为什么螺栓会发生断裂？如何预防？
为什么螺栓会发生断裂？如何预防？
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对于螺栓断裂的现象，一般会有以下几个原因——1、应力因素及疲劳通常紧固件受到剪切、拉伸、弯曲、压缩等等四种不同方式的应力，有时是一、两种应力组合，有时是几种应力都存在，当几种应力都施加在螺栓上，尤其是超负载的情况下，高强度螺栓很容易产生断裂。如何预防：要选用合适的材料，选用较大规格、增加强度来增强紧固件抗应力的能力。2、腐蚀腐蚀是螺栓断裂又一个主要原因，腐蚀有普通腐蚀、化学腐蚀、电解腐蚀和应力腐蚀等多种。值得一提的是电解腐蚀，这种腐蚀一般人不太了解，当不同材料组成连接副，在与工件紧固时，由于每种材料的电解电位不同，会产生电子流动，形成“微电池”，在湿润的环境下，电解腐蚀很严重。如何预防：严重电解腐蚀的重要环境是潮湿，要采取防护措施，首先要尽量隔绝空气，保持包装物的干燥，防止腐蚀的产生。3、氢脆氢脆的产生对高强度螺栓来说是致命的缺陷，一旦遇到外力，很容易发生断裂。氢脆的产生原因主要有两种，一种是内部的，由材料冶炼所产生的，这种情况很少发生。第二类是外部的，在酸洗、电镀时游离状态的氢原子产生后，会嵌入基体并扩散到内部，破坏原来的平衡状态，产生晶格畸变，在外力的作用下产生断裂。如何预防：有效的解决方式是采用去氢退火。4、设计及工艺 在设计中忽略了齿根园或是在滚丝时，牙尖尖锐；在螺丝热轧成型时产生褶皱、凹坑。这些尖角、凹槽的产生是产生裂纹的源泉。如何预防：在设计制造中要重视这一问题，避免潜在裂纹的产生。高强度螺栓在调质的过程要遇到第二类回火脆性，要尽可能避免这类回火脆性的产生。5、安装及连接扭矩太小，造成预紧力过小，在振动或工作状态下锁紧力不足容易产生松动，但是扭矩过大甚至超过规定值，螺纹在超负载的条件下服役，当各种应力组合施加时，很容易产生拉丝、脱扣造成失效。如何预防：安装扭矩要在规定范围内，按规定的扭矩进行安装。尤其要了解各种材料、各种表面处理的扭矩系数，采用正确的扭矩值防止连接副失效。6、材料及热处理如果采用普通碳钢，没有Cr、Mo、V等元素，基体强度差，在多重应力作用下容易产生疲劳和断裂。 热处理也是很重要的因素，高强度螺栓调质过程中的回火，在高温回火区域，容易产生硫、磷等杂质元素，杂质元素在晶界上偏聚，产生脆性断裂，尤其是当硬度在HRC35度以上，脆性倾向更加严重。如何预防：要根据强度要求不同选择不同的材料，强度越高，合金元素含量要相应增加；总之螺栓的断裂涉及面广，要认真分析，尤其是要保留断裂的试样，保持其原始状态，了解材料、硬度、使用安装等一系列情况后才能做出正确的判断，针对性的采取相应措施，有效地防止失效或螺栓断裂。
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为何双层以上铜箔线路的压碾铜(RA)软板FPC容易断裂？
相信有部份朋友已经知道我们一般的FPC内所使用的铜箔(Cu)有分成【延展铜或压碾铜(RA copper, Rolled & Annealed)】与【电解沉积铜(ED copper, Electro Deposit)】。
延伸阅读：
就我们所了解压碾铜会比电解铜强壮而且可以耐比较多次的弯折，因为压碾铜铜的结晶为水平方向，可以比较耐弯折，所以如果有做动需求的FPC都应该采用压碾铜会比较有品质保障。
对于单层FPC，我们的确发现且证实压碾铜的品质要比电解铜来得好非常长多，可是如果是双层铜箔以上的FPC，还是如此吗？看官们有没有试着详细的去了解过双层FPC是如何制作出来的呢？就深圳宏力捷的了解，以目前的工业技术来看，那些连接于双层以上FPC铜箔之间的导通孔(via)应该也是采用电镀铜的方式来处理的。
