बोल्ट फ्रैक्चर के विभिन्न कारण हैंफास्टनर. सामान्यतया, बोल्ट क्षति तनाव कारक, थकान, क्षरण और हाइड्रोजन भंगुरता के कारण होती है।
बोल्ट फ्रैक्चर
1. तनाव कारक
अत्यधिक पारंपरिक तनाव (अति तनाव) किसी एक या कतरनी, तनाव, झुकने और संपीड़न के संयोजन के कारण होता है।
अधिकांश डिज़ाइनर पहले तन्य भार, प्रीलोड बल और अतिरिक्त व्यावहारिक भार के संयोजन पर विचार करते हैं। पूर्व कसने वाला बल मूल रूप से आंतरिक और स्थिर होता है, जो संयुक्त घटकों को संपीड़ित करता है। व्यावहारिक भार बाहरी होते हैं, आमतौर पर फास्टनरों पर चक्रीय (पारस्परिक) बल लगाए जाते हैं।
तन्य भार संयुक्त घटकों को खुलने से रोकने का प्रयास करता है। जब ये भार बोल्ट की उपज सीमा से अधिक हो जाता है, तो बोल्ट लोचदार विरूपण से प्लास्टिक विरूपण में बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बोल्ट का स्थायी विरूपण हो जाता है। इसलिए, बाहरी भार हटा दिए जाने पर इसे अपनी मूल स्थिति में बहाल नहीं किया जा सकता है। समान कारणों से, यदि बोल्ट पर बाहरी भार उसकी अंतिम तन्य शक्ति से अधिक हो जाता है, तो बोल्ट टूट जाएगा।
प्रीलोड बल के साथ घुमाकर बोल्ट को कसने का काम किया जाता है। स्थापना के दौरान, अत्यधिक टॉर्क अत्यधिक कसने की ओर ले जाता है और फास्टनरों पर अत्यधिक दबाव डालकर उनकी अक्षीय तन्य शक्ति को कम कर देता है। दूसरे शब्दों में, निरंतर मरोड़ के अधीन बोल्ट में सीधे तनाव और तनाव के अधीन बोल्ट की तुलना में कम उपज मूल्य होता है। इस तरह, बोल्ट संबंधित मानक की न्यूनतम तन्य शक्ति तक पहुंचने से पहले झुक सकता है। एक बड़ा टॉर्क बोल्ट के पूर्व कसने वाले बल को बढ़ा सकता है और तदनुसार जोड़ के ढीलेपन को कम कर सकता है। लॉकिंग बल को बढ़ाने के लिए, पूर्व कसने वाले बल को आम तौर पर ऊपरी सीमा पर सेट किया जाता है। इस तरह, जब तक उपज शक्ति और अंतिम तन्य शक्ति के बीच अंतर छोटा नहीं होता, तब तक बोल्ट आमतौर पर मरोड़ के कारण उपज नहीं देंगे।
कतरनी भार अनुदैर्ध्य अक्ष पर एक ऊर्ध्वाधर बल लागू करता हैपेंच. कतरनी तनाव को एकल कतरनी तनाव और दोहरे कतरनी तनाव में विभाजित किया गया है। अनुभवजन्य डेटा से, अंतिम एकल कतरनी तनाव, अंतिम तन्य तनाव का लगभग 65% है। कई डिजाइनर कतरनी भार पसंद करते हैं क्योंकि वे बोल्ट की तन्यता और कतरनी ताकत का उपयोग करते हैं। वे मुख्य रूप से डॉवल्स की तरह कार्य करते हैं, कतरनी के अधीन फास्टनरों के लिए अपेक्षाकृत सरल कनेक्शन बनाते हैं। नुकसान यह है कि कतरनी कनेक्शन में अनुप्रयोगों की एक सीमित सीमा होती है और इन्हें अक्सर उपयोग नहीं किया जा सकता है, क्योंकि उन्हें अधिक सामग्री और स्थान की आवश्यकता होती है। हम जानते हैं कि सामग्रियों की संरचना और सटीकता भी निर्णायक भूमिका निभाती है। हालाँकि, तन्य तनाव को अपरूपण भार में परिवर्तित करने वाला भौतिक डेटा अक्सर अनुपलब्ध होता है।
