ציוד מכני ומבני פלדה מורכבים ממרכיבים שונים, שרובם מחוברים באופן קבוע באמצעות מחברים מושחלים. כשל של מחברים מושחלים מוביל ישירות לתקלה בציוד. במקרים חמורים היא עלולה לגרום להשבתת ציוד, לקריסה מבנית ואף לתאונות פציעה.

בהתחשב בתדירות הגבוהה והסכנות החמורות של תקלות מחברים, טכנאים צריכים לנתח באופן שיטתי את הגורמים המעוררים ולגבש אמצעי תיקון ומניעה ממוקדים לביטול כשלי הידוק באופן יסודי.

כשלים בחיבורים מחולקים בעיקר לשתי קטגוריות. הקטגוריה הראשונה היא כשל בשבר בריח, הגורם להפרדה מיידית של מבנים מחוברים ובדרך כלל מביא לתקלות ציוד חמורות ותאונות בטיחות. הקטגוריה השנייה כוללת התרופפות זוג חוטים והחלקת חוטיםברגים או אומים, אשר מייצר תזוזה יחסית זעירה בין חלקים מחוברים ומוביל לתקלה חלקית בציוד ודיוק תפעול מופחת.

כשל במהדק הוא תהליך מתקדם. התרופפות קלה ללא טיפול בזמן ימשיך להתדרדר ובסופו של דבר יגרום להפרדה מוחלטת של ברגים ואומים, מה שיגרום לתאונות בטיחות גדולות. ביישומים מעשיים, רוב העובדים מבינים לא נכון ששבר בריח נגרם אך ורק על ידי פגמים בחומרים והתרופפות אגוזים על ידי איכות אגוז ירודה, תוך התעלמות מבעיות ליבה כגון תכנון מבני בלתי סביר ותהליכי הרכבה לא סטנדרטיים. מאמר זה מנתח באופן שיטתי את הגורמים לכשלים שונים של שברי בריח מנקודות מבט של תכנון והרכבה.

1 שבר גזירה

שבר גזירה בבורג מתרחש בעיקר בחיבורי הברגה תחת עומס מראש טהור. משטח שבר הגזירה ממוקם בממשק המשותף של שני חלקים מחוברים, ומציג שטח גזירה קטן וחלק ובהיר. הסיבות הספציפיות לכשל מסוכמות כדלקמן.

1.1 סיבות עיצוב

(1) מקדם חיכוך לא מספיק בממשק המפרק או מפרטי בורג שנבחרו בצורה לא נכונה מובילים לעומס מוקדם לא מספק. כאשר כוח החיכוך במשטח המפרק קטן מעומס העבודה הרוחבי, המתבטא בנוסחה fF′＜F (כאשר f הוא מקדם החיכוך הממשק, F′ הוא עומס הבורג מראש, ו-F הוא עומס העבודה הרוחבי), מתרחשת החלקה יחסית בין רכיבים מחוברים. שוק הבורג נתון לכוח שחול וגזירה מקיר החור. ברגע שמתח הגזירה עולה על חוזק הגזירה של חומר הבריח, מתרחש שבר גזירה. העברת רכיבים בעומסי פגיעה רגישים יותר לכשל כזה. בתכנון מבני, ניתן לאמץ חלקים מפחיתי עומס וכתפי מיצוב לשאת עומסים רוחביים, כך שהברגים מבצעים חיבור מתיחה בלבד ללא כוח גזירה.

(2) מחברים ללא מבנים נגד התרופפות מיושמים בתנאי עבודה רוטטים. רטט של ציוד לטווח ארוך משחרר את צמד החוטים ומחליש את עומס הבורג מראש, וכתוצאה מכך חיכוך ממשק לא מספיק ושבר החלקה וגזירה של הרכיבים נוספים. עבור מבנים הפועלים בסביבות רטט, יש לאמץ מחברים מיוחדים נגד התרופפות כגון אגוזי Spiralock ואגוזים של נעילת מומנט רווחים כדי למנוע כשל בהתרופפות.

1.2 סיבות הרכבה

מומנט הידוק לא מספק של הרכבה מוביל לעומס מוקדם של בורג תת סטנדרטי וחיכוך ממשק לא הולם. עומסים חיצוניים גורמים להחלקה יחסית של רכיבים ובסופו של דבר מביאים לשבר גזירה בבורג. מומנט הידוק הבורג הוא אינדיקטור תהליך קריטי בהנדסת מבנה פלדה והרכבת מנוע ודורש בקרה קפדנית. עם זאת, הוא מוזנח לעתים קרובות בתעשיות אחרות בגלל היעדר ניהול מומנט סטנדרטי. במקרים של כשל מעשי, רוב התקלות בהתרופפות הברגה והשבר נגרמות על ידי מומנט הרכבה לא מתאים.

