Fadiga nas conexões de parafuso

Nas conexões aparafusadas, existe um tipo de fratura conhecida como fratura por fadiga. A fratura por fadiga ocorre principalmente em ambientes de vibração cíclica-de longo prazo. Semelhante à fragilização por hidrogênio, sua fratura é repentina, mas as duas são fundamentalmente diferentes-a fratura por fadiga é o resultado de danos cumulativos sob cargas cíclicas de longo-prazo, enquanto a fragilização por hidrogênio é uma fratura frágil causada por átomos de hidrogênio. Atualmente, não há tecnologia para prever com antecedência o momento exato em que um parafuso sofrerá fratura por fadiga. Portanto, medidas preventivas devem ser tomadas desde os estágios iniciais, como projeto, seleção de materiais e instalação.

Cada parafuso tem uma vida útil. Embora alguns parafusos possam ser reutilizados, eles não podem ser usados ​​indefinidamente. Quando um parafuso está em condições de operação que excedem a carga projetada por um longo período, a probabilidade de fratura por fadiga aumenta significativamente. Tais fraturas não só causam danos graves aos equipamentos de produção, mas também podem levar a acidentes de segurança em casos graves.

Então, por que os parafusos sofrem fratura por fadiga? Um entendimento relativamente consistente na indústria é o seguinte: sob a ação de cargas cíclicas (como vibração e pressão alternada), a tensão tende a se acumular nas áreas de concentração de tensão do parafuso (por exemplo, raízes da rosca e transição entre a cabeça e a haste). Se os componentes correspondentes tiverem desvios dimensionais ouparafuso for instalado com pré-carga inadequada (muito apertada ou muito frouxa), o desequilíbrio de tensão local será ainda mais agravado. Quando a tensão acumulada excede o limite de fadiga do material e a plasticidade do material é insuficiente para amortecer esse dano, microfissuras se formarão gradualmente no interior do parafuso. À medida que o número de ciclos aumenta, as fissuras continuam a propagar-se; quando atingirem um ponto crítico, o parafuso quebrará repentinamente. O que vemos a olho nu como uma "fratura repentina" é, na verdade, o resultado do-acúmulo de fissuras e da propagação gradual de longo prazo. O processo completo pode ser resumido como: a tensão cíclica atua nos pontos de concentração de tensão do parafuso → rasga gradualmente a matriz do parafuso → formam-se microfissuras → as trincas se propagam até o ponto crítico → o parafuso fratura repentinamente.

Esta é uma das razões pelas quais os parafusos precisam passar por testes de resistência à tração antes do uso. Embora o teste de tração demore pouco tempo, ele permite uma avaliação preliminar das propriedades mecânicas básicas do parafuso, observando o local da fratura (se a fratura ocorrer em áreas de concentração de tensão, como raízes da rosca ou transição da cabeça-da haste, os riscos de fadiga precisam estar atentos) e registrando a força de fratura. Se a força de fratura dos parafusos no teste for significativamente inferior aos padrões de projeto, não é recomendado usar este lote de parafusos.

Além disso, as mudanças de temperatura ambiental também afetam a vida útil dos parafusos. Se o parafuso for usado em um ambiente com temperaturas excessivamente altas ou baixas, ou flutuações frequentes de temperatura alternadas, isso acelerará o dano por fadiga do material. Quando combinado com a erosão do parafuso por meios corrosivos no ar (como umidade e névoa salina), a probabilidade de fratura por fadiga aumentará ainda mais.

A maioria destes riscos de fratura está relacionada à adaptabilidade do material às condições operacionais. Podemos reduzir a probabilidade de fratura por fadiga otimizando os processos de produção: quando as condições permitirem, a sequência de processamento do parafuso pode ser ajustada-primeiro, as peças brutas dos parafusos passam por tratamento térmico (têmpera e revenido) e, em seguida, é realizada a laminação de roscas (o processo tradicional em alguns cenários é a laminação de roscas seguida de tratamento térmico. No entanto, paraparafusos de alta-resistência, o tratamento térmico antes da laminação da rosca pode reduzir a concentração de tensão adicional causada durante o processamento da rosca, melhorando assim a resistência à fadiga). Alternativamente, os parafusos totalmente rosqueados podem ser substituídos por parafusos parcialmente rosqueados. Afinal, a seção lisa da haste do parafuso não possui estrutura de rosca, resultando em uma distribuição de tensão mais uniforme e uma resistência à fadiga muito melhor do que a seção roscada.