هناك أسباب مختلفة لكسر الترباسالسحابات. بشكل عام، يحدث تلف الترباس بسبب عامل الإجهاد، والتعب، والتآكل، والتقصف الهيدروجيني.
كسر الترباس
1. عامل التوتر
يحدث تجاوز الإجهاد التقليدي (الإجهاد الزائد) بسبب أي واحد أو مجموعة من عوامل القص والشد والانحناء والضغط.
يفكر معظم المصممين أولاً في الجمع بين حمل الشد وقوة التحميل المسبق والحمل العملي الإضافي. قوة الشد المسبق هي في الأساس داخلية وثابتة، والتي تعمل على ضغط مكونات المفصل. الأحمال العملية هي قوى خارجية، وعادة ما تكون دورية (ترددية) مطبقة على أدوات التثبيت.
يحاول حمل الشد مقاومة مكونات المفصل من الفتح. عندما تتجاوز هذه الأحمال حد العائد للمسمار، يتغير المسمار من التشوه المرن إلى التشوه البلاستيكي، مما يؤدي إلى تشوه دائم للمسمار. ولذلك، لا يمكن استعادته إلى حالته الأصلية عند إزالة الحمل الخارجي. ولأسباب مماثلة، إذا تجاوز الحمل الخارجي على الترباس قوة الشد القصوى، فسوف ينكسر المسمار.
يتم تحقيق شد الترباس عن طريق الالتواء بقوة التحميل المسبق. أثناء التثبيت، يؤدي عزم الدوران المفرط إلى الإفراط في الشد ويقلل من قوة الشد المحوري للمثبتات عن طريق تعريضها للضغط الزائد. وبعبارة أخرى، فإن البراغي المعرضة للالتواء المستمر لها قيم إنتاجية أقل مقارنة بالمسامير المعرضة مباشرة للشد والشد. بهذه الطريقة، قد يستسلم البرغي قبل الوصول إلى الحد الأدنى من قوة الشد للمعيار المقابل. يمكن لعزم الدوران الكبير أن يزيد من قوة الشد المسبق للمسمار وبالتالي يقلل من ارتخاء المفصل. من أجل زيادة قوة القفل، يتم ضبط قوة الشد المسبق بشكل عام عند الحد الأعلى. بهذه الطريقة، ما لم يكن الفرق بين قوة الخضوع وقوة الشد النهائية صغيرًا، فإن البراغي عمومًا لن تستسلم بسبب الالتواء.
يطبق حمل القص قوة رأسية على المحور الطولي للقطعةالترباس. وينقسم إجهاد القص إلى إجهاد القص المفرد وإجهاد القص المزدوج. من البيانات التجريبية، يبلغ إجهاد القص الفردي النهائي حوالي 65% من إجهاد الشد النهائي. يفضل العديد من المصممين أحمال القص لأنهم يستخدمون قوة الشد والقص للبراغي. إنها تعمل بشكل أساسي مثل المسامير، وتشكل وصلات بسيطة نسبيًا للمثبتات المعرضة للقص. العيب هو أن وصلات القص لها نطاق محدود من التطبيقات ولا يمكن استخدامها بشكل متكرر، لأنها تتطلب المزيد من المواد والمساحة. نحن نعلم أن تكوين المواد ودقتها يلعبان أيضًا دورًا حاسمًا. ومع ذلك، فإن بيانات المواد التي تحول إجهاد الشد إلى حمل القص غالبًا ما تكون غير متوفرة.
تؤثر قوة الشد المسبق للمثبتات على سلامة وصلات القص. كلما انخفضت قوة التحميل المسبق، أصبح من الأسهل على الطبقة المشتركة أن تنزلق عند ملامستها للترباس. يتم حساب سعة حمل القص عن طريق ضرب عدد المستويات المستعرضة (يُطلق على مستوى القص الواحد اسم القص المفرد، ويسمى مستويا القص القص المزدوج)، والتي يجب أن تكون المقاطع العرضية للبراغي غير الملولبة. نحن لا نؤيد تصميم القص من خلال الخيوط، حيث يمكن التغلب على قوة القص للمثبتات من خلال تركيز الضغط عندما يتغير المقطع العرضي. عند تحديد قوة القص للمثبتات، يستخدم بعض المصممين منطقة إجهاد الشد، بينما يفضل البعض الآخر المقاطع ذات القطر الصغير. إذا كان الترباس الموجود في وصلة القص ملتويًا إلى القيمة المحددة (كما هو موضح في الشكل 2)، فلا يمكن لسطح التزاوج لطبقة الاتصال أن يبدأ في الانزلاق حتى يتجاوز مقاومة الاحتكاك بالخارج. يمكن أن تؤدي زيادة الاحتكاك بين الأسطح المتزاوجة إلى تحسين السلامة العامة للاتصال. في بعض الأحيان، نظرًا لحجم الأجزاء ومتطلبات التصميم، قد يكون عدد البراغي التي يجب استخدامها محدودًا.
