Les fixations à ultra-haute-résistance peuvent réduire le poids et augmenter l'espace d'installation en réduisant leur propre taille sous la même force de serrage, de sorte que la fonction et le volume des pièces connectées peuvent être optimisés, afin que l'équipement puisse atteindre l'objectif de réduction globale du poids et d'optimisation des performances.
Alors, que sont les boulons-à haute résistance ? Quels sont les points forts des boulons à haute résistance ? Laissez-moi vous montrer aujourd'hui.
Le 28 novembre 2021, l'équipe des matériaux en acier à haute performance dirigée par le professeur Dong Han de l'École de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Shanghai, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., usine Zhoushan 7412, Institut de recherche en technologie métallurgique du Jiangsu, Université de Shanghai (Zhejiang) Équipement haut de gamme, Institut de recherche sur les matériaux de base, Recherche sur les nouveaux matériaux de l'Université de Shanghai (Taizhou) L'Institut et sept autres unités, après plus d'un an de recherche conjointe, grâce à la collaboration complète de la chaîne industrielle de « production de matériaux-fabrication de fixations-évaluation des services", basée sur la théorie des matériaux en acier à haute-performance, utilisant les matières premières de fer de haute-pureté produites par Longfengshan Casting, ont développé avec succès les aciers B17.8 et B19.8 pour les fixations à ultra-haute-fixations, formant Technologie de fabrication de fixations de qualité 16,8 et 19,8.
Fixations de qualité 16,8 et 19,8
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Qu'est-ce qu'un boulon à haute résistance ?
Boulon à haute-résistance (High-Strength Friction Grip Bolt), traduction littérale en anglais : haute-boulon préchargé par friction à haute résistance, abréviation anglaise : HSFG. On peut voir que les boulons à haute-résistance auxquels nous faisons référence dans la construction chinoise sont l'abréviation de boulons de pré-serrage à haute-friction à friction-. Dans la communication quotidienne, les deux mots « friction » et « adhérence » sont simplement abrégés, mais de nombreux ingénieurs et techniciens ont une mauvaise compréhension de la définition de base des boulons à haute résistance.
Malentendu 1 :
Les boulons dont la qualité du matériau dépasse 8,8 sont des « boulons à haute résistance » ?
La principale différence entre les boulons à haute résistance-et les boulons ordinaires ne réside pas dans la résistance du matériau utilisé, mais dans la forme de la force. L'essentiel est de savoir s'il faut appliquer une force de pré-serrage et utiliser la friction statique pour résister au cisaillement.
En fait, dans la norme britannique et la norme américaine, les boulons à haute résistance (HSFG BOLT) mentionnés dans la spécification n'ont que deux types : 8,8 et 10,9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 et ASTM-490), tandis que les boulons ordinaires incluent 4,6, 5,6, 8,8, 10,9, 12,9, etc. (BS 3692 11 Tableau 2 ); on peut voir que la résistance du matériau n'est pas la clé pour distinguer les boulons à haute résistance des boulons ordinaires.
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Où est la résistance des boulons-à haute résistance ?
Selon GB50017, calculez la résistance à la traction et au cisaillement d'un seul boulon ordinaire (classe B) 8,8 et d'un boulon à haute résistance -8,8.
Grâce au calcul, nous pouvons voir que sous la même qualité, les valeurs de conception de résistance à la traction et de résistance au cisaillement des boulons ordinaires sont supérieures à celles des boulons à haute résistance-.
Alors, où est la « résistance » des boulons à haute résistance ?
Pour répondre à cette question, nous devons partir de l'état de fonctionnement de conception des deux boulons, étudier la loi de leur déformation élastique-plastique et comprendre l'état limite lorsque la conception est détruite.
Courbes de contrainte-déformation des boulons ordinaires et des boulons-à haute résistance dans des conditions de travail
État limite lorsque la conception est détruite
Boulons ordinaires : la tige de vis elle-même subit une déformation plastique qui dépasse la tolérance de conception et la tige de vis est cisaillée.
Dans les assemblages par boulons ordinaires, un glissement relatif se produira entre les plaques de connexion avant que la force de cisaillement ne commence à être supportée, puis la tige du boulon et la plaque de connexion entreront en contact, une déformation élastique-plastique se produira et la force de cisaillement sera supportée.
