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高强度螺栓存在的问题分析

高强度螺栓存在的问题分析

改革开放以来,我国机械装备制造业一直是国民经济发展的强大动力。现阶段,我国制造业与世界先进水平还有较大差距。与工业发达国家先进水平相比,产业整体状况明显不足。工业效率低,单位产值能耗仍然很高。层次大,创新能力弱。

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长期以来,我国高强度螺栓寿命短,可靠性差,结构重量差。三大问题严重制约了高端机械设备和安全服务业的发展。高强度螺栓决定了高端机械设备的主要连接功能,体现了机械设备的使用寿命、可靠性和经济效益。热处理是高强度螺栓的核心。

对于“工业4.0”和“第三次工业革命”的讨论日益频繁,我们必须考虑紧固件的未来以及紧固件在第三次工业革命中的作用。未来10年是中国紧固件产业由“制造大国”向“制造大国”转型升级的关键时期。

中国制造业劳动力红利时代即将结束。许多发展中国家已经接受了紧固件转移制造,这对中国紧固件产业形成了新的挑战。紧固件行业加快转变经济发展方式迫在眉睫。

高强度螺栓的主要失效形式是疲劳

疲劳是螺栓的一个或多个部分在循环应力和应变的反复作用下发生裂纹或断裂的一种失效模式。疲劳是机械损伤累积和延迟失效的过程。疲劳包括裂纹萌生和裂纹扩展两个过程,它发生在材料的屈服强度下,并在没有明显变形的情况下突然失效。因此,与其他失效模式相比,疲劳是最危险的失效模式。

车辆上的连接螺栓通常处于拉-拉疲劳破坏状态。例如,风电机组的使用环境复杂、恶劣,既要承受动载冲击,又要承受腐蚀环境。所用连接螺栓的疲劳断裂率高达85%。高强度螺栓的主要失效形式是疲劳。

高强螺栓的“三大问题”源于应力集中的敏感性

高强度螺栓一般由高强度低合金钢、超高强度钢和高温合金制成。随着高端机械设备的发展,高强度螺栓用合金的强度将不断提高。高强度材料具有疲劳强度高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高等特点。然而,高强度材料的突出缺点是疲劳强度对应力集中敏感。

大量高强度螺栓的疲劳失效分析结果表明,80%以上的疲劳失效是由表面损伤、头杆结合处脱碳、螺纹加工中明显的小裂纹、刀具痕迹不连续和表面腐蚀、淬火组织不均匀造成的,因为那里的应力集中。

制造高强度螺栓的机遇与挑战

高端机械设备为高强度螺栓制造带来前所未有的发展机遇。如果不解决“三大问题”,就很难达到预期目标,更谈不上达到国际先进水平。解决“三大难题”,需要解决三个层面的问题:一是自主知识产权;二是经济承受能力;三是长寿命、高可靠性、结构轻量化技术。

首先,要改变我们的观念,我们必须认清时间和空间。我国必须发展高端机械制造业,掌握关键技术,增强核心竞争力,摒弃改口不改的说辞和错误发展的产业技术和市场化技术的观念。从过去“引进,模仿-滞后,再引进,模仿…”的现状,加快紧固件热处理的发展已迫在眉睫。

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其次,要充分认识和解决“三大问题”,实现螺栓的长寿命、高强度。高可靠性、减轻结构重量是一场革命:

1从高强螺栓“成型”制造到抗疲劳制造技术革命;解决“有无”向重点高强螺栓转变,支持高端机械制造业可持续发展;

2从指标终检到过程控制的管理变革;

3从低技术、被动向高科技、主动从业者素质革命。从廉价劳动力、滥用环境资源到高附加值、人性化、低排放、绿色环保的革命。


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