الشكل 2: بغض النظر عما إذا كان مكون التوصيل عبارة عن قطع فردي أو قطع مزدوج، يجب ألا يمر سطح القطع عبر الجزء الملولب من أداة التثبيت
بالإضافة إلى أحمال الشد والقص، فإن إجهاد الانحناء هو حمل آخر تتعرض له البراغي، وينتج عن قوى خارجية ليست متعامدة مع المحور الطولي للمسمار وتقع على أسطح المحمل والتزاوج. بشكل عام، كلما كان اتصال التثبيت أبسط، زادت سلامته وموثوقيته.
2. التعب
لا يوجد حاليًا تشريع محدد يوجه الموردين لشراء المكونات الرئيسية التي تتوافق مع المعايير الصناعية في اللوائح ذات الصلة بالمثبتات الصناعية، خاصة دون ذكر السبب الرئيسي لفشل أدوات التثبيت - وهو التعب. يُقدر أن ضرر الإرهاق يمثل 85% من إجمالي عدد أعطال أدوات التثبيت.
التعب في البراغي هو العمل المستمر لأحمال الشد الدورية، مما يؤدي إلىالبراغيالتعرض لقوى التحميل المسبق الصغيرة نسبيًا وأحمال العمل المتناوبة. في ظل ظروف الحمل المزدوج هذه لفترة طويلة، ستفشل البراغي عندما تكون قوة الشد المقدرة لها أقل من. يتم تحديد عمر الكلال من خلال عدد وسعة دورات إجهاد التحميل. قد تتعرض أيضًا بعض الوصلات المضغوطة، مثل المكابس ومعدات الختم وآلات التشكيل، لكسر الكلال. يتم إنشاء ضغوط مركبة متعددة بين الطاقة والتحميل المسبق أثناء التشغيل. في حركات التمدد المتكررة، يتأثر عدد وسعة تغيرات الإجهاد بدرجة التعب والضرر.
أدوات التثبيت الصناعية النموذجية، مثل البراغي السداسية، تستطيل باستمرار وتعود إلى شكلها الأصلي ضمن نطاق معين من المرونة. إذا تعرضت لضغط يتجاوز المعدل الطبيعي ويتجاوز النطاق المرن، فسوف تتعرض لتشوه دائم حتى تنكسر في النهاية. يسمى سلوك التمدد والعودة إلى الحالة الممتدة بالدورة. يمكن لبرغي المقبس السداسي أن يتحمل ما يقرب من 240-10 درجة من الدورات في اليوم (الحد الأقصى) كما هو موضح في الشكل 3.
الشكل 3: تحسين مخطط جودمان
يشير القطر المنقط إلى متوسط قيمة حمل المسمار المتناوب مع احتمال 90% لمدة 10 ملايين دورة. يوضح الخط القطري الفعلي أنه عندما تصل قوة الشد المسبق للمسمار إلى 100ksi، فإن الحد الأقصى للانحراف بين الحمل الديناميكي ومتوسط الضغط هو 12ksi.
سوف تتشقق أدوات التثبيت في النهاية بسبب دورات الضغط المتكررة من الذروة إلى الذروة. يحدث الكسر عادةً عند النقطة الأكثر ضعفًا في أداة التثبيت، والتي يشير إليها المهندسون باسم "المنطقة ذات التركيز الأقصى للضغط". بمجرد حدوث شقوق صغيرة عند نقطة تركيز الإجهاد واستمرار تعرضها للضغط، سوف تنتشر الشقوق بسرعة، مما يتسبب في تلف الكلال في أداة التثبيت. تقوم الشركات التي تصنع أدوات التثبيت للاستخدام الصناعي باستمرار باستكشاف عمليات صب جديدة وتصميم وتطوير طرق تصنيع جديدة يمكنها التغلب على نقاط الضعف القاتلة المذكورة أعلاه.
تشمل المواقع الأكثر شيوعًا لفشل الكلال المفصل (أي الخيط المحمل الأول)، وشرائح الجذر، والخيط، وانتهاء الخيط. نظرًا لتحسن قوة الكلال من خلال تطوير مواد وطرق إنتاج أفضل في الصناعة التحويلية، أصبحت الخيوط أضعف نقطة في أدوات التثبيت وهي حاليًا أعلى نسبة من الضرر الذي يسبب فشل الكلال.
إن العلاقة المتبادلة بين متغيرات الإجهاد في التصميم وخصائص أداء المثبتات تجعل تحديد معايير قوة الكلال مهمة صعبة. في الوقت الحالي، يعد تحديد عدد "دورات الكسر" وقياس القوة النسبية لسلسلة من أدوات التثبيت عملية معقدة.
