Nous pensons inconsciemment que plus un boulon est résistant, moins il risque de se briser. Cependant, ce n'est pas le cas-au contraire,boulons à haute-résistancese cassent plus fréquemment que les boulons ordinaires, et il y a une logique fondamentale derrière ce phénomène.
Tout d’abord, nous devons clarifier un principe clé : plus la résistance d’un boulon est élevée, plus sa dureté est élevée (elles sont positivement corrélées) ; tandis que plus la dureté est élevée, plus la ténacité est mauvaise (elles sont corrélées négativement). Cela signifie que les boulons à haute résistance-ont un faible allongement. Si la contrainte dépasse la limite, ils subiront directement une rupture fragile, au lieu de se déformer de manière significative comme les boulons ordinaires avant de tomber en panne. Plus important encore, les boulons à haute résistance-sont intrinsèquement utilisés dans des scénarios de charge-élevées et sont conçus pour correspondre à leur plage de propriétés mécaniques. Si la contrainte réelle dépasse la limite en raison d'un mauvais fonctionnement ou de conditions de travail anormales, une fracture est susceptible de se produire. Pour les environnements à faible-charge, des boulons ordinaires peuvent être utilisés pour contrôler les coûts, il n'est donc pas nécessaire de recourir à des boulons à haute résistance-, ce qui est la principale raison pour laquelle les boulons à haute résistance-se cassent plus souvent.
Les causes spécifiques de rupture de boulons à haute résistance-incluent principalement les catégories suivantes :
1. Rupture de surcharge de l'assemblage
L'essentiel de la fixation de boulons à haute résistance-est de rendre le boulon résistant à la traction en serrant l'écrou pour générer la précharge spécifiée (force de verrouillage), plutôt que de "faire tourner et appuyer sur le filetage à l'extrémité arrière du boulon". Son couple de serrage a des paramètres standard clairs, généralement contrôlés à environ 75 % de la limite d'élasticité du matériau du boulon-ce couple peut amener le boulon à produire une légère déformation élastique, et la tension inverse générée par la déformation est la précharge. Si le couple de serrage dépasse la plage standard, le boulon supportera une charge de traction excessive, provoquant directement une rupture par surcharge.
Le contrôle du couple de serrage nécessite trois conditions : une conception raisonnable du processus d'installation-sur site, des outils d'installation précis (tels que des clés dynamométriques, des multiplicateurs de couple) et des opérateurs ayant reçu une formation formelle avant de prendre leurs fonctions (ils doivent être capables de lire et de définir avec précision les paramètres des outils). Il convient de noter que les clés dynamométriques de différents niveaux de précision ont des tolérances différentes, généralement ±4 %10 % (et non 20 %). Ce n'est que lorsque les conditions telles que l'alimentation électrique et la pression de l'air sont stables et que l'outil est dans la période de validité de l'étalonnage que la tolérance n'entraîne pas de risque de fracture ; si la tolérance dépasse la plage, un couple incorrect risque de se produire.
2. Fracture causée par des fluctuations du coefficient de friction
Quand leboulon et écroules filetages s'engagent, le coefficient de frottement affectera la précharge réelle-même si le même couple est défini, les fluctuations du coefficient de frottement entraîneront une dispersion de la précharge. Si le coefficient de frottement n'est pas entièrement pris en compte et que seuls les paramètres de couple sont pris en compte, une précharge insuffisante ou une surcharge est susceptible de se produire : lorsque le coefficient de frottement est trop grand, la précharge est trop faible sous le même couple (ce qui peut conduire à un desserrage) ; lorsque le coefficient de frottement est trop faible, la précharge est trop importante sous le même couple (ce qui peut provoquer une rupture).
Dans les scénarios industriels, une cause fréquente de réduction du coefficient de frottement est la lubrification non autorisée : certaines usines appliquent du talc, de l'huile lubrifiante ordinaire, etc. sur les filetages des boulons pour un assemblage pratique. Bien que cela puisse réduire la friction et faciliter le vissage, cela réduira considérablement le coefficient de friction, ce qui entraînera une précharge dépassant largement la norme sous le même couple, et conduisant finalement à une rupture. L'approche correcte consiste à utiliser des composés antigrippants spécialisés (qui doivent correspondre au matériau du boulon) au lieu de produits lubrifiants aléatoires.
3. Fracture de fatigue
La rupture par fatigue est le mode de défaillance le plus caché des-boulons à haute résistance-. Il n'y a aucun signe évident avant la rupture et elle peut survenir soudainement dans des conditions statiques ou de travail. De plus, l'emplacement de la fracture est principalement concentré dans les zones de concentration de contraintes telles que le congé de transition entre la tête et la tige, et la racine du filetage.
La principale cause de ce type de rupture est « l'utilisation au-delà de la limite de fatigue » : bien que les boulons à haute résistance-aient une forte valeur ajoutée, certaines entreprises les réutilisent indéfiniment pour réduire les coûts. Lorsque le nombre d'utilisations ou la charge alternée supportée dépasse leur limite de fatigue, des microfissures se forment progressivement à l'intérieur du boulon, conduisant finalement à une rupture de fatigue. Par conséquent, il est très nécessaire d'effectuer des inspections régulières complètes des boulons à haute résistance (telles que l'inspection par magnétoscopie, les tests par ultrasons), ce qui n'est pas « rarement nécessaire ».
4. Fracture due à un serrage insuffisant
Il semble que les boulons qui ne sont « pas complètement serrés » ne supporteront pas les contraintes, mais en fait, des fractures peuvent être provoquées par le jeu généré par le desserrage. Par exemple : lorsque deux tiges de forage sont reliées avec des boulons à haute résistance-pour forer vers le bas sur le sol, si les boulons ne sont pas complètement serrés, il y aura un jeu important. Lorsque le couple élevé de forage est transmis à travers les tiges de forage, le jeu fera supporter aux boulons une force de cisaillement supplémentaire et une force d'impact alternée - ces forces dépassent de loin la plage d'appui conçue duboulons, conduisant finalement à une fracture. Essentiellement, un boulon insuffisamment serré passera d'un « élément de tension » à un « élément de cisaillement et d'impact », échouant car il dépasse son type de charge-.
5. Fracture causée par des problèmes de qualité
Les matériaux ou les processus de traitement thermique de qualité inférieure sont des problèmes de qualité acquis et des causes directes de fracture :
Matériaux de qualité inférieure : utilisation de nuances d'acier qui ne répondent pas aux exigences (comme le remplacement de l'acier de construction allié par de l'acier au carbone ordinaire), ou les matériaux présentent des défauts inhérents tels que des impuretés et des fissures ;
Processus de traitement thermique de qualité inférieure : les écarts dans les paramètres tels que la température de trempe et le temps de revenu entraîneront des propriétés mécaniques non qualifiées des boulons (telles qu'une dureté élevée mais une ténacité extrêmement faible).
De tels problèmes peuvent être complètement résolus en contrôlant strictement l'approvisionnement en matériaux (vérification des certificats de matériaux), les processus de production (surveillance des processus de traitement thermique) et les inspections d'usine (tests de propriétés mécaniques).