फास्टनरों का पूर्व कसने वाला बल कतरनी कनेक्शन की अखंडता को प्रभावित करता है। प्रीलोड बल जितना कम होगा, बोल्ट के संपर्क में आने पर संयुक्त परत के लिए फिसलना उतना ही आसान होगा। कतरनी भार क्षमता की गणना अनुप्रस्थ विमानों की संख्या को गुणा करके की जाती है (एक कतरनी विमान को एकल कतरनी कहा जाता है, और दो कतरनी विमानों को डबल कतरनी कहा जाता है), जो कि अनथ्रेडेड बोल्ट का क्रॉस-सेक्शन होना चाहिए। हम धागों के माध्यम से कतरनी डिजाइन करने की वकालत नहीं करते हैं, क्योंकि क्रॉस-सेक्शन में बदलाव होने पर फास्टनरों की कतरनी ताकत को तनाव एकाग्रता से दूर किया जा सकता है। फास्टनरों की कतरनी ताकत का निर्धारण करते समय, कुछ डिजाइनर तन्य तनाव क्षेत्र का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य छोटे-व्यास वाले खंड पसंद करते हैं। यदि कतरनी कनेक्शन में बोल्ट को निर्दिष्ट मूल्य पर घुमाया जाता है (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है), संपर्क परत की संभोग सतह तब तक फिसलना शुरू नहीं कर सकती जब तक कि यह बाहर घर्षण प्रतिरोध से अधिक न हो जाए। संभोग सतहों के बीच घर्षण बढ़ाने से कनेक्शन की समग्र अखंडता में सुधार हो सकता है। कभी-कभी, भागों के आकार और डिज़ाइन आवश्यकताओं के कारण, उपयोग किए जाने वाले बोल्ट की संख्या सीमित हो सकती है।
चित्र 2: भले ही कनेक्टिंग घटक सिंगल कट या डबल कट हो, काटने की सतह को फास्टनर के थ्रेडेड हिस्से से नहीं गुजरना चाहिए
तन्य और कतरनी भार के अलावा, झुकने वाला तनाव एक और भार है जो बोल्ट अनुभव करता है, जो बाहरी ताकतों के कारण होता है जो बोल्ट के अनुदैर्ध्य अक्ष के लंबवत नहीं होते हैं और असर और संभोग सतहों पर स्थित होते हैं। कुल मिलाकर, फास्टनर कनेक्शन जितना सरल होगा, उसकी अखंडता और विश्वसनीयता उतनी ही अधिक होगी।
2. थकान
वर्तमान में कोई विशिष्ट कानून नहीं है जो आपूर्तिकर्ताओं को औद्योगिक फास्टनरों के लिए प्रासंगिक नियमों में औद्योगिक मानकों का अनुपालन करने वाले प्रमुख घटकों को खरीदने का निर्देश देता है, खासकर फास्टनर विफलता के मुख्य कारण - थकान का उल्लेख किए बिना। फास्टनर विफलताओं की कुल संख्या का 85% थकान क्षति के कारण होने का अनुमान है।
बोल्ट में थकान चक्रीय तन्य भार की निरंतर क्रिया है, जिसके परिणामस्वरूप होता हैबोल्टअपेक्षाकृत छोटे प्रीलोड बलों और वैकल्पिक कार्य भार के अधीन किया जा रहा है। लंबे समय तक ऐसी दोहरी लोड स्थितियों के तहत, बोल्ट तब विफल हो जाएंगे जब उनकी रेटेड तन्य शक्ति कम होगी। थकान का जीवन लोडिंग तनाव चक्रों की संख्या और आयाम से निर्धारित होता है। कुछ संपीड़ित कनेक्टर, जैसे प्रेस, स्टैम्पिंग उपकरण और मोल्डिंग मशीनरी में भी थकान फ्रैक्चर का अनुभव हो सकता है। ऑपरेशन के दौरान पावर और प्रीलोड के बीच कई समग्र तनाव उत्पन्न होते हैं। बार-बार खींचने वाले आंदोलनों में, तनाव परिवर्तनों की संख्या और आयाम थकान और क्षति की डिग्री से प्रभावित होते हैं।
