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高温螺栓紧固可靠性

发布时间:2022-05-25 点击量:163

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针对高温工作环境下螺栓轴力衰减问题,理论分析螺栓轴力衰减的原因.

随着发动机功率密度、排气温度、零部件热负荷不断提高,对高温零件的紧固和密封可靠性提出更高的要求。发动机高温螺栓的工作温度高达 700 ℃,导致排气管出气口、增压器废气法兰等部位经常出现螺栓断裂失效和漏气故障。

通过试验确认排气歧管结构优化和定位孔优化可以减小排气歧管关键部位热变形对紧固螺栓的挤压剪切,从而解决紧固螺栓断裂的问题.

金属材料的弹性模量和强度是高温环境下螺栓轴力衰减的主要因素。金属材料的弹性模量和 强度随着温度增加而降低,弹性模量降低直接导致轴力下降,材料强度降低导致螺栓最大承载能力减小。螺栓经过淬火或固溶时效等热处理工艺后,其强度发生变化,原材料的标准性能参数并不能完全适用于工程实际应用。因此,有必要对紧固件在不同温度下的强度进行研究。 

高温蠕变是导致螺栓轴力衰减的重要因素之一。蠕变是固体材料在应力不变的条件下,应变 随时间延长而增加的现象。蠕变多属于塑性变形,不可回弹。零件承受的应力越大,工作温度越高,时间越长,蠕变量越大。高温蠕变产生的塑性变形可导致螺栓轴力松弛衰减。蠕变属于材料的固有属性,主要取决于材料的组成成分,例如材料中镍元素含量较高时,材料表现出来的耐温特性更优。高温蠕变对不同材 料成分高温螺栓,轴力衰减的影响不同。热膨胀也会导致螺栓轴力的变化。

热膨胀受材料热膨胀系数、零件长度、工作温度等的影响,排气管螺栓连接结构为例,由于螺栓、套筒和法兰 的材料及尺寸不同,3 个零件产生的热膨胀存在差异,进而导致螺栓轴力的波动。单纯抑制螺栓的热膨胀不能有效解决轴力衰减问题,需要优化螺栓及被连接件的材料及尺寸配合。





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