超-高強度-ファスナーは、同じ締付け力の下でそれ自体のサイズを小さくすることで重量を軽減し、設置スペースを増やすことができます。これにより、接続された部品の機能と体積を最適化し、機器全体の軽量化と性能の最適化という目的を達成できます。
では、高力ボルトとは何ですか?{0}高力ボルトの強みは何ですか?-今日はお見せしましょう。
2021 年 11 月 28 日、上海大学材料科学工学部の Dong Han 教授率いる高性能鋼材チーム、河北龍峰山鋳造有限公司、奇峰精密技術有限公司、舟山 7412 工場、江蘇冶金技術研究所、上海大学（浙江省）ハイエンド機器基礎部品材料研究所、-}材料（台州）研究所と他の 7 部門は、1 年以上の共同研究を経て、「材料生産-ファスナー製造-サービス評価」の全産業チェーン連携を通じて、鋼材の高性能理論に基づき、龍鳳山鋳造が製造した高純度鉄原料を使用し、-鋼材用の B17.8 および B19.8 鋼の開発に成功しました。超-高強度-ファスナー、16.8 および 19.8 グレードのファスナー製造技術を形成。
16.8 および 19.8 グレードのファスナー
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高強度ボルトとは何ですか?{0}
高力-ボルト（高-強度摩擦グリップボルト）、英語直訳：高-強度摩擦予圧ボルト、英語略語：HSFG。中国の建設で私たちが言う-高強度ボルトは、高-摩擦事前締め付けボルトの略称であることがわかります。-日常のコミュニケーションでは、「摩擦」と「グリップ」の 2 つの単語は単純に省略されて使われますが、多くのエンジニアリングおよび技術担当者は、高強度ボルトの基本的な定義を誤解しています。-
誤解１：
材質グレードが 8.8 を超えるボルトは「高強度ボルト」ですか?
高力ボルトと通常のボルトの主な違いは、使用される材料の強度ではなく、力の形式です。{0}重要なのは、事前に締め付ける力を適用するか、せん断に抵抗するために静摩擦を使用するかどうかです。-
実際、英国規格と米国規格では、仕様書に記載されている高力ボルト (HSFG BOLT) は 8.8 と 10.9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490) の 2 種類のみですが、通常のボルトには 4.6、5.6、8.8、10.9、 12.9 など (BS 3692 11 表 2);高力ボルトと通常のボルトを区別するのに、材料の強度は重要ではないことがわかります。
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高強度ボルトの強度はどこにありますか?{0}}
GB50017 に従って、1 本の普通ボルト (クラス B) 8.8 と高強度ボルト 8.8 の引張強度とせん断強度を計算します。-
計算によると、同じグレードでは、一般ボルトの引張強さとせん断強さの設計値が高力ボルトよりも高いことがわかります。{0}}
それでは、高強度ボルトの「強度」はどこにあるのでしょうか?{0}}
この質問に答えるには、2 つのボルトの設計上の動作状態から開始し、弾塑性変形の法則を研究し、設計が破壊されたときの限界状態を理解する必要があります。{0}
作業条件下での通常のボルトと高力ボルトの応力-ひずみ曲線-
デザイン破壊時の限界状態
通常のボルト：ねじ棒自体が設計公差を超える塑性変形を起こし、ねじ棒がせん断されます。
通常のボルト締結では、せん断力がかかり始める前に連結板間に相対滑りが発生し、ボルトロッドと連結板が接触して弾塑性変形が生じ、せん断力が負担されます。{0}
高強度ボルト: -有効摩擦面間の静摩擦が克服され、2 枚の鋼板が相対変位を受けますが、これは設計上の考慮事項で破壊されると考えられます。
高強度ボルトの接合では、まず摩擦によってせん断力が発生します。{0}負荷が増加し、摩擦力がせん断力に抵抗できなくなると、静止摩擦力に負けて接続プレートが相対的に滑ります（限界状態）。ただし、この時点でボルトロッドは破壊されますが、ボルトロッドは接続プレートと接触しており、依然として独自の弾性塑性変形を利用してせん断力に耐えることができます。{3}}
誤解2:
支持力が高いということは、ボルトの強度が高いということですか？{0}}
単一のボルトの計算から、引張力とせん断力における高力ボルトの設計強度は、通常のボルトよりも低いことがわかります。{0}その高い強度は本質的に、通常の動作中、節点での相対的な滑りが許されないこと、つまり弾性-塑性変形が小さく、節点の剛性が大きいことです。
特定の設計ノード荷重の下では、高強度ボルトを使用して設計されたノードは必ずしも使用するボルトの数を節約できるわけではありませんが、変形が小さく、剛性が高く、安全性が高いことがわかります。{0}高強度ボルトは、「強いノード、弱いロッド」という基本的な耐震設計原則に準拠する、大きなノード剛性が必要な主梁やその他の場所に適しています。
高力ボルトの強さは、それ自体の支持力の設計値にあるのではなく、設計ノードの大きな剛性、高い安全性能、および強力な破壊防止能力にあります。-
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高力ボルトと一般ボルトの比較-