כוח ההידוק של זוג הברגה נוצר על ידי סיבוב אומים או ברגים ומתאם חיובי עם מומנט ההרכבה. כדי להבטיח שהעומס המוקדם עומד בדרישות התכנון, יש לציין בבירור את מומנט ההרכבה במסמכי התהליך וליישם בקפדנות במהלך הפעולה. נוסחת חישוב מומנט ההרכבה היא כדלקמן:

M=KPD

איפה: M - מומנט הרכבה (Nm); K - מקדם מומנט; P - עומס מראש מעוצב (kN); D - קוטר בורג נומינלי (מ"מ).

בתכנון קונבנציונלי, עומס מראש של הבורג מוגדר בתוך 60% עד 80% מחוזק התפוקה של החומר עם מקדם בטיחות מעל 1.2. ניתן להתייחס לעומס התפוקה של ברגים עם מפרטים ודרגות חוזק שונות ל-GB/T 3098.1.

מקדם המומנט נקבע על ידי מקדם החיכוך של זוגות חוטים ומשטח המגע ביניהםמחברים וחלקים מחוברים. הוא מושפע מטיפול פני השטח, דיוק חוזק, סובלנות גיאומטרית, דיוק חוט, חספוס משטח תמיכה וקשיחות מבנית. טיפול פני השטח משמש כגורם הדומיננטי. טיפולי משטח שונים מובילים להבדלים גדולים במקדם המומנט, עד כמעט כפול. עבור זוגות חוטים עם אותו מפרט וחוזק, מקדם המומנט של טיפול בפוספטינג הוא כ-0.13 עד 0.15, בעוד זה של טיפול ההשחרה נע בין 0.26 ל-0.30.

לכן, מחברים עם טיפולי פוספטציה והשחרה מייצרים הבדל עומס מוקדם כמעט כפול תחת אותו מומנט הרכבה. יש לכייל את מקדם המומנט באמצעות ניסויים. יצרני מחברים ישלטו בקפדנות על תהליכי טיפול פני השטח כדי להבטיח מקדמי מומנט עקביים של כל אצווה. המשתמשים לא ישנו באופן שרירותי את דרישות טיפול פני השטח, כדי למנוע עומס מוקדם מספיק, מתיחה של ברגים או שבר הנגרמים על ידי תנודות במקדם המומנט.

2 שבר עייפות

שבר עייפות הוא אחד ממצבי הכשל הנפוצים ביותר של הברגים. רוב כשלי העייפות מקורם בפגמי ייצור, לרבות פילטים מעבר לא חלקים מתחת לראשי ברגים, רדיוס פילה שורש פתיל לא מספיק, שריטות פני השטח וכללי חומרים. בינתיים, הרכבה לא סטנדרטית היא גם תמריץ חשוב לשבר עייפות ותאונות בטיחות אפשריות.

אם ניקח לדוגמא ברגי גלגל רכב, העיצוב המבני מאפשר לברגי גלגל לשאת רק עומס מראש צירי ללא עומס רדיאלי ישיר. מומנט הרכבה לא מספיק מוביל לעומס מוקדם לא מספיק ולחיכוך לא מספיק בין רכזת הגלגל לחצי הפיר, מה שגורם להחלקה יחסית במהלך פעולת הרכב.

במהלך סיבוב גלגלים במהירות גבוהה, הבורג מסתובב מעת לעת עם הרכזת. שוק הבורג נתון לכוח שחול מתחלף משני צידי קיר החור, וכתוצאה מכך עומסים רדיאליים מחזוריים בתדירות גבוהה. פעולת עומס מחזורית ארוכת טווח יוזמת ומרחיבה סדקי עייפות, מה שמוביל בסופו של דבר לשבר עייפות בריח.

כאשר מתרחש שבר בריח הגלגל לאחר הפעלת הרכב, הפקחים יתבונן תחילה במורפולוגיה של השבר כדי לשפוט מראש את כשל העייפות לפני ביצוע ניתוח מעמיק נוסף.

3 שבר עומס יתר

שבר עומס יתר מתייחס לשבר מתיחה כאשר העומס הצירי הכולל חורג מהגבול המותר של חומר הבריח. מכיוון ששטח הנושא האפקטיבי של הקטע המושחל קטן מזה של השוק החלק עם ריכוז מתח חמור יותר, שבר עומס יתר מתרחש בעיקר בקטע המושחל, אותו ניתן לזהות מראש על ידי מורפולוגיה של השבר.

ברגים דרגה 8.8 מראים צוואר ברור לאחר שבר עומס יתר; ברגים בדרגה 10.9 מציגים צוואר קל; לבריחים בעלי חוזק גבוה בדרגה 12.9 אין בעצם תכונות צוואר בתנאי עומס יתר רגילים.

