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检测认证专业知识分享

紧固件扭矩性能检测

在机械设备、汽车制造、航空航天、桥梁建筑等无数关键领域,螺栓、螺钉等紧固件的连接可靠性是整体结构安全的核心保障。然而,紧固件的可靠性并非仅仅取决于其强度,更在于其装配过程中产生的预紧力。扭矩性能检测,正是将“拧紧”这一看似简单的操作,从依赖经验的“手艺”转变为一门可量化、可控制、可预测的“科学”。

一、为何检测?——扭矩、预紧力与可靠性之间的三角关系

紧固件的核心作用是通过拧紧产生足够的轴向预紧力,将被连接件紧密压合,以承受外部的载荷、振动和疲劳。但预紧力无法在装配时直接、方便地测量。在实际生产中,最常用的控制预紧力的方法就是控制施加的扭矩
三者之间的关系可以表示为:扭矩 (T) ≈ 预紧力 (F) × 系数 (K) × 螺纹公称直径 (d)
这个关系引出了检测的核心目的:

1.精确控制预紧力:预紧力不足,会导致连接松动、被连接件分离、螺栓承受额外的交变应力而发生疲劳断裂;预紧力过大,则可能直接导致螺栓过载屈服甚至拉断。

2.确定扭矩系数 (K):扭矩系数K是一个综合了螺纹摩擦、支承面摩擦、材料、表面处理、润滑条件等多种因素的变量。它是连接扭矩与预紧力的桥梁。通过扭矩性能测试,可以精确测定特定批次紧固件的平均扭矩系数,从而为生产装配线提供精准的扭矩工艺参数。

3.评估紧固件质量与一致性:即使同一规格的紧固件,若表面处理、润滑工艺不稳定,其扭矩系数也会离散。检测扭矩系数的稳定性,是评估紧固件制造质量的重要指标。

二、检测什么?——核心性能指标剖析

紧固件扭矩性能检测主要包含以下几类关键测试:
1. 扭矩系数测试 (K)
这是最基础也是最重要的测试。

方法:将紧固件(螺栓、螺母、垫圈组合)安装在专用的扭矩-轴力测试仪上。设备在拧紧螺母时,会同步、实时地精确记录施加的扭矩(T)和螺栓产生的轴向预紧力(F)。

计算:根据公式 K = T / (F × d),计算出该次拧紧的扭矩系数。通常需要测试一组样本(如5-8件),最终取其平均值作为该批次的扭矩系数,并评估其标准偏差。

目的:为装配工艺提供关键输入数据。

2. 紧固轴力测试

方法:在扭矩-轴力测试仪上,将紧固件拧紧至规定的扭矩值或转角,测量其达到的最终轴力。或者,直接拧紧直至紧固件屈服,测量其最大轴力(屈服轴力或极限轴力)。

目的:验证紧固件在指定扭矩下能否达到设计所需的最小轴力,或评估其强度性能。

3. 破坏性测试:

扭转强度测试:对螺栓螺杆部分进行纯扭矩扭转,直至其扭断,测量其破坏扭矩。此项主要考核螺栓杆部的抗扭性能。

保证载荷测试:对螺栓施加一个规定的轴向拉力并保持一段时间,观察其是否发生永久伸长或断裂,考核其抗拉强度。

三、如何进行检测?——核心设备与标准流程

核心设备:扭矩-轴力测试仪
该设备是进行精密扭矩性能检测的必备工具,通常包括:

扭矩传感器:高精度测量施加的扭矩值。

轴向力传感器:直接测量螺栓产生的预紧力(轴力)。

伺服电机驱动系统:提供平稳、可编程的拧紧操作。

数据采集与处理系统:实时显示扭矩-轴力曲线,并自动计算结果。

标准测试流程:

1.样品准备:选取规定数量、同一批次的紧固件组合(螺栓、螺母、垫圈)。

2.设备校准:确保扭矩和轴力传感器的精度。

3.安装样品:将紧固件安装在测试夹具上,确保对中,避免附加弯矩。

4.进行测试:设定拧紧速度,启动设备。设备会以恒定速率拧紧螺母,并同步记录扭矩和轴力数据,直至达到目标扭矩或发生破坏。

5.数据分析:系统自动生成扭矩-轴力曲线,并计算出扭矩系数、标准偏差等。分析曲线的形状还能判断摩擦性能是否正常。

6.出具报告:依据相关标准(如GB/T 16823.3、ISO 16047等)出具检测报告。


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