Inconscientemente pensamos que quanto maior a resistência de um parafuso, menor será a probabilidade de ele quebrar. No entanto, este não é o caso-pelo contrário,parafusos de alta-resistênciaquebram com mais frequência do que os parafusos comuns, e há uma lógica central por trás desse fenômeno.
Primeiro, precisamos esclarecer um princípio fundamental: quanto maior a resistência de um parafuso, maior será sua dureza (estão positivamente correlacionados); enquanto quanto maior a dureza, menor a tenacidade (elas estão negativamente correlacionadas). Isso significa que parafusos-de alta resistência têm baixo alongamento. Se a tensão exceder o limite, eles sofrerão fratura frágil diretamente, em vez de primeiro se deformarem significativamente como os parafusos comuns antes de falharem. Mais importante ainda, parafusos de alta-resistência são inerentemente usados em cenários-de alta carga e são projetados para corresponder à sua faixa de propriedades mecânicas. Se a tensão real exceder o limite devido a operação inadequada ou condições de trabalho anormais, é provável que ocorra fratura. Para ambientes de-carga baixa, parafusos comuns podem ser usados para controlar custos, portanto, não há necessidade de parafusos de alta-resistência-que é o principal motivo pelo qual parafusos de alta-resistência quebram com mais frequência.
As causas específicas de fratura de parafusos de alta{0}}resistência incluem principalmente as seguintes categorias:
1. Fratura por sobrecarga de montagem
O núcleo da fixação de parafusos de alta-resistência é tornar o parafuso elástico apertando a porca para gerar a pré-carga especificada (força de travamento), em vez de "girar e pressionar a rosca na extremidade traseira do parafuso". Seu torque de aperto tem parâmetros padrão claros, geralmente controlados em cerca de 75% da resistência ao escoamento do material do parafuso-esse torque pode fazer o parafuso produzir uma leve deformação elástica, e a tensão reversa gerada pela deformação é a pré-carga. Se o torque de aperto exceder a faixa padrão, o parafuso suportará carga de tração excessiva, causando diretamente fratura por sobrecarga.
O controle do torque de aperto requer três condições: projeto razoável-do processo de instalação no local, ferramentas de instalação precisas (como chaves dinamométricas, multiplicadores de torque) e operadores que tenham recebido treinamento formal antes de entrar em serviço (eles devem ser capazes de ler e definir com precisão os parâmetros da ferramenta). Deve-se observar que torquímetros de diferentes níveis de precisão têm tolerâncias diferentes, geralmente ±4%10% (não 20%). Somente quando as condições como fonte de alimentação e pressão do ar estiverem estáveis e a ferramenta estiver dentro do período de validade da calibração a tolerância não causará riscos de fratura; se a tolerância exceder a faixa, é provável que ocorra torque inadequado.
2. Fratura Causada por Flutuações no Coeficiente de Fricção
Quando oparafuso e porcaroscas engatarem, o coeficiente de atrito afetará a pré-carga real-mesmo que o mesmo torque seja definido, as flutuações no coeficiente de atrito causarão dispersão da pré-carga. Se o coeficiente de atrito não for totalmente considerado e apenas os parâmetros de torque forem considerados, é provável que ocorra pré-carga insuficiente ou sobrecarga: quando o coeficiente de atrito é muito grande, a pré-carga é muito pequena sob o mesmo torque (o que pode levar ao afrouxamento); quando o coeficiente de atrito é muito pequeno, a pré-carga é muito grande sob o mesmo torque (o que pode causar fratura).
Em cenários industriais, uma causa comum de coeficiente de atrito reduzido é a lubrificação não autorizada: algumas fábricas aplicam pó de talco, óleo lubrificante comum, etc. nas roscas dos parafusos para uma montagem conveniente. Embora isso possa reduzir o atrito e facilitar o aparafusamento, reduzirá significativamente o coeficiente de atrito, resultando em uma pré-carga que excede em muito o padrão sob o mesmo torque e, em última análise, levando à fratura. A abordagem correta é usar compostos anti-gripagem especializados (que precisam corresponder ao material do parafuso) em vez de meios lubrificantes aleatórios.
3. Fratura por fadiga
A fratura por fadiga é o modo de falha mais oculto de parafusos de alta-resistência-. Não há sinais óbvios antes da fratura e pode ocorrer repentinamente durante condições estáticas ou de trabalho. Além disso, a localização da fratura concentra-se principalmente em áreas de concentração de tensão, como o filete de transição entre a cabeça e a haste e a raiz da rosca.
A principal causa desse tipo de fratura é o "uso além do limite de fadiga": embora os parafusos de alta-resistência tenham alto valor agregado, algumas empresas os reutilizarão indefinidamente para economizar custos. Quando o número de utilizações ou a carga alternada excede o limite de fadiga, microfissuras se formarão gradualmente dentro do parafuso, eventualmente levando à fratura por fadiga. Portanto, é muito necessário realizar inspeções regulares abrangentes de parafusos de alta-resistência (como inspeção de partículas magnéticas, testes ultrassônicos), e não "raramente necessário".
4. Fratura devido a aperto insuficiente
Parece que os parafusos que “não estão totalmente apertados” não suportarão tensões, mas na verdade, as fraturas podem ser causadas pela folga gerada pelo afrouxamento. Por exemplo: quando dois tubos de perfuração são conectados com parafusos de alta-resistência para perfurar para baixo no solo, se os parafusos não estiverem totalmente apertados, haverá uma grande folga. Quando o alto torque de perfuração é transmitido através dos tubos de perfuração, a folga fará com que os parafusos suportem força de cisalhamento adicional e força de impacto alternada-essas forças excedem em muito a faixa de rolamento projetada doparafusos, eventualmente levando à fratura. Em essência, um parafuso insuficientemente apertado mudará de um "membro de tensão" para um "membro de cisalhamento e impacto", falhando porque excede seu tipo de carga-de suporte.
5. Fratura causada por problemas de qualidade
Materiais de baixa qualidade ou processos de tratamento térmico são problemas de qualidade adquiridos e causas diretas de fratura:
Materiais abaixo do padrão: Uso de tipos de aço que não atendem aos requisitos (como substituição de liga de aço estrutural por aço carbono comum), ou os materiais apresentam defeitos inerentes, como impurezas e rachaduras;
Processos de tratamento térmico abaixo do padrão: Desvios em parâmetros como temperatura de têmpera e tempo de revenimento resultarão em propriedades mecânicas não qualificadas dos parafusos (como alta dureza, mas tenacidade extremamente baixa).
Tais problemas podem ser completamente resolvidos controlando rigorosamente a aquisição de materiais (verificação de certificados de materiais), processos de produção (monitoramento de processos de tratamento térmico) e inspeções de fábrica (testes de propriedades mecânicas).
