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离心泵安装‖一种螺栓紧固性检查的新方法离心泵安装‖一种螺栓紧固性检查的新方法Bill Eccles boltscience.com 一般情况下，新拧紧的螺母或螺纹紧固件，其扭矩会根据尝试松开或再拧紧一些而有所不同。通常，松开新拧紧的紧固件所需的扭矩比进一步拧紧的扭矩小约10 % 至30 %。 当拧紧螺纹紧固件时，需要施加相当大的扭矩来克服螺纹和螺母结合面（或螺栓头，如果螺栓旋转）之间的摩擦。用于克服摩擦的扭矩大小取决于摩擦系数，但通常在85 % 至90 % 的范围内。如图1所示，在拧紧摩擦系数为0.12的螺母/螺栓时，只有约14 % 的扭矩用于拉伸紧固件，从而产生夹紧载荷，86 % 的扭矩用于克服摩擦。拉伸紧固件所需的扭矩始终沿松开方向作用，因此松开扭矩小于拧紧扭矩。 图1 图2显示了拧紧和松开螺纹紧固件时的情况。拧紧扭矩TOn会产生一定的夹紧力（F），然后需要一个扭矩TOff才能松开。对于新拧紧的紧固件，TOn大于TOff。如果紧固件长时间放置，摩擦力的变化可能会导致松开扭矩TOff大于原始的拧紧扭矩TOn。 图2 在许多应用中，拧紧紧固件所提供的夹紧力对于确定组件结构完整性的成功与否至关重要。人们通常非常关注确保螺栓接合面以受控的方式安装，以获得可预测的夹紧力。拧紧螺纹紧固件最常用的受控方法是施加特定的拧紧扭矩。在紧固件的屈服点以下，施加的扭矩与紧固件提供的夹紧力之间的关系是线性的。也就是说，扭矩增加一倍，夹紧力增加一倍。一旦拧紧，螺栓接合面提供的夹紧力就会减小。这种降低可能在螺纹没有任何旋转的情况下发生，如应力松弛、嵌入、蠕变和类似效应的情况，或者螺栓或螺母可能会旋转，从而降低夹紧力，如自松情况。因此，在许多应用中，由于担心螺栓的松动，需要采取一些控制措施来检查其紧固性。通常认为松紧度是测量的扭矩值，但在大多数应用中，关键因素是夹紧力而不是扭矩。问题是，没有低成本的方法来评估先前紧固件所提供的夹紧力。 目前，螺栓/螺母组件的紧固性通常采用基于扭矩的方法进行评估，这种方法被称为扭矩审核。扭矩审核通常通过以下三种扭矩方法之一完成： 1）拧紧扭矩法：测量沿拧紧方向将螺栓/螺母旋转小角度（通常为2至10°）所需的扭矩。这是最常用的扭矩审核方法。 2）松开扭矩法：测量沿松开方向旋转螺栓/螺母所需的扭矩（通常小于拧紧扭矩）。 3）标记紧固件法：标记螺栓/螺母相对于结合面的位置，将其拧紧约 30° 角，然后测量将螺栓拧回标记位置所需的扭矩。 这三种方法各优缺点。每种方法的关键假设是，测量的扭矩值是对接合面紧固性的真实评估。每种方法的关键缺陷都是假设在拧紧螺栓/螺母和完成检查过程之间摩擦系数没有变化。螺栓/螺母最初拧紧后，温度、湿度的变化和腐蚀的影响会影响摩擦值，进而影响扭矩值，但不一定影响夹紧力。摩擦条件的变化可能会使扭矩值是对螺栓紧固性的真实评估这一假设失效。 本文所描述的方法旨在改进现有的紧固性检查方法，以便对先前螺栓接合面所提供的夹紧力进行评估和可能的修正。这是通过在螺栓/螺母上进行拧紧-松开-重新拧紧顺序（称为“紧-松-紧”方法）来实现的，包括扭矩测量。“紧-松-紧”拧紧顺序可以提供螺栓夹紧力的信息，与现有方法相比，可以更好地显示接合面的结构完整性。 通过研究拧紧和松开扭矩之间的潜在关系，可以推导出一个简单的公式，将拧紧扭矩TOn和松开扭矩TOff与紧固件中存在的夹紧力（F）联系起来。这种关系如下公式所示，公式中的p是螺纹的螺距。因此，例如，如果在先前拧紧的M12螺母/螺栓（螺距p=1.75 mm）上测量到80 Nm的扭矩TOn，TOff值为60 Nm，则夹紧力估计为36 kN。从本质上讲，拧紧和松开扭矩值之间的差异越大，螺栓中存在的力就越大。 公式： 为了应用“紧-松-紧”方法来确定螺栓接合面的紧固性，在最终重新拧紧之前，先测量沿拧紧方向旋转螺母所需的扭矩，然后测量沿松开方向所需的扭矩。图3给出了一系列说明这种方法的图片。 图3 作者进行了大量的测试来评估“紧-松-紧”方法的有效性。测试结果表明，当紧固件摩擦系数较低（<=0.08）时，“紧-松-紧”紧固性审核方法可以准确预测螺栓的载荷。当紧固件显示摩擦系数的典型值（0.08至0.18）时，测试表明该方法是螺栓载荷的良好指标。在高摩擦系数值（>0.25）的情况下，例如在没有润滑剂的情况下拧紧镀锌螺栓所显示的摩擦值，这种方法的潜力有限。 在下列情况下，“紧-松-紧”紧固性审核方法更为准确： 1）使用具有固有的低摩擦值的润滑良好的紧固件。 2）审核过程是在紧固件安装后相对较短的时间内进行的。 在下列情况下，“紧-松-紧”紧固性审核方法的准确性往往较低： 1）紧固件没有润滑，并且具有固有的高摩擦，例如，镀锌表面没有使用润滑剂。 2）紧固件安装后已经过了很长时间，工作环境可能会发生腐蚀。 根据施加扭矩的方法和对摩擦条件的了解，螺栓载荷的变化范围在 ± 17 % 到 ± 33 % 之间。螺栓载荷的变化主要是由于紧固件摩擦力的变化，而不是施加扭矩值的准确性。“紧-松-紧”紧固性审核方法的典型精确度完全在上述范围内。 在某些维护活动中，确定接合面处螺栓的拧紧载荷/扭矩可能会遇到问题。而“紧-松-紧”方法可以提供有关现有螺栓承受的载荷的重要信息，从而可以更好地估算出新螺栓应拧紧的扭矩。 仅测量拧紧扭矩可能无法准确地反映接合面的夹紧力。这种方法之所以被广泛使用，是因为通常没有其它可行的替代方法。总之，在大多数应用中，传统的扭矩审核方法可以有效地使用（即测量沿紧固方向稍微旋转紧固件所需的扭矩），也可以实施“紧-松-紧”紧固性审核方法。“紧-松-紧”紧固性审核方法的一大优势在于，无需对现有工作方法进行重大调整，即可获得有关接合面完整性的更多信息。 确定接合面处可能存在的保持夹紧力，可能是确定组件的结构完整性是否可能令人满意或可能受损的关键因素。因此，这种新方法可以成为帮助确保产品安全性和可靠性的有用工具。这种新的紧固件紧固性检查方法存在局限性，主要是在高摩擦条件下的准确性，但在许多情况下，它是保持紧固件夹紧力的有用指标。 泵沙龙注：封面图片来源于网络。 |