一般ボルトと高力ボルトでは、設計力の原理が異なるため、施工検査方法に大きな違いがあります。{0}
同じグレードの通常のボルトの機械的性能要件は、高力ボルトの機械的性能要件よりわずかに高くなりますが、高力ボルトには通常のボルトよりも衝撃エネルギー許容要件が 1 つ多くあります。{0}{1}
通常のボルトと高力ボルトのマーキングは、同じグレードのボルトを現場で識別するための基本的な方法です。{0}{1}英国規格と米国規格では高力ボルトのトルク値を計算するための値が異なるため、2 つの規格のボルトを識別する必要もあります。{3}
高力ボルト: (M24、L60、8.8 グレード)-
一般ボルト：（M24、L60、8.8級）
通常のボルトは高強度ボルトの約 70% の価格であることがわかります。-それらの許容要件の比較と組み合わせると、材料の衝撃エネルギー (靭性) 性能を確保することが最も重要な要素であると結論付けることができます。
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ボルトの疲労強度を向上させる方法
どのような複雑な荷重に耐えられるかに関係なく、高強度ボルトの一般的な破損形態は疲労破損です。{0} 1980 年にはすでに専門家がボルト接続の破損 200 件を研究しており、そのうちの 50% 以上が疲労破損でした。高強度ボルトの耐疲労性を向上させることは非常に重要です。-
ボルトの疲労破壊には次のような特徴があります。
1. 疲労破壊の最大応力は、静的応力下での材料の強度限界よりもはるかに低く、さらに降伏限界よりも低くなります。
2. 疲労破壊は、明らかな塑性変形を伴わない脆性破壊です。
3. 疲労破壊は、微細な損傷がある程度蓄積された結果起こります。
ボルトの場合、破損形態は主にねじ部の塑性変形とねじの疲労破壊です。
損傷の 65% は、ナットに接続されている最初のねじ山で発生します。
損傷の 20% は、糸と裸のロッドの間の移行部で発生します。
損傷の 15% は、ボルトの頭とネジの間の移行半径で発生します。
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設計を最適化して応力集中を軽減
ボルトの端部のサイズを厳密に管理して応力集中を排除します。
ａ．より大きな遷移半径を使用します。
b.逃げ溝を切ります。
c.ねじの端にバックカッター溝を切ります。
d.ボルトの頭部傾斜角度を最適化することによっても、応力集中を効果的に軽減できます。
e.強化糸を使用。
強化ねじと通常のねじの主な違いは、おねじの内径 d1 と谷部遷移フィレット R です。
強化ねじの主な特徴は、短径 d1 が通常のねじよりも大きく、谷の遷移フィレット半径が増加し、R が増加し、ボルトの応力集中が軽減されることです。また、R には特定の要件があります: R+=0.18042P、Rmin=0.15011P (P はピッチ) ですが、通常のねじにはそのような要件はなく、直線断面でも可能です。
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製造プロセスの改善
ボルトの製造工程における熱処理や表面処理の管理を強化することで、ボルトの疲労改善に効果を発揮します。
ａ．熱処理 ボルトに熱処理を施した後、転造加工を施すことにより、ボルト内部に大きな圧縮残留応力を発生させ、亀裂の発生や進展を遅らせ、ボルトの疲労強度を向上させます。
熱処理の際には脱炭も防止する必要があり、表面脱炭を行った場合と行わない場合のボルトの疲労強度を比較する必要があります。
脱炭層では炭素が酸化されているため、金属組織中のセメンタイト量が正常組織に比べて少なくなり、機械的性質における強度や硬度が正常組織に比べて低下します。
通常、表面脱炭が起こるとボルトの疲労強度は19.8%低下します。
b.リン酸塩処理 ボルト表面のリン酸塩処理は、錆の防止と組立時の摩擦の安定化を目的としていますが、リン酸塩処理により摩耗を軽減する効果もあります。
ねじ転造工程中のねじ転造ホイールのねじ山とねじ山の間の摩擦を低減すると、転造後のボルトねじ山の応力分布にプラスの効果があり、ねじ山の表面粗さが低減されます。
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適切な予圧を設定する
通常のボルト接続のネジの引張力は、主に前部の 3 つの歯の応力を保持するネジ山によって支えられます。{0}{0}{1}
初期予圧が十分に大きいと、ねじ山根元の一部が局所的に塑性変形し、ねじ山根元に残留応力が発生します。ねじの谷底に発生する残留圧縮応力により、ねじの疲労強度を向上させることができます。
同時に、塑性変形後のねじ山の力の分散も改善され、ねじ山の歯にかかる接触圧力が軽減されます。
これにより、ねじ山の疲労強度も向上します。
予荷重が大きいほど、ボルト接続の接続分離に対する抵抗力が大きくなり、予荷重の緩和に対するボルト接続の抵抗力も大きくなります。同時に、ボルト接続の実際の有効疲労強度も大きくなります。
したがって、ボルト接続部の予荷重を増やすことは、周期的な外部荷重下での疲労破壊に耐えるボルト接続部の能力を向上させるのに役立ち、振動衝撃力や限定された過負荷下でのボルト接続部の疲労破壊のリスクが小さくなります。