विशिष्ट औद्योगिक फास्टनरों, जैसे हेक्स स्क्रू, लगातार बढ़ते हैं और लोच की एक निश्चित सीमा के भीतर अपने मूल आकार में लौट आते हैं। यदि सामान्य से अधिक और लोचदार सीमा से परे तनाव का सामना किया जाता है, तो वे स्थायी विरूपण से गुजरेंगे जब तक कि वे अंततः टूट न जाएं। विस्तार करने और विस्तारित अवस्था में लौटने के व्यवहार को चक्र कहा जाता है। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, एक हेक्सागोनल सॉकेट स्क्रू प्रति दिन लगभग 240-10 डिग्री चक्र (अधिकतम) का सामना कर सकता है।
चित्र 3 बेहतर गुडमैन आरेख
बिंदीदार विकर्ण 10 मिलियन चक्रों के लिए 90% संभावना के साथ वैकल्पिक स्क्रू लोड के औसत मूल्य को इंगित करता है। वास्तविक विकर्ण रेखा दर्शाती है कि जब पेंच कसने से पहले का बल 100ksi तक पहुँच जाता है, तो गतिशील भार और औसत तनाव के बीच अधिकतम विचलन 12ksi होता है।
चरम से शिखर तक बार-बार तनाव चक्र के कारण फास्टनर अंततः टूट जाएंगे। फ्रैक्चर आमतौर पर फास्टनर के सबसे कमजोर बिंदु पर होता है, जिसे इंजीनियर "अधिकतम तनाव एकाग्रता का क्षेत्र" कहते हैं। एक बार जब माइक्रोक्रैक तनाव एकाग्रता बिंदु पर होते हैं और तनाव के अधीन रहते हैं, तो दरारें तेजी से फैलती हैं, जिससे फास्टनर को थकान क्षति होती है। औद्योगिक उपयोग के लिए फास्टनरों का निर्माण करने वाले उद्यम लगातार नई मोल्डिंग प्रक्रियाओं की खोज कर रहे हैं और नई विनिर्माण विधियों को डिजाइन और विकसित कर रहे हैं जो उपरोक्त घातक कमजोरियों को दूर कर सकते हैं।
थकान विफलता के सबसे आम स्थानों में जोड़ (यानी पहला लोड किया गया धागा), रूट फ़िलेट, धागा और थ्रेड समाप्ति शामिल हैं। विनिर्माण उद्योग में बेहतर सामग्रियों और उत्पादन विधियों के विकास के माध्यम से थकान शक्ति में सुधार के कारण, धागे फास्टनरों का सबसे कमजोर बिंदु बन गए हैं और वर्तमान में थकान विफलता में क्षति का उच्चतम अनुपात होता है।
डिज़ाइन में तनाव चर और फास्टनरों की प्रदर्शन विशेषताओं के बीच अंतर्संबंध थकान शक्ति मानकों को स्थापित करना एक कठिन कार्य बनाता है। वर्तमान में, "फ्रैक्चर के चक्र" की संख्या निर्धारित करना और फास्टनरों की एक श्रृंखला की सापेक्ष ताकत को मापना एक जटिल प्रक्रिया है।
3. संक्षारण
बोल्ट फ्रैक्चर का दूसरा कारण जंग है। संक्षारण के कई रूप होते हैं, जिनमें सामान्य संक्षारण, रासायनिक संक्षारण, इलेक्ट्रोलाइटिक संक्षारण और तनाव संक्षारण शामिल हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक संक्षारण फास्टनरों के विभिन्न नम एजेंटों जैसे कि वर्षा जल या एसिड धुंध के संपर्क में आने को संदर्भित करता है, जो इलेक्ट्रोलाइट्स हैं जो फास्टनरों के रासायनिक क्षरण का कारण बन सकते हैं; दूसरे, फास्टनरों की विभिन्न सामग्रियों के कारण, उनकी इलेक्ट्रोलाइटिक क्षमताएं अलग-अलग होती हैं, और संभावित अंतर आसानी से "माइक्रोबैटरी" उत्पन्न कर सकता है। डिजाइनरों को इलेक्ट्रोलाइटिक जंग के कारण होने वाली दरार को रोकने के लिए इलेक्ट्रोलाइट उत्पादन की शर्तों को समाप्त करते हुए, धातुओं की अनुकूलता के आधार पर यथासंभव समान इलेक्ट्रोलाइटिक क्षमता वाली सामग्रियों का चयन करना चाहिए।
