造成螺栓失效斷裂的主要原因分析 緊固件失效分析測試機構

采用螺紋緊固件進行連接，相比于采用焊接或是鉚接，有一個好處就是它可以拆卸。這個便利使得螺紋連接變得似乎更加復雜，因為這種可拆卸式的連接無形中增加了失效的可能。

從螺栓的角度來看，造成其失效的原因大致有四種：

? 過載

? 疲勞

? 腐蝕

? 氫脆

過載可能是最容易理解的，施加在螺栓上的載荷，無論是拉伸應力、還是剪切應力，或者是彎曲應力，超過了螺栓本身的承受極限。

拉伸應力的作用總是要把連接的部件分離，如果超過螺栓自身的屈服極限，將會造成螺栓超出其彈性形變范圍而進入塑性變形階段，引起螺栓yongjiu性形變。當載荷力撤去后，其初始的預緊力無法再恢復。

為了獲得期望的預緊力，絕大多數螺栓在安裝時都要施加扭矩。而過多地施加扭矩，會降低螺栓軸向的拉伸強度，也會造成緊固件的過載失效。在安裝時，對螺栓施加扭矩至屈服點可以獲得最大的預緊力效果，提高連接處的疲勞強度；如果屈服極限與極限抗拉強度之間沒有足夠空間的話，還是不建議這么做的。

剪切應力是施加在垂直于螺栓軸方向的力，現代飛機的設計越來越多地采用剪切力設計，這是因為在剪切應力下的緊固件，其接合方式相對簡單、且更有利于載荷的傳遞。

預緊力對于剪切應用的接頭更加重要，預緊力越低，連接處的板材之間越容易產生相對滑動。接頭剪切強度的計算方法是把連接處的螺栓數量乘以其各自剪切強度，再乘以橫向平面數量（我們熟知的單剪和雙剪）。

剪切應用中的螺栓被擰到所需的扭矩時，連接處相接觸的板材之間基本不會產生相對滑動，直到外力超過摩擦阻力。通過提高連接板材間的摩擦力可以有效提高接頭強度。

疲勞，相對就復雜一些了，絕大部分的螺栓失效都是由疲勞引起的。相比于在靜態條件下，周期性的、循環往復的外應力使得螺栓更容易失效。疲勞強度取決于載荷力的數量和量級。

腐蝕造成失效的方式多種多樣，包括化學分解、不同金屬接觸引起的電化學腐蝕、應力腐蝕開裂等等。

化學分解大多源于酸，例如雨水；電化學腐蝕源自不同金屬間的電位差；應力腐蝕開裂主要對高強度合金鋼緊固件在極高抗拉強度應用下影響較大。腐蝕造成的失效，通常以表面裂紋的形式顯現。

高強鋼緊固件非常容易受氫脆的影響。材料中產生了氫原子并在整個材料中發生擴散。當施加載荷后，氫遷移到應力最大的位置處，并在晶界之間發生沉淀，使得緊固件發生斷裂。在酸洗、電鍍或暴露于富氫環境下都有可能產生氫原子。

連接失效并不能與緊固件失效完全地畫等號。許多與緊固件相關的因素，例如震動，可以降低螺紋摩擦阻力，又比如螺栓在高溫下發生蠕變等都會引起預緊力的損失。甚至連接失效都有可能歸結于安裝孔偏大、承載面積偏小、材料太軟、載荷太高等等。

以下是一些常見的螺栓失效分析：

1．  失效在頭部，可能存在彎曲應力或是發生疲勞；

2．  在夾層區域發生頸縮，可能是存在過載問題；

3．  凹坑、點蝕或可見的銹跡表明是腐蝕問題；

4．  失效發生在第一個嚙合的螺紋處，表明應力集中導致的疲勞問題；

5．  安裝后不久，發生干凈的、平整的斷裂，是為氫脆引起的。

從根本上來說，選擇正確尺寸和強度等級的緊固件可以避免發生失效的問題。同樣也許考慮安裝過程中的“變量”，例如潤滑劑、電鍍、粘合劑，以及承載表面和內螺紋材料等問題。因為這些因素會影響到轉矩系數，而這個轉矩系數直接影響安裝扭矩的正確計算。