所以既使我们要求铜箔的原材都是压碾铜，但经过FPC的成型制程之后，大部分双层以上的FPC铜箔都会转变成【压碾铜＋电解铜】，这将大大的降低其耐弯折的特性。
视使用的铜箔重量而定，假如使用1/3盎司的铜箔，其原材铜箔的厚度只有12um左右，一般FPC电镀前铜箔必须黑化处理，将铜箔的表面做刨除粗糙化处理，然后再在其粗糙的铜箔表面电镀上大约10um的电镀铜厚度，所以原本有12um的RA铜，因为刨除处理，可能只会剩下2～6um的RA铜，再加上电镀的作业，会让原来压碾铜的晶格排列发生重新排列趋向于电解铜的垂直方向，也就是说原来压碾铜再经过电镀后，其压碾铜耐弯折的特性几乎所剩无几了，所以双层线路以上的FPC不论采用压延铜或电镀铜为材质，最后的FPC特性其实都与电镀铜差异无几。
当然，或许有人会使用1/2盎司的铜箔，厚度大概在18um左右，既使刨除后再电镀，其原来的压碾铜水平晶格排列应该会残留比较多，但缺点就是越厚的铜箔就越硬。
下图为使用压碾铜(RA)再经电镀后的铜面图像，看起来比较光滑。&
下图为使用压碾铜(RA)但利用防电镀材料遮罩防止其再电镀，所以其铜面看起来比较比较粗糙，因为经过刨除处理。&
那是否有什么方法可以不要让容易弯折断裂处的铜箔不要经过电镀处理程序而保持原来的压碾铜(RA)呢？
这个当然可以，只要在电镀铜之前加印防电镀层于不要电镀铜的地方就可以了，不过这样也可能会造成有下列的问题：
1. 价钱会变贵。这就必许使用选择性电镀了，选择性电镀会比原来多一道印刷防电镀铜的制程。
2. 未电镀处的铜箔会变薄。因为电镀铜的前制程为表面粗糙黑化的刨除作业，所以铜箔的厚度会被刨除掉一些。
3. 会有铜箔厚度段差的问题。在选择性电镀与未电镀的交界处会有明显的厚度段差出现，视电镀的时间而定，有电镀铜的地方会比较厚，这样反而容易形成应力集中在电镀与未电镀的地方。设计时这个段差处要避开有弯折及活动的区域。
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FPGA与PCB板焊接连接失效原因及解决方案
&&&& 81%的电子系统中在使用，包括很多商用产品和国防产品，并且多数FPGA使用的是
BGA封装形式。BGA封装形式的特点是焊接球小和焊接球的直径小。当FGPA被焊在PCB板上时，
容易造成焊接连接失效。焊接连接失效可以“致命“一词来形容。当焊接球将封装有FPGA的
器件连接到PCB上时，如果没有早期检测，由焊接失效引起的电性异常可能会导致关键设备的
灾难性故障。为了防止关键设备由于焊接问题引起的灾难性故障，可采用SJ-BIST解决方案。
作为一系列的故障预测产品中的一员，SJ-BIST对工作中的FPGA的焊接失效提供了实时检测手
段。　　焊接点故障失效经常发生在FGPA,在所有类型的商业和国防产品中.当FPGA被封装在BGA封
装件中后，FPGA很容易受焊接连接失效的影响。焊接失效的原因不能被孤立出来，早期检测
发现是非常困难的，间歇性的故障会随着时间的升级直到设备提供不可靠的性能或无法操作
。　　常见焊接连接失效原因：　　1)应力相关的失效　--　针对工作中的器件　　对工作中的器件，造成焊接连接失效的主要因素是热-机械应力和震动应力。无论是震动
，扭矩转力，热循环，材料膨胀，或环境中的其他应力，其不可避免的结果是由累积损伤造
成的机械故障。在焊接连接中，损伤表现为器件与处的裂缝。　　现行的预测焊接连接失效的方法是统计退化模型。但是，由于统计在大量样品存在时才
具有实际意义，基于统计的模型充其量也只能是一种权宜的解决办法。SJ-BIST可以提供一个