Boulons à haute résistance- : le frottement statique entre les surfaces de friction effectives est surmonté et les deux plaques d'acier subissent un déplacement relatif, qui est considéré comme détruit dans les considérations de conception.
Dans les assemblages par boulons à haute résistance-, la friction supporte d'abord la force de cisaillement. Lorsque la charge augmente au point où la force de frottement n'est pas suffisante pour résister à la force de cisaillement, la force de frottement statique est surmontée et la plaque de connexion subit un glissement relatif (état limite). Cependant, bien qu'elle soit détruite à ce moment-là, la tige du boulon est en contact avec la plaque de connexion et elle peut toujours utiliser sa propre déformation élastique-plastique pour résister à la force de cisaillement.
Idée fausse 2 :
Une capacité portante élevée signifie des boulons-à haute résistance ?
À partir du calcul d'un seul boulon, il peut être constaté que la résistance de conception des boulons à haute résistance en traction et en cisaillement est inférieure à celle des boulons ordinaires. Sa haute résistance est essentiellement la suivante : en fonctionnement normal, aucun glissement relatif n'est autorisé au niveau du nœud, c'est-à-dire une petite déformation élastique-plastique et une grande rigidité du nœud.
On peut voir que sous la charge de nœud de conception donnée, les nœuds conçus avec des boulons à haute résistance-n'économisent pas nécessairement le nombre de boulons utilisés, mais ils ont une faible déformation, une rigidité élevée et une réserve de sécurité élevée. Les boulons à haute résistance- conviennent aux poutres principales et à d'autres emplacements qui nécessitent une grande rigidité des nœuds, ce qui est conforme au principe de conception sismique de base « nœuds forts, tiges faibles ».
La force des boulons à haute résistance-ne réside pas dans leur propre valeur de conception en termes de capacité portante, mais dans la grande rigidité de leurs nœuds de conception, leurs performances de sécurité élevées et leur forte capacité anti-destruction.
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Comparaison entre les boulons-à haute résistance et les boulons ordinaires
Les boulons ordinaires et les boulons-à haute résistance présentent de grandes différences dans les méthodes d'inspection de la construction en raison de leurs principes de force de conception différents.
Les exigences de performances mécaniques des boulons ordinaires de même qualité sont légèrement supérieures à celles des boulons à haute résistance-, mais les boulons à haute résistance-ont une exigence d'acceptation d'énergie d'impact de plus que les boulons ordinaires.
Le marquage des boulons ordinaires et des boulons à haute résistance-est la méthode de base pour-l'identification sur site des boulons de même qualité. Étant donné que les valeurs de calcul de la valeur de couple des boulons à haute résistance-dans les normes britanniques et américaines sont différentes, il est également nécessaire d'identifier les boulons de deux normes.
Boulons à haute résistance- : (M24, L60, qualité 8,8)
Boulons ordinaires : (M24, L60, qualité 8,8)
On peut voir que les boulons ordinaires coûtent environ 70 % du prix des boulons à haute résistance-. En combinaison avec la comparaison de leurs exigences d'acceptation, on peut conclure que l'élément primordial devrait être de garantir les performances en matière d'énergie d'impact (ténacité) du matériau.
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Comment améliorer la résistance à la fatigue des boulons
Quelles que soient les charges complexes supportées, la forme de défaillance courante des boulons à haute résistance-est la rupture par fatigue. Dès 1980, les experts ont étudié 200 cas de rupture d’assemblages boulonnés, dont plus de 50 % étaient des ruptures par fatigue. Il est crucial d'améliorer la résistance à la fatigue des boulons à haute-résistance.
La rupture par fatigue des boulons présente les caractéristiques suivantes :
1. La contrainte maximale de rupture par fatigue est bien inférieure à la limite de résistance du matériau sous contrainte statique, et même inférieure à la limite d'élasticité.
