榮 飛
(順益體系(集團(tuán)),廣東 珠海 519020)
?
螺栓緊固的扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差
榮飛
(順益體系(集團(tuán)),廣東 珠海 519020)
摘 要:簡(jiǎn)要介紹了扭矩系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差與螺栓緊固的關(guān)系,并對(duì)影響扭矩系數(shù)的主要因素加以分析。
關(guān)鍵詞:扭矩系數(shù);標(biāo)準(zhǔn)偏差;潤(rùn)滑劑;影響因素
目前國(guó)標(biāo)中或行業(yè)中經(jīng)常接觸的螺栓緊固安裝的4種方法是扭矩法、轉(zhuǎn)角法、扭矩斜率法、拉伸法4種方法,最常用的安裝方法還是扭矩法,因其操作簡(jiǎn)便、易于掌握。扭矩法中主要是要確定扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差。扭矩法是在彈性范圍內(nèi)安裝,損耗很大,表面摩擦、螺紋間的摩擦損耗了大量的安裝扭矩,真正轉(zhuǎn)化為緊固軸力的大約只占安裝扭矩的10%左右(圖1)。
圖1
試驗(yàn)室做高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)的程序是這樣的:在試驗(yàn)臺(tái)上卡固被測(cè)螺栓,用扭矩扳手逐步擰緊螺栓(螺母),觀察軸力檢測(cè)儀上的讀數(shù),確定所施加的軸力數(shù)值滿足設(shè)計(jì)預(yù)拉力規(guī)定范圍的下限,然后在扭矩扳手頭部加裝傳感器,再緩慢施加扭矩(施工扭矩),最終可以在預(yù)拉力取值范圍內(nèi)通過(guò)傳感器在施工扭矩測(cè)試儀上讀出施工扭矩值,儀器自動(dòng)保存以上兩個(gè)數(shù)據(jù)。按以上步驟做完8套試件,測(cè)試儀自動(dòng)計(jì)算出扭矩系數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值。
圖2
扭矩、預(yù)緊力及扭矩系數(shù)三者之間的關(guān)系:
T=k?F?d
式中:T——扭矩,N?m;
k——扭矩系數(shù)(也稱總摩擦系數(shù));
F——預(yù)緊力(軸向張力),kN;
d——螺紋的公稱直徑,mm。
從公式可以看出:在扭矩T恒定,直徑d恒定,螺栓極限強(qiáng)度恒定的情況下,k越小,產(chǎn)生的預(yù)緊力F越大。那么是否k越小越好呢?
當(dāng)扭矩系數(shù)小到一定的程度,在一定的扭矩的作用下,緊固力超過(guò)了螺栓的強(qiáng)度極限,高強(qiáng)度螺栓就會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)甚至斷頭的現(xiàn)象;反之,扭矩系數(shù)過(guò)大,則產(chǎn)生的緊固力就會(huì)過(guò)小,螺栓連接副達(dá)不到預(yù)緊的功能,就可能產(chǎn)生松動(dòng)情況。因此,要使緊固力在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi),則產(chǎn)品的扭矩系數(shù)就要限定在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)。
如果扭矩系數(shù)偏大,但標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01,安裝時(shí)要增加扭矩,安裝時(shí)費(fèi)力,但不會(huì)出現(xiàn)過(guò)擰或松動(dòng)現(xiàn)象。因此,從某種角度來(lái)講,標(biāo)準(zhǔn)偏差比扭矩系數(shù)更加重要。
扭矩系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差是安裝中不可分割的兩個(gè)重要參數(shù)。目前國(guó)標(biāo)GB/T1231-2000對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓連接副作了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,扭矩系數(shù)k =0.11~0.15,標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01。
從某種角度來(lái)講,標(biāo)準(zhǔn)偏差比扭矩系數(shù)更加重要。因此,企業(yè)實(shí)際使用時(shí),一般標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01這個(gè)條件不會(huì)放松。而扭矩系數(shù)k =0.11~0.15這個(gè)條件卻可以放寬。如某風(fēng)電廠就要求扭矩系數(shù)值控制在0.08~0.12,扭矩系數(shù)均值控制在0.09~0.12之間。
影響扭矩系數(shù)的因素主要有:摩擦表面的狀況、潤(rùn)滑劑的類(lèi)型、潤(rùn)滑劑的不同涂抹部位等。以下對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得的大量測(cè)試數(shù)據(jù)加以對(duì)比分析。
1.摩擦表面的狀況