3. التآكل
سبب آخر لكسر الترباس هو التآكل. للتآكل أشكال عديدة، بما في ذلك التآكل العادي، والتآكل الكيميائي، والتآكل الإلكتروليتي، والتآكل الإجهادي. يشير التآكل الإلكتروليتي إلى تعرض أدوات التثبيت لعوامل رطبة مختلفة مثل مياه الأمطار أو الضباب الحمضي، وهي عبارة عن إلكتروليتات يمكن أن تسبب تآكلًا كيميائيًا للمثبتات؛ ثانيًا، نظرًا لاختلاف المواد المستخدمة في أدوات التثبيت، فإن إمكاناتها التحليلية مختلفة، ويمكن أن يؤدي فرق الجهد بسهولة إلى توليد "بطاريات صغيرة". يجب على المصممين اختيار المواد ذات الإمكانات الإلكتروليتية المماثلة قدر الإمكان بناءً على توافق المعادن، مع إزالة شروط توليد الإلكتروليت لمنع التشقق الناتج عن التآكل الإلكتروليتي.
التآكل الإجهادي محدود نسبيا. يوجد التآكل الناتج عن الإجهاد تحت أحمال الشد العالية ويؤثر بشكل رئيسي على أدوات التثبيت المصنوعة من سبائك الفولاذ عالية القوة. تكون المثبتات المصنوعة من سبائك الفولاذ (خاصة الفولاذ ذو التركيبة العالية من السبائك) عرضة للتشقق تحت الضغط. في البداية، عادة ما تتشكل الشقوق والحفر على السطح، ثم يحدث المزيد من التآكل، مما يعزز انتشار الشقوق. يتم تحديد معدل انتشار الشقوق من خلال الضغط الواقع على الترباس وصلابة المادة عند الكسر. عندما تعمل المادة المتبقية إلى النقطة التي لا يمكنها فيها تحمل الضغط المطبق، يحدث الكسر.
4. التقصف الهيدروجيني
تعتبر أدوات التثبيت الفولاذية عالية القوة (بشكل عام ذات صلابة روكويل C36 أو أعلى) أكثر عرضة للتقصف الهيدروجيني. التقصف الهيدروجيني هو السبب الرئيسي لكسر المثبت. تقصف الهيدروجين هو ظاهرة تدخل فيها ذرات الهيدروجين وتنتشر في جميع أنحاء مصفوفة المادة بأكملها. عندما تدخل ذرات الهيدروجين إلى مصفوفة المادة، تتعرض المصفوفة لتشوه شبكي، مما يؤدي إلى تعطيل حالة التوازن الأصلية ويجعل من السهل تصدعها تحت تأثير القوى الخارجية. عندما يتم تطبيق تحميل خارجي علىأفسد,تهاجر ذرات الهيدروجين إلى منطقة الإجهاد شديدة التركيز، مسببة إجهادًا كبيرًا بين حواف الحدود البلورية، مما يؤدي إلى الكسر بين جزيئات المثبت البلورية.
عندما تحتوي أدوات التثبيت على الهيدروجين المهم قبل التثبيت، فإنها تنكسر عادةً خلال 24 ساعة. إذا دخل الهيدروجين إلى المثبت، فمن المستحيل التنبؤ بموعد كسره. لذلك، عند استخدام أدوات التثبيت ذات الصلة، يجب على المصممين تحديد اختيار الموردين الذين لديهم عمليات متخصصة والحد الأدنى من التقصف الهيدروجيني المحتمل.
5. عوامل أخرى
لا يرتبط كسر الاتصال دائمًا بشكل مباشر بكسر التثبيت الكارثي. يمكن أن تتسبب العديد من العوامل المتعلقة بالمثبتات، مثل فقدان التحميل المسبق أو إجهاد وصلات التثبيت، في التآكل والتمزق؛ يمكن أن تولد الإزاحة المركزية للمثبتات ضوضاء وتسربًا أثناء الاستخدام، مما يتطلب صيانة غير مخطط لها لمنع الكسر. على سبيل المثال، يمكن أن يقلل الاهتزاز من مقاومة الاحتكاك للخيوط، ويمكن أن تسترخي وصلات التثبيت بسبب تطبيق أحمال العمل بعد التثبيت. يمكن أن تؤدي هذه العوامل، إلى جانب زحف البراغي ذي درجة الحرارة العالية، إلى فقدان قوة التحميل المسبق. في بعض الأحيان يمكن أن يعزى كسر الاتصال إلى أن الثقب الذي يمر عبره كبير جدًا أو صغير جدًا، أو أن تكون منطقة التحمل صغيرة جدًا، أو أن تكون المادة ناعمة جدًا، أو أن الحمل مرتفع جدًا. لن تتسبب أي من هذه المواقف في حدوث كسر مباشر في الترباس، ولكنها ستؤدي إلى فقدان سلامة الاتصال أو كسر الترباس في نهاية المطاف.
