1、接触面沉陷

 

　　螺纹紧固件首次拧紧时,内外螺纹、螺栓和螺母支承面、被连接件接触面微观结构中凸起的地方首先接触,如图1所示。这些局部凸起地方的材料将承受过载,首先超过其屈服点,然后材料:发生蠕变变形,直到有更多的、足够的接触表面来承受该载荷。接触面沉陷是导致预紧力松弛的主;要原因,也是螺纹连接副最常遇到的一种情况。

 

　　这些相对短时间的应力松弛效应即被称为“沉陷”。研究表明,刚紧固后的松弛速率是最大的,并呈指数下降,通常经过最初的一段时间,即降低到一个非常低的蠕变速率,如图2所示。通常由于沉陷而导致预紧力松弛大致占初始预紧力的5%~10%。

 

　　2、螺栓组相互影响

 

　　螺栓组相互影响多发生在螺栓法兰连接等平面多个螺栓连接的场合。当第一个螺栓拧紧时,该螺栓被拉长,而被连接件附近则被压缩。当附近的螺栓被拧紧时,第一个螺栓附近的被连接件将被进一步压缩,导致第一个螺栓的预紧力松弛。其相互间的影响主要取决于被连接件的刚度、螺栓之间的间隔、是否使用了密封圈等。有试验表明,预紧力可丧失50%甚至100%。以某型号法兰螺栓组连接为例,其上的8个螺栓按对角顺序进行拧紧,各个螺栓之间的相互影响如图3所示。图3(a)显示了第1个拧紧循环中的“锯齿效应”,当最后一个螺栓拧入1/4圈,其产生的预紧力要大于相邻的螺栓。在4个拧紧循环之后,如图3(b)所示,其最终的松弛模式不再是一个标准的锯齿状。在每一个拧紧循环中,螺栓.上所施加的力矩依次增加,且每个螺栓均相同。

 

　　3、密封圈变形

 

　　密封圈变形是短期松弛的另外一种形式。有密封圈的结构连接,将会比正常沉陷导致更大的松弛。实际上,在结构连接中通过密封圈的塑性变形来防止管路中的液体或气体泄漏。跟其他塑性材料类似,当密封圈首次承受高的表面应力时,材料将发生一定的变形。但是由于变形跟很多因素有关,因此很难准确预测其量值。当结构连接中含有密封圈时,由于其载荷偏移特性是非线性的,如图4(a)所示,并且密封圈的柔性要大大高于被连接件其它部分。因此,其弹性变形要占总变形的绝大部分,由于具有部分塑性特性,使得其具有迟滞效应,如图4(b)所示。如果承受动载荷,滞后效应会在一段时间之后消失。因此,承受静载荷和动载荷所进行的分析是不同的。

 

　　4、高温蠕变

 

　　高温普遍会降低材料的强度,进而会导致一定程度的松弛。由于高温下长期工作时螺栓会发生缓慢的蠕变变形,同时也会发生应力松弛现象。发生蠕变时,螺栓的长度会增加,导致螺栓两侧螺母之间的距离增加,法兰压紧程度降低,,密封性能会降低;发生应力松弛时,弹性变形会转变为塑性变形,此时螺栓的轴力因弹性应变的减少而降低,法兰的压紧程度也降低,密封性能同样会降低。

 

　　5、扭力松弛

 

　　在紧固过程中,除了轴向应力之外,在紧固件中还产生相应的扭应力。扭应力很容易遭受不同程度的松弛,且其通常被认为是松弛发生时最易受影响的应力。在大多数情况下,当取下扳手时,扭应力随即消失。有资料显示,扭应力的松弛会产生额外的拉应力。这种“自紧固”现象,如图5所示,总是被更大的轴向沉陷松弛所掩盖。扭应力主要由螺纹摩擦扭矩和松弛量的大小所决定,松弛是由头部转动还是自紧固产生主要取决于头下摩擦条件和螺纹摩擦条件的对比。