直接的，实时的衡量和预测焊接连接失效的手段。　　2)与制造生产相关的故障　　因为焊接点失效也发生在生产制造过程中.Ridegtop-GroupSJ-BIST可以监测到未安装好
的FPGA。这些与制造业相关的故障有它自己的一套检测的挑战。目视检查是目前所采用的确
定在制造环境中的失效的方法。主要的缺点是无法进行测试和检查焊点。　　目视检查仅限于FPGA的最外排的焊接点，而电路板尺寸和其他表面安装元件限制了更进
一步的视野。随着BGA封装阵列密度的增加，焊接球的偏差变得更严格。在细间距的BGA封装
中，有数以千计1.0毫米间距和0.60毫米球直径的焊接球。在这些条件下，焊盘的谐调和焊接
的不充分成为焊盘的断开和部分断开的故障的主要成因。当焊接不浸湿焊盘时,即使百分之百
的x射线的检查是不能保证找到焊点断裂.涉及焊球并粘贴毛细渗透到镀通孔的另一种缺陷是
不容易识别，甚至还与X线成像。　　作为一个内嵌式软核，Ridgetop-GroupSJ-BIST是在生产制造环境中真正适合PCB-FPGA监
测。　　BGA封装连接失效(用于热循环)的定义：　　1.大于300欧姆的峰值电阻持续200纳秒或更长时间。　　2.第一个失效事件发生后在10%的时间内发生10个或更多个失效事件。　　焊接失效的类型：　　1)焊接球裂缝　　随着时间的推移，焊接部位会因为累积应力的损伤而产生裂缝。裂缝常见于器件与PCB焊
接的边缘。裂缝会造成焊接球与BGA封装器件或PCB板的部分分开。一种典型的裂缝位置在BGA
封装和焊接球之间,另一种典型的裂缝在PCB和焊接球之间.对已有裂缝的焊接球的继续损伤就
会导致另一种类型的失效-焊接球断裂。　　2)焊接球断裂　　一旦有了裂缝，后继的应力会导致焊接球断裂。断裂造成焊接球和PCB完全分开，从而导
致较长时间的开路状态，断裂面的污染和被氧化。最终造成从退化的连接到短时间间歇性的
开路一直到较长时间开路。　　3)缺少焊接球　　导致裂缝,最终形成断裂的后续机械应力还有可能导致断裂的焊接球的错位。缺失的焊接
球不仅使该引脚的连接永久失效，而且错位的焊接球可能会停留在另一个位置而导致另一个
电路的不可想像的短路。　　焊接球失效的电信号表现　　焊接球断裂处定期的开开合合会导致间歇性电信号故障。震动，移动，温度变化，或其
他应力可以使断裂的焊接球开开合合，从而导致电信号的间歇性故障。PCB厂使用的易弯曲的
材料使这种间歇性信号也成为可能,例如震动应力造成的断裂开开合合,难以预测的开开合合
的焊接球电路导致间歇性信号,这种间歇性故障很难被诊断。另外，FPGA周围的I/O缓冲电路
使测量焊接网络的电阻值几乎不可能。在工作的FPGA中出现故障的器件可能会在测试床上没
有任何故障发现(NTF)就通过测试,因为焊接处暂时连接上了。很多用户发现FPGA工作不正常,
用手按一P下,FPGA就工作正常了,也是因为这个原因.　　解决方案：SJ-BIST实时检测焊接状态　　在Ridgetop-Group技术出现之前，没有很好的,已知的办法检测工作中的FPGA的应力失效
。目前生产制造中使用的目检，光学，X-光和可靠性测试等技术很难奏效，因为反映为电信
号失效的故障在器件没有加电源的情况下基本上是看不到的。通过对将要发生的失效的早期
检测，SJ-BIST支持基于条件(condition-based)的设备维护　　并能减少间歇性失效。其卓越的灵敏度和精确度使SJ-BIST可以在两个时钟周期内发现和
报告低至100欧姆的高电阻失效而且没有误报警。作为一个可缩放的解决方案，它可以附加在
用户的现存的测试中枢，不会额外增加资源。
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某相间间隔棒连接板断裂原因分析
