工缺陷( 如锻造或冷挤压缺陷) 或淬火裂纹有关.
过表面吸附并溶解入金属后, 其对金属的脆化过程 图 １３ 和图 １４ 是笔者在实际工作遇到的一些断
就与内部氢脆完全一样 [ ５ ] . 裂失效螺栓形貌, 可见其断裂位置基本上都位于螺
在外加载荷的作用下, 螺纹根部或螺纹头部过 栓头部与杆部的过渡处、 螺纹与螺母配合的第一扣
渡圆角附近因应力集中而产生应力梯度, 由于应力 螺纹处以及螺纹与光杆部分的过渡处.
诱导扩散, 原子氢富集在裂纹尖端局部区域.裂纹
尖端水解作用可产生 H ( H 值为 ３．７~３．９ ) , 当
[ ６ ]
＋
p
有效氢含量达到临界值时, 可以使局部区域的表观
屈服强度明显下降, 于是在较低的 K Ⅰ 作用下就能
产生氢致滞后塑性并导致滞后断裂.
５．３ 螺栓的断裂位置
对主要受轴向载荷的螺栓断裂位置进行的大量
统计分析, 结果表明螺栓常见的破坏位置有 ３ 处 [ ７ ] ,
图 １３ 断裂失效螺栓宏观形貌 １
如图 １１ 所示意, 分别为: ① 与螺母配合部分的第一
Fi g 敭１３ Macromor p holo gy １ofthefracturedfailurebolts
扣螺纹处; ② 螺纹与光杆部分的过渡处; ③ 螺栓头部
与螺杆的过渡处.

图 １４ 断裂失效螺栓宏观形貌 ２
图 １１ 螺栓常见的断裂位置示意图 Fi g 敭１４ Macromor p holo gy ２ofthefracturedfailurebolts
Fi g 敭１１ Schematicdia g ramofcommonfracture p ositionsofthebolt
６ 机组上高强度螺栓的常见失效形式
对实际工况服役的螺栓进行有限元数字模拟计
算, 结果如图 １２ 所示, 可见其最大应力位置与实际 ６．１ 疲劳断裂
统计分析结果是一致的. ６．１．１ 螺栓连接的预紧力
螺栓的疲劳断裂失效一般都与螺栓的松动有

关, 而螺栓的松动则与螺栓的预紧力和振动有关.
为了使螺栓紧固连接具有高度可靠性并能抵抗
变动的载荷, 设计原则规定, 紧固螺栓必须施加一定
的预紧力 P ０ 并应满足如下条件
,
{ P ０ ＝K０ ×P ( ２ )
P ０ ≤０．７P s
式中: P 为载荷; P s 为螺栓的屈服强度; K ０ 为系数, 静
图 １２ 轴向应力作用下螺栓的应力计算结果
Fi g 敭１２ Stresscalculationresultsoftheboltunderaxialstress 载荷时 K ０＝１．２~２．０ , 有交变载荷时 K ０＝２．０~４．０ .
在与螺母配合部分的第一扣螺纹的根部破坏是 为了使螺栓在服役过程中尽可能不产生往复晃
比较常见的, 这主要与螺栓在该处的受力状态以及加 动, 螺栓预紧力应足够大; 但预紧力过大时, 如果再
工状态有关, 特别是与螺母和螺纹在此处的截面变化 附加上外部载荷, 螺栓总的受力可能会超过其屈服
引起的应力集中有关.而在螺栓头部与杆部的过渡 强度, 反而会丧失预紧力的效果.
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