加工精度越高,扭矩系數(shù)越小(扭矩系數(shù)相當(dāng)于總摩擦系數(shù));潤(rùn)滑狀態(tài)越好,扭矩系數(shù)越小。
表面狀況對(duì)扭矩系數(shù)的影響非常大,直接關(guān)系到安裝扭矩及緊固軸力,一般情況下,潤(rùn)滑后,扭矩系數(shù)可下降20%到50%,甚至可以下降80%以上,對(duì)緊固件影響很大,如表1所示。
2.不同類(lèi)型潤(rùn)滑劑對(duì)扭矩系數(shù)的影響
從表1可看出,用了潤(rùn)滑劑后,扭矩系數(shù)直線下降。而不同類(lèi)型的潤(rùn)滑劑下降的幅度也大不相同,如表2所示。
3.不同的涂抹部位,對(duì)扭矩系數(shù)的影響
(1)只在螺栓與螺母的螺紋上涂潤(rùn)滑劑(墊圈上不涂)。
其測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。
(2)除在螺栓與螺母的螺紋上涂潤(rùn)滑劑,還在墊圈的平面上涂。
扭矩系數(shù)明顯下降,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
表1 各種表面狀況的扭矩系數(shù)
表2 不同類(lèi)型潤(rùn)滑劑對(duì)扭矩系數(shù)影響
表3 只在螺栓與螺母涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)檢測(cè)報(bào)告
表4 螺栓螺母墊圈涂潤(rùn)滑劑檢測(cè)報(bào)告
可見(jiàn)在墊圈上涂潤(rùn)滑劑很有必要,能大幅降低扭矩系數(shù)。除此之外,還有一個(gè)易被忽視的因素,因涂抹方便,往往只在螺栓螺紋處和墊圈上涂,以為螺母在裝配時(shí)自然會(huì)沾到潤(rùn)滑劑,而不會(huì)在螺母螺紋處全面涂抹。
(3)對(duì)于減小扭矩系數(shù)來(lái)說(shuō),其實(shí)螺母的潤(rùn)滑比螺栓的潤(rùn)滑更重要。
以下是兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比:一組是在螺栓、墊圈上涂潤(rùn)滑劑,螺母點(diǎn)涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)測(cè)試結(jié)果(表5)。
另一組是在螺栓、墊圈上涂潤(rùn)滑劑,螺母螺紋處全面涂抹潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)測(cè)試結(jié)果(表6)。
對(duì)表5、表6兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析:同一種產(chǎn)品,同一種潤(rùn)滑劑,后面一組產(chǎn)品與前面不同的是在螺母螺紋孔全面涂裝,扭矩系數(shù)明顯下降,降幅比較大。說(shuō)明螺母潤(rùn)滑對(duì)扭矩系數(shù)下降起了很大作用,通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),證實(shí)了對(duì)于扭矩系數(shù)的減小,螺母的潤(rùn)滑比螺栓的更重要。
表5 螺栓、墊圈涂潤(rùn)滑劑,螺母點(diǎn)涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)報(bào)告
表6 螺栓螺母墊片潤(rùn)滑狀態(tài)良好情況下的扭矩系數(shù)
以下是北京中能聯(lián)創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限公司的《螺栓現(xiàn)場(chǎng)施工管理》高強(qiáng)度螺栓安裝中連接副潤(rùn)滑膏涂抹的有關(guān)內(nèi)容及注意事項(xiàng)。
高強(qiáng)度螺栓連接副安裝前,應(yīng)在螺栓和螺母的螺紋旋合面、螺母和墊圈的摩擦結(jié)合面涂抹潤(rùn)滑膏(或是螺栓頭與墊圈的摩擦結(jié)合面,若連接時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的是螺栓)。潤(rùn)滑膏用毛刷均勻涂抹些許即可(圖3、4)。
圖3
圖4
潤(rùn)滑膏常規(guī)采用XX品牌的固體潤(rùn)滑劑油膏。
操作者按規(guī)定領(lǐng)取潤(rùn)滑劑和涂抹工具,如需更換潤(rùn)滑劑,必須征得項(xiàng)目公司和集團(tuán)公司的許可,并重新進(jìn)行扭矩系數(shù)的測(cè)定。
裝配時(shí),螺栓頭側(cè)及螺母?jìng)?cè)應(yīng)各置1個(gè)墊圈,安裝時(shí)應(yīng)注意方向的正確,墊圈有內(nèi)倒角的一側(cè)應(yīng)分別朝向螺栓頭和螺母支承面,螺母的支承面是指非標(biāo)記的一面。將螺母裝在螺栓上后,用手帶緊。
了解了影響扭矩系數(shù)的主要因素后,進(jìn)行測(cè)試時(shí)確保采用與實(shí)際安裝時(shí)相同的涂抹潤(rùn)滑劑方式及部位。從而讓測(cè)試數(shù)據(jù)在實(shí)際緊固安裝時(shí)具有更加真實(shí)的指導(dǎo)意義。
收稿日期:(2016-01-06)
中圖分類(lèi)號(hào):TB96
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-0711(2016)02-0042-03