2. Les fractures de fatigue sont toutes des fractures fragiles sans déformation plastique évidente.
3. La fracture de fatigue est dans une certaine mesure le résultat d’une accumulation de dommages microscopiques.
Pour les boulons, la forme de rupture est principalement une déformation plastique de la partie filetée et une rupture par fatigue de la vis, parmi lesquelles :
65 % des dommages surviennent au niveau du premier filetage relié à l'écrou ;
20 % des dommages surviennent à la transition entre le filetage et la tige nue ;
15 % des dommages surviennent au niveau du rayon de transition entre la tête du boulon et la vis.
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Optimiser la conception pour réduire la concentration des contraintes
Contrôlez strictement la taille de l'extrémité du boulon pour éliminer la concentration de contraintes :
un. Utilisez un rayon de transition plus grand ;
b. Découpez une rainure en relief ;
c. Découpez une rainure de coupe arrière à l'extrémité du fil ;
d. L'optimisation de l'angle d'inclinaison de la tête du boulon peut également réduire efficacement la concentration des contraintes ;
e. Utilisez des fils renforcés.
La principale différence entre un filetage renforcé et un filetage ordinaire réside dans le petit diamètre d1 et le congé de transition de racine R du filetage extérieur.
La principale caractéristique du filetage renforcé est que le diamètre mineur d1 est plus grand que celui du filetage ordinaire, le rayon du congé de transition de racine est augmenté, R est augmenté, la concentration de contrainte du boulon est réduite et il existe des exigences spécifiques pour R : R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, où P est le pas, alors que le filetage ordinaire n'a pas une telle exigence et peut même être une section droite.
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Améliorer le processus de fabrication
Le renforcement du contrôle des processus de traitement thermique et de traitement de surface pendant le processus de fabrication des boulons peut améliorer efficacement la fatigue des boulons.
un. Traitement thermique Les boulons sont d'abord traités thermiquement puis roulés, ce qui produit une contrainte de compression résiduelle importante à l'intérieur des boulons, ralentissant ainsi la formation et le développement de fissures, améliorant ainsi la résistance à la fatigue des boulons.
Pendant le traitement thermique, la décarburation doit également être évitée et la résistance à la fatigue des boulons avec et sans décarburation de surface doit être comparée.
Étant donné que le carbone est oxydé dans la couche décarburée, la quantité de cémentite dans la structure métallographique est inférieure à celle de la structure normale, de sorte que sa résistance ou sa dureté en termes de propriétés mécaniques est inférieure à celle de la structure normale.
Habituellement, la résistance à la fatigue du boulon diminue de 19,8 % en cas de décarburation superficielle.
b. Phosphatation Le traitement de phosphatation de la surface du boulon vise à prévenir la rouille et à stabiliser la friction lors de l'assemblage, mais le traitement de phosphatation peut également réduire l'usure.
La réduction du frottement entre le filetage de la roue de filetage et le filetage de la vis pendant le processus de laminage du filetage aura un effet positif sur la répartition des contraintes sur le filetage du boulon après le laminage du filetage et réduira la rugosité de la surface du filetage.
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Définition d'une précharge appropriée
La force de traction de la vis de l'assemblage par boulon ordinaire est principalement supportée par le filetage à trois-contrainte de dent-portant à l'avant.
Lorsque la précharge initiale est suffisamment importante, une partie du fond de filet entrera localement en déformation plastique et une contrainte résiduelle sera générée au niveau de ces fonds de filet. La contrainte de compression résiduelle générée au fond du filetage peut améliorer la résistance à la fatigue du filetage.
Dans le même temps, le filetage après déformation plastique peut également améliorer la répartition de la force du filetage et réduire la pression de contact sur les dents du filetage.
Cela améliore également la résistance à la fatigue du fil.
Plus la précharge est élevée, plus la capacité de l'assemblage boulonné à résister à la séparation de l'assemblage et plus sa capacité à résister à la relaxation de la précharge est grande. Dans le même temps, la résistance à la fatigue effective réelle de l’assemblage boulonné est également plus grande.
Par conséquent, l'augmentation de la précharge de l'assemblage boulonné est propice à l'amélioration de la capacité de l'assemblage boulonné à résister à une rupture par fatigue sous des charges externes cycliques, ce qui réduit le risque de rupture par fatigue de l'assemblage boulonné sous une force d'impact vibratoire et une surcharge limitée.