rupture analysis on connecting board for phase-phase spacer.pdf 3页
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某相间间隔棒连接板断裂原因分析
rupture analysis on connecting board for phase-phase spacer
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··········
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东北电力技术
2011年第1期
某相问问隔棒连接板断裂原因分析
RuptureAnalysisConnecting Phase—phaseSpacer
(东北电力科学研究院有限公司，辽宁 沈阳
摘要：通过对发生断裂的相间间隔棒与绝缘子连接板进行断口、化学成分、机械性能等试验分析，认为连接板的断裂原因
主要是铸件ZLl02材质不合格，材料强度偏低，且存在铸造夹渣等缺陷，并提出了相应的改进措施。
关键词：间隔棒；ZLl02；性能
[中图分类号]TM726；TM854；TM86[文献标志码]B
1 相间间隔棒安装与绝缘子连接板断裂情况
为了防止发生相间闪络故障，某超高压局于
2009年4月在其管辖的某1、2号线上安装了相间
间隔棒。间隔棒安装方法：上相之间的相间间隔棒
分别安装在档内L／3和2L／3(L为档距)处；在
上相相间间隔棒的前、后侧各10in处，上、下相
之间各安装1支。每支BJH一500／300型合成绝缘
子与2个相间间隔棒(FJz6—375S／300型)配合
使用。相间间隔棒(FJz6—375S／300型)由某线
路器材厂生产，执行其厂内企业标准(目前，我
图l 244—245号连接板断裂部位
国电力金具标准中还没有相间间隔棒产品的国家标
准以及相关部门对相间间隔棒的具体技术要求)，
两处断口宏观形貌见图2、图3，两处断口断裂前
相间间隔棒与绝缘子连接板的破坏荷载设计要求不
均无明显的塑性变形，断裂源处无旧裂纹痕迹，两
处断口裂纹源处均可见材料铸造缺陷，B处断口裂
小于30kN。连接板材料采用金属型铸件ZLl02铝
纹源处材料铸造疏松(见图4)。两断口最后断裂
2010年1月，相间间隔棒与绝缘子连接板断区无明显的剪切唇，从两断口裂纹走向判断，断口
呈一次性脆性扭转断裂。
裂3个，分别是l号线238—239号AB相间间隔棒
249—250号连接板只送来断裂的一部分，金
的B相，2号线244—245号AB相间lu-IN棒N
具的B处断口处变形见图5，表明断口断裂前有明
相，2号线249—250号AB相间间隔棒的B相。
东北电力科学研究院有限公司受委托对断裂的
3个连接板及1个新连接板进行试验及断裂原因
2．1连接板断口分析
断裂的3个相间间隔棒连接板均处于上、下相
之间的下相。连接板结构形状见图l，3个连接板
断裂部位基本一致，断口均处于连接板结构形状改
变部位，即图1中的A、B处。
244—245号连接板断裂部位见图1，其A、B
图2图1中的A处断口形貌
最北电力技术
目8238239Bmn《#《∞H#R目2
断u宏观分析认为：244—245号连接板两处断
口呈一次性脆性扭转断裂，断裂源处存在明显的铸
造缺路；249—250号连接板两断u呈一次性过载弯
曲断裂；238239号连接板A处断n呈一次性过载
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