Inconscientemente pensamos que cuanto mayor sea la resistencia de un perno, es menos probable que se rompa. Sin embargo, este no es el caso-al contrario,pernos de alta-resistenciase rompen con más frecuencia que los pernos comunes y hay una lógica central detrás de este fenómeno.
Primero, necesitamos aclarar un principio clave: cuanto mayor es la resistencia de un perno, mayor es su dureza (están correlacionadas positivamente); mientras que cuanto mayor es la dureza, peor es la tenacidad (están correlacionadas negativamente). Esto significa que los pernos-de alta resistencia tienen un alargamiento bajo. Si la tensión excede el límite, sufrirán directamente una fractura frágil, en lugar de deformarse significativamente como los pernos comunes antes de fallar. Más importante aún, los pernos de alta-resistencia se utilizan inherentemente en escenarios de carga alta-y están diseñados para coincidir con su rango de propiedades mecánicas. Si la tensión real excede el límite debido a una operación inadecuada o condiciones de trabajo anormales, es probable que se produzca una fractura. Para entornos de carga baja-, se pueden usar pernos comunes para controlar los costos, por lo que no hay necesidad de pernos de alta-resistencia-que es la razón principal por la que los pernos-de alta resistencia se rompen con más frecuencia.
Las causas específicas de la fractura de pernos de alta-resistencia incluyen principalmente las siguientes categorías:
1. Fractura por sobrecarga del ensamblaje
El núcleo de la fijación de pernos de alta-resistencia es hacer que el perno se tense apretando la tuerca para generar la precarga especificada (fuerza de bloqueo), en lugar de "rotar y presionar la rosca en el extremo posterior del perno". Su par de apriete tiene parámetros estándar claros, generalmente controlados en alrededor del 75% del límite elástico del material del perno.-Este par puede hacer que el perno produzca una ligera deformación elástica, y la tensión inversa generada por la deformación es la precarga. Si el par de apriete excede el rango estándar, el perno soportará una carga de tracción excesiva, lo que provocará directamente una fractura por sobrecarga.
Controlar el par de apriete requiere tres condiciones: diseño razonable del proceso de instalación en el sitio, herramientas de instalación precisas (como llaves dinamométricas y multiplicadores de torque) y operadores que hayan recibido capacitación formal antes de comenzar a trabajar (deben poder leer y configurar con precisión los parámetros de las herramientas). Cabe señalar que las llaves dinamométricas de diferentes niveles de precisión tienen diferentes tolerancias, normalmente ±4%10% (no 20%). Solo cuando condiciones como el suministro de energía y la presión del aire sean estables y la herramienta esté dentro del período de validez de calibración, la tolerancia no causará riesgos de fractura; Si la tolerancia excede el rango, es probable que se produzca un torque inadecuado.
2. Fractura causada por fluctuaciones en el coeficiente de fricción
cuando elperno y tuercaCuando las roscas se enganchan, el coeficiente de fricción afectará la precarga real-incluso si se establece el mismo par, las fluctuaciones en el coeficiente de fricción causarán dispersión de la precarga. Si no se considera completamente el coeficiente de fricción y solo se confía en los parámetros de torque, es probable que se produzca una precarga insuficiente o una sobrecarga: cuando el coeficiente de fricción es demasiado grande, la precarga es demasiado pequeña bajo el mismo torque (lo que puede provocar un aflojamiento); cuando el coeficiente de fricción es demasiado pequeño, la precarga es demasiado grande bajo el mismo par (lo que puede causar fractura).
En escenarios industriales, una causa común de coeficiente de fricción reducido es la lubricación no autorizada: algunas fábricas aplican polvos de talco, aceite lubricante común, etc. a las roscas de los pernos para un montaje conveniente. Aunque esto puede reducir la fricción y facilitar el atornillado, reducirá significativamente el coeficiente de fricción, lo que provocará que la precarga supere con creces la norma con el mismo par y, en última instancia, provocará una fractura. El enfoque correcto es utilizar compuestos antiagarrotamiento especializados (que deben coincidir con el material del perno) en lugar de medios lubricantes aleatorios.
3. Fractura por fatiga
La fractura por fatiga es el modo de falla más oculto de los pernos-de alta resistencia-; no hay signos obvios antes de la fractura y puede ocurrir repentinamente en condiciones estáticas o de trabajo. Además, la ubicación de la fractura se concentra principalmente en áreas de concentración de tensiones, como el filete de transición entre la cabeza y el vástago, y la raíz de la rosca.
La causa principal de este tipo de fractura es el "uso más allá del límite de fatiga": aunque los pernos-de alta resistencia tienen un alto valor agregado, algunas empresas los reutilizarán indefinidamente para ahorrar costos. Cuando el número de usos o la carga alterna soportada excede su límite de fatiga, gradualmente se formarán microgrietas dentro del perno, lo que eventualmente conducirá a una fractura por fatiga. Por lo tanto, es muy necesario realizar inspecciones exhaustivas periódicas de los pernos de alta-resistencia (como inspección por partículas magnéticas y pruebas ultrasónicas), que no son "raramente necesarias".
4. Fractura por ajuste insuficiente
Parece que los pernos que "no están completamente apretados" no soportarán tensión, pero de hecho, las fracturas pueden ser causadas por el juego generado al aflojarse. Por ejemplo: cuando dos tubos de perforación se conectan con pernos-de alta resistencia para perforar hacia abajo en el suelo, si los pernos no están completamente apretados, habrá un espacio grande. Cuando el alto par de torsión de la perforación se transmite a través de los tubos de perforación, el espacio libre hará que los pernos soporten una fuerza de corte adicional y una fuerza de impacto alternada.-estas fuerzas exceden con creces el rango de carga diseñado para elpernos, eventualmente provocando una fractura. En esencia, un perno insuficientemente apretado cambiará de un "miembro de tensión" a un "miembro de corte e impacto", fallando porque excede su tipo de soporte de carga.
5. Fractura causada por problemas de calidad
Los materiales deficientes o los procesos de tratamiento térmico son problemas de calidad adquiridos y causas directas de fractura:
Materiales de calidad inferior: utilizar grados de acero que no cumplen con los requisitos (como reemplazar el acero estructural aleado con acero al carbono ordinario), o los materiales tienen defectos inherentes como impurezas y grietas;
Procesos de tratamiento térmico deficientes: las desviaciones en parámetros como la temperatura de enfriamiento y el tiempo de revenido darán como resultado propiedades mecánicas no calificadas de los pernos (como una alta dureza pero una tenacidad extremadamente pobre).
Estos problemas pueden resolverse por completo mediante un control estricto de la adquisición de materiales (verificación de certificados de materiales), procesos de producción (monitoreo de procesos de tratamiento térmico) e inspecciones de fábrica (pruebas de propiedades mecánicas).
