Gãy bulong và nguyên nhân phổ biến
Gãy bulong là một trong những sự cố nghiêm trọng nhất của mối ghép cơ khí. Khác với hiện tượng lỏng bulong hay trượt ren, khi bulong đã gãy thì mối ghép gần như mất hoàn toàn khả năng làm việc, việc sửa chữa khó khăn và thường gây gián đoạn vận hành. Đáng chú ý là nhiều trường hợp bulong gãy dù tải trọng làm việc chưa vượt giá trị thiết kế.
Trong thực tế, gãy bulong hiếm khi do một nguyên nhân đơn lẻ, mà thường là kết quả của nhiều yếu tố kỹ thuật kết hợp với nhau.
1. Gãy do siết quá lực
Siết bulong quá mô men cho phép là nguyên nhân phổ biến nhất gây gãy bulong. Khi lực siết vượt quá giới hạn chảy của vật liệu, bulong bị kéo giãn quá mức và xuất hiện biến dạng dẻo. Sau đó, chỉ cần thêm tải làm việc hoặc rung động nhỏ cũng đủ làm bulong gãy.
Nguyên nhân thường gặp:
-
Không sử dụng cờ lê lực
-
Dùng sai giá trị mô men siết
Gãy do mỏi trong quá trình làm việc -
Áp dụng mô men của bulong cấp bền cao cho bulong cấp bền thấp
Gãy do siết quá lực thường xảy ra ngay khi lắp hoặc sau thời gian làm việc rất ngắn.
2. Gãy do mỏi trong quá trình làm việc
Gãy mỏi là nguyên nhân rất nguy hiểm vì xảy ra âm thầm. Bulong không gãy ngay mà bị nứt dần dưới tác dụng của tải chu kỳ hoặc rung động. Vết nứt thường khởi phát tại chân ren hoặc vùng chuyển tiếp giữa thân trơn và ren.
Đặc điểm của gãy mỏi:
-
Không có dấu hiệu biến dạng lớn trước khi gãy
-
Bề mặt gãy có vân mỏi
-
Xảy ra dù tải trọng trung bình không lớn
Gãy mỏi thường gặp trong máy quay, kết cấu rung động hoặc thiết bị làm việc liên tục.
3. Gãy tại chân ren do tập trung ứng suất
Chân ren là vị trí yếu nhất của bulong do hình dạng rãnh ren tạo ra tập trung ứng suất. Nếu thiết kế không hợp lý hoặc sử dụng ren suốt cho mối ghép chịu lực lớn, ứng suất tập trung tại chân ren sẽ rất cao.
Các yếu tố làm tăng nguy cơ gãy tại chân ren:
-
Ren nằm trong vùng chịu lực chính
-
Ren gia công kém, sắc cạnh
-
Không có đoạn thân trơn dẫn lực
Đây là lý do vì sao nhiều bulong chịu lực được thiết kế ren lửng.
4. Gãy do chọn sai cấp bền bulong
Mỗi cấp bền bulong được thiết kế cho một phạm vi tải và điều kiện làm việc nhất định. Nếu sử dụng bulong cấp bền thấp cho mối ghép chịu lực cao, bulong dễ bị kéo giãn và gãy.
Ngược lại, dùng bulong cấp bền quá cao trong mối ghép không phù hợp cũng có thể gây gãy giòn, đặc biệt khi có sai lệch lắp ráp hoặc tải va đập.
Chọn sai cấp bền là lỗi thiết kế khá phổ biến trong thực tế.
5. Gãy do ăn mòn và suy yếu tiết diện
Ăn mòn làm giảm tiết diện chịu lực của bulong theo thời gian. Khi tiết diện thực tế nhỏ hơn tiết diện tính toán ban đầu, bulong có thể gãy dù tải không đổi.
Ăn mòn thường tập trung tại:
-
Vùng tiếp xúc mối ghép
-
Khe hở bulong – đai ốc
-
Vị trí trầy xước lớp bảo vệ
Gãy do ăn mòn thường xảy ra bất ngờ và rất khó dự đoán.
6. Gãy do lắp ráp lệch hoặc sai kỹ thuật
Lắp ráp lệch tâm hoặc bề mặt kẹp không phẳng khiến bulong ngoài chịu lực kéo còn phải chịu uốn. Tổ hợp ứng suất này làm bulong nhanh gãy hơn rất nhiều so với thiết kế.
Các lỗi lắp ráp thường gặp:
-
Mặt lắp không song song
-
Bulong bị ép cong khi siết
-
Lỗ khoan lệch trục
Trong trường hợp này, bulong có thể gãy dù lực siết không lớn.
7. Gãy do tái sử dụng bulong không phù hợp
Một số bulong, đặc biệt là bulong cấp bền cao, không được thiết kế để tái sử dụng nhiều lần. Sau khi đã bị kéo giãn trong lần siết trước, khả năng chịu lực của bulong giảm đáng kể.
Việc tái sử dụng bulong cũ trong mối ghép quan trọng làm tăng nguy cơ gãy trong lần làm việc tiếp theo.
8. Nhận xét
Gãy bulong là hậu quả của việc mối ghép làm việc vượt ra ngoài giới hạn an toàn, dù là do thiết kế, lựa chọn vật liệu hay thao tác lắp ráp. Trong nhiều trường hợp, bulong không phải là chi tiết “yếu”, mà là chi tiết hy sinh khi hệ thống có vấn đề.
Để hạn chế gãy bulong, cần kiểm soát đồng thời từ khâu thiết kế, lựa chọn cấp bền, xử lý bề mặt đến quy trình lắp ráp và bảo trì. Hiểu rõ các nguyên nhân gãy bulong là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền lâu dài cho mối ghép cơ khí.