1、概述
高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，由于受機(jī)件或裝備螺栓質(zhì)量和安裝方面的影響，設(shè)備事故常有發(fā)生。其中，螺栓預(yù)緊力不足，造成螺栓松動(dòng)，機(jī)件或裝備運(yùn)行振動(dòng)過(guò)大，螺栓在長(zhǎng)期服役下，剪切斷裂，終造成重大事故的比例較大。究其原因，首先，是螺栓本身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，設(shè)計(jì)制造過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題；其次，就是在安裝及維護(hù)過(guò)程中螺栓預(yù)緊力不足，運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)造成的。
在螺栓斷裂失效的案例中，通過(guò)檢查螺栓化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)基本合格，這就排除了螺栓的質(zhì)量問(wèn)題。排除了安裝現(xiàn)場(chǎng)特殊工況條件，螺栓失效的焦點(diǎn)就落在了安裝施工和調(diào)試檢修方面。
在安裝過(guò)程中，如果螺栓預(yù)載荷超過(guò)了范圍上限，螺栓會(huì)發(fā)生塑性變形，甚至被拉斷；如果螺栓預(yù)載荷小于范圍下限，兩連接部件中間會(huì)產(chǎn)生縫隙，在運(yùn)行過(guò)程中，特別是惡劣工況時(shí)，機(jī)件的應(yīng)力比正常時(shí)增加約95%，造成螺栓發(fā)生脆性斷裂。
螺栓的緊固程度，直接關(guān)系著機(jī)件或裝備的使用壽命。針對(duì)螺栓現(xiàn)狀，必須對(duì)已安裝的螺栓進(jìn)行軸力檢測(cè)；且勞動(dòng)強(qiáng)度大、預(yù)緊力測(cè)量的誤差等原因，造成螺栓發(fā)生事故。
2、軸力檢測(cè)的幾種方法
如今開始嘗試應(yīng)用一些新的方法來(lái)進(jìn)行高強(qiáng)螺栓軸力的檢測(cè)，以保證安裝的質(zhì)量，下面簡(jiǎn)述三種新的檢測(cè)方法。
2.1標(biāo)定法
現(xiàn)通常所說(shuō)的拉力標(biāo)定器就是軸力計(jì)。為了保證高強(qiáng)度螺栓連接副的安裝質(zhì)量，在安裝現(xiàn)場(chǎng)用于檢測(cè)軸力的移動(dòng)式軸力計(jì)，由輪輻式壓力傳感器和與之配套的數(shù)字顯示儀表組成。
移動(dòng)式軸力計(jì)主要適用于安裝現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)施工的力矩施加工具進(jìn)行施擰后的預(yù)緊力對(duì)比，以便及時(shí)修正現(xiàn)場(chǎng)施擰扭矩。通過(guò)移動(dòng)式的軸力計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施擰工具的標(biāo)定校驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量提供了一定的質(zhì)量保障。
2.2應(yīng)變法
將應(yīng)變片貼在被測(cè)定物上，使其隨著被測(cè)定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長(zhǎng)或縮短時(shí)電阻會(huì)隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個(gè)原理，通過(guò)測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。
應(yīng)變法是利用應(yīng)變片組成惠斯通電橋的工作原理，然后對(duì)其進(jìn)行封裝，形成螺栓軸力傳感器裝置，然后將傳感器安裝在螺栓和被連接件的中間，在螺栓和傳感器中間放置墊片使傳感器受力均勻。由于傳感器受到螺栓預(yù)緊力的壓擠作用，使得傳感器內(nèi)部的應(yīng)變片發(fā)生變化，而產(chǎn)生位移應(yīng)變。通過(guò)上述原理法來(lái)測(cè)得應(yīng)變，再由應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系從而計(jì)算出預(yù)緊力。
2.3 超聲波測(cè)量法
人們?cè)诶碚撋蠈?duì)聲波與應(yīng)力關(guān)系進(jìn)行研究探索多年，進(jìn)入21世紀(jì)，市場(chǎng)上已有了螺栓應(yīng)力超聲測(cè)量?jī)x。由于超聲波應(yīng)力測(cè)量方法可直接測(cè)量，且精度高，測(cè)量簡(jiǎn)便，尤其是可以在役狀態(tài)的螺栓進(jìn)行定期跟蹤檢測(cè)，所以發(fā)展較快。
超聲應(yīng)力檢測(cè)法的計(jì)算原理，首先測(cè)量有應(yīng)力狀態(tài)下和無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下超聲波傳導(dǎo)來(lái)回需要的聲時(shí)；再用扭矩機(jī)、拉伸機(jī)分別與超聲應(yīng)力儀對(duì)比，量?jī)x得出的結(jié)果很好，誤差極小。
超聲波應(yīng)力測(cè)量?jī)x可以進(jìn)行螺栓安裝過(guò)程中的檢測(cè)和對(duì)現(xiàn)行服役螺栓軸力的檢測(cè)、螺栓在役檢測(cè)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)件運(yùn)行的螺栓預(yù)緊力，起到保護(hù)裝備或車輛安全運(yùn)行的重要作用。
總之，標(biāo)定法適用范圍僅僅在安裝過(guò)程中；超聲測(cè)量法適用在役螺栓軸力的檢測(cè)；應(yīng)變法適用于在螺栓在安裝時(shí)預(yù)設(shè)，在運(yùn)行過(guò)程中，可以進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)或隨時(shí)停機(jī)檢測(cè)。三種方法各有適用之處，需要工程技術(shù)人員通盤考慮，設(shè)計(jì)選擇可靠的方法進(jìn)行才行。
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