צוואר ברור עשוי להופיע גם בברגים בדרגה 8.8 עד 12.9 עם חומרים לא מתאימים, טיפול בחום לא הולם, כיבוי לא שלם או קשיות הליבה לא מספקת. לכן, קריטריוני השיפוט לשבר עומס יתר מפורטים כדלקמן:

(1) לגבי שברים עם צוואר, תבוצע בדיקת דגימה לפי GB/T 3098.1. ניתן לאשר שבר בעומס יתר אם קשיות הליבה מתאימה.

(2) נדרש ניתוח מטאלוגרפי עבורברגים בעלי חוזק גבוה דרגה 12.9כדי לקבוע שבר בעומס יתר, מכיוון שפגמים במשטח החוט ופגמים בחומרים עלולים לגרום לשבר בסעיף הברגה ולא ניתן לשפוט אותם רק לפי המראה.

שבר עומס יתר מתרחש בעיקר בחיבורי בריח בעומסים צירים, עם שלוש סיבות עיקריות:

א. מומנט הרכבה גבוה מדי גורם לעומס הקדום לחרוג מעוצמת התפוקה של חומר הבורג, וכתוצאה מכך למתיחה של הבורג או לשבר במהלך ההרכבה.

ב. עומס מוקדם מופרז של הרכבה קרוב לחוזק התפוקה של הבורג. במהלך פעולת הציוד, הבורג נושא גם עומס מראש וגם עומס עבודה. הסופרפוזיציה של שני העומסים החורגת ממגבלת חוזק החומר גורמת לשבר בעומס יתר. תחת עומס עבודה קבוע, עומס מוקדם גבוה יותר של הרכבה מוביל לעומס מוקדם שיורי גבוה יותר ולסיכון עומס יתר גדול יותר.

ג. בחירת בורג לא נכונה עם קוטר הברגה נומינלי לא מספיק, לא עומד בדרישות המיסבים בתכנון המבני.

שבר 4 בורג שנגרם עקב עומס אקסצנטרי של הרכבה

שבר בורג עקב עומס אקסצנטרי הוא כשל אופייני בתהליך הרכבה. ניתן להבחין בסימני בלאי ברורים בצורת חצי סהר על משטח התמיכה של הבורג, כאשר שטח המיסב בפועל מהווה רק 1/4 עד 1/3 משטח התמיכה הכולל וחלוקת מתח לא אחידה חמורה. שוק הבורג ליד השבר מתכופף הפוך לכיוון הלחץ, מראה כיפוף ושבר אקסצנטריים אופייניים.

כשל בעומס אקסצנטרי של ברגים נגרם בעיקר משני גורמים:

ראשית, משטח התמיכה במגע של חלקים מחוברים נוטה או לא אחיד, וכתוצאה מכך לחץ מקומי עלראש בורגויצירת עומס אקסצנטרי, שהוא הגורם העיקרי למקרה הכשל הזה.

שנית, שגיאת ישרות מוגזמת או עיוות כיפוף של שוק הבורג גורם לעומס אקסצנטרי מובנה במהלך ההרכבה.

שני סוגי העומסים האקסצנטריים שונים באופן משמעותי במיקום המתח ובכיוון כיפוף השוק, אשר ניתן להבחין בהם באמצעות עקבות מתח משטח התמיכה וכיוון עיוות הבורג.

5 מסקנה

כשלים בחיבורים כגון שבר, החלקת חוט והתרופפות לא תמיד נגרמים מפגמים מובנים באיכות המוצר. יש לבצע נהלי פתרון בעיות סטנדרטיים לאחר מתרחש כשל בהידוק:

ראשית, שמרו לחלוטין על דגימות שנכשלו והגן על משטחי שבר מפני חלודה, התנגשות ונזק משני כדי להבטיח ניתוח כשל מדויק.

שנית, קבעו באופן ראשוני את סוג הכשל והדחף בהתבסס על מורפולוגיה של השבר, מראה המדגם, עקבות מתח פני השטח ותנאי העבודה בפועל.

שלישית, ערוך בדיקות פיזיקליות וכימיות מקצועיות כולל ניתוח מטאלוגרפי וזיהוי קשיות. אם אינדיקטורים לטיפול בחומר וחום עומדים בתקנים לאומיים, הכשל נובע מתכנון מבני או תהליך הרכבה; אחרת, זה מאושר כמו פגם באיכות אטב.

רביעית, גבש אמצעי תיקון ומניעה ממוקדים בהתאם לגורמי הכשל המאושרים, תקן את מפרטי התכנון וייעול תהליכי ההרכבה כדי למנוע הישנות של כשלים דומים.