بررسي اثر تنش ناشي از همبندي بر سرعت موج فراصوت در پيچ بستار موتور ديزل

Investigation the effect of clamping stress on ultrasonic velocity in cylinder head bolt of diesel engine

برآورد دقيق نيروي همبندي در پيش­بارهاي بالا يكي از اصلي‌ترين موضوعات در اتصالات پيچ‌هاي خاص با استحكام بالا مي‌باشد. اين تحقيق روشي را براي برآورد نيروهاي همبندي بر اساس سرعت موج اولتراسونيك با استفاده از روش Pulse-echo ارائه مي­دهد كه به تأثير تنش‌هاي ناشي از فرايند همبندي بر تغييرات سرعت موج اولتراسونيك مي‌پردازد. لذا نيروهاي فرايند همبندي پيچ استحكام بالا بستار در يك موتور ديزل دريايي دور بالا با روش گشتاور-زاويه مورد مطالعه قرار گرفت. به‌منظور بررسي تأثير عوامل مختلف، پيچ به‌صورت نو و كاركرده، در دو حالت پوشش­دار و بدون پوشش استفاده شد. در تمام مراحل همبندي به‌صورت هم‌زمان، تغيير طول اولتراسونيك، گشتاور همبندي و همچنين نيروي پيش­بار پيچ اندازه‌گيري گرديد. نتايج نشان ‌داد كه در اولين مرحله همبندي پيچ نو، تغيير شكل جزئي پلاستيك رزوه باعث كاهش نيروي پيش­بار مي‌شود. در مراحل بعدي، افزايش ضريب اصطكاك در زير گل پيچ مي‌تواند در پيش­بار تأثيرگذار باشد. همچنين عدم وجود پوشش فسفات روي نيز باعث افزايش ضريب اصطكاك و كاهش نيروي پيش­بار مي‌شود. در صورت استفاده از روش همبندي زاويه‌اي، اثرات كاهشي فوق را مي‌توان تا حد زيادي كنترل كرد. سرعت موج اولتراسونيك رابطه نسبتاً خطي با تنش همبندي پيچ دارد. مقايسه نتايج اين مطالعات و ديگر محققان نشان داد كه تنش محوري عمده تأثير را بر تغييرات سرعت موج اولتراسونيك مي­گذارد ولي وجود تنش‌هاي برشي نيز تا حدي مي‌تواند باعث كاهش بيشتر سرعت موج شود. در نهايت رابطه تغييرات سرعت موج اولتراسونيك بر حسب تنش اعمالي در يك فرايند همبندي واقعي تا محدوده پلاستيك به­­دست آمد كه با استفاده از اين رابطه مي‌توان با دقت 10% نيروي همبندي پيچ را تخمين زد.

Clamp load is the most important characteristics of a bolted joint that should be estimated with precise method. This paper investigates the effect of clamping stress on ultrasonic velocity in cylinder head bolt of diesel engine using pulse-echo method. So in assembly process, clamping force, fasting torque and ultrasonic result are measured simultaneously. To investigate effect of new and used bolt and also effect of thread coating, various conditions are tested. Results showed that at first stage of assembly, minor plastic deformation in blot thread can decrease clamping force. In addition in used bolt the plastic deformation of thread is not significant, but increasing of friction coefficient role play in clamping force. Although using zinc phosphate can decrease of friction coefficient and increase preload, but also using torque-angle procedure can control effect of this term. Effect of blot assembly stress on ultrasonic velocity is approximately linear elastic depending on clamping force and friction coefficient. Finally relation of ultrasonic velocity and blot stresses in a real assembly process is derived in whole elastic region of high tension bolt that can estimate clamping force in various size blots with less than 10% error.