तनाव क्षरण अपेक्षाकृत सीमित है। तनाव संक्षारण उच्च तन्यता भार के तहत मौजूद होता है और मुख्य रूप से उच्च शक्ति मिश्र धातु इस्पात से बने फास्टनरों को प्रभावित करता है। मिश्र धातु इस्पात (विशेष रूप से उच्च मिश्र धातु संरचना वाले स्टील) से बने फास्टनरों में तनाव के तहत टूटने का खतरा होता है। शुरुआत में, आमतौर पर सतह पर दरारें और गड्ढे बन जाते हैं, और फिर आगे क्षरण होता है, जो दरार के प्रसार को बढ़ावा देता है। दरार प्रसार की दर बोल्ट पर तनाव और सामग्री की फ्रैक्चर कठोरता से निर्धारित होती है। जब शेष सामग्री उस बिंदु तक कार्य करती है जहां वह लागू तनाव का सामना नहीं कर सकती है, तो फ्रैक्चर होता है।
4. हाइड्रोजन भंगुरता
उच्च शक्ति वाले स्टील फास्टनरों (आम तौर पर C36 या उच्चतर की रॉकवेल कठोरता के साथ) में हाइड्रोजन के भंगुर होने का खतरा अधिक होता है। फास्टनर फ्रैक्चर का मुख्य कारण हाइड्रोजन उत्सर्जन है। हाइड्रोजन उत्सर्जन एक ऐसी घटना है जिसमें हाइड्रोजन परमाणु संपूर्ण सामग्री मैट्रिक्स में प्रवेश करते हैं और फैलते हैं। जब हाइड्रोजन परमाणु सामग्री मैट्रिक्स में प्रवेश करते हैं, तो मैट्रिक्स जाली विरूपण से गुजरता है, जिससे मूल संतुलन स्थिति बाधित हो जाती है और बाहरी ताकतों के तहत दरार करना आसान हो जाता है। जब कोई बाहरी भार लगाया जाता हैपेंच,हाइड्रोजन परमाणु अत्यधिक संकेंद्रित तनाव क्षेत्र में चले जाते हैं, जिससे क्रिस्टल सीमाओं के किनारों के बीच महत्वपूर्ण तनाव पैदा होता है, जिससे फास्टनर के क्रिस्टल कणों के बीच फ्रैक्चर हो जाता है।
जब फास्टनरों में स्थापना से पहले महत्वपूर्ण हाइड्रोजन होता है, तो वे आम तौर पर 24 घंटों के भीतर टूट जाते हैं। यदि हाइड्रोजन फास्टनर में प्रवेश करता है, तो यह अनुमान लगाना असंभव है कि यह कब टूट जाएगा। इसलिए, प्रासंगिक फास्टनरों का उपयोग करते समय, डिजाइनरों को विशेष प्रक्रियाओं और न्यूनतम संभावित हाइड्रोजन उत्सर्जन वाले आपूर्तिकर्ताओं के चयन को निर्दिष्ट करना चाहिए।
5. अन्य कारक
कनेक्शन फ्रैक्चर हमेशा भयावह फास्टनर फ्रैक्चर से सीधे संबंधित नहीं होता है। फास्टनरों से संबंधित कई कारक, जैसे प्रीलोड का नुकसान या फास्टनर कनेक्शन की थकान, टूट-फूट का कारण बन सकते हैं; फास्टनरों का केंद्र ऑफसेट उपयोग के दौरान शोर और रिसाव उत्पन्न कर सकता है, जिससे टूटने को रोकने के लिए अनियोजित रखरखाव की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कंपन धागों के घर्षण प्रतिरोध को कम कर सकता है, और स्थापना के बाद काम के बोझ के कारण फास्टनर कनेक्शन शिथिल हो सकते हैं। बोल्ट के उच्च तापमान रेंगने के साथ-साथ ये कारक, प्रीलोड बल के नुकसान का कारण बन सकते हैं। कभी-कभी कनेक्शन के फ्रैक्चर को गुजरने वाले छेद के बहुत बड़े या बहुत छोटे होने, असर क्षेत्र के बहुत छोटे होने, सामग्री के बहुत नरम होने या भार के बहुत अधिक होने के कारण जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इनमें से कोई भी स्थिति सीधे बोल्ट फ्रैक्चर का कारण नहीं बनेगी, लेकिन इसके परिणामस्वरूप कनेक्शन की अखंडता का नुकसान होगा या अंततः बोल्ट फ्रैक्चर होगा।
