淺談螺栓拉力試驗(yàn)的影響因素

? 新聞資訊 ????|???? ?2020-02-14 04:07:33

1 定義
    螺栓的抗拉強(qiáng)度是指螺栓軸向上在拉斷之前所能承受的最大拉力，是由均勻的塑性變形向局部集中的塑性變形過渡的臨界值，也是其在靜拉伸條件下的最大承載能力。螺栓的屈服強(qiáng)度是指螺栓進(jìn)行拉力試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)應(yīng)力達(dá)到某一值不再增加或小范圍波動(dòng)，而發(fā)生應(yīng)變急劇增大的現(xiàn)象。
2 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)
    通常檢驗(yàn)螺栓機(jī)械性能所依據(jù)的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了拉力試驗(yàn)要依據(jù)GB/T 228 的要求進(jìn)行試驗(yàn)。現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1 部分:室溫試驗(yàn)方法》。本文中所討論的試驗(yàn)都是針對(duì)GB/T 3098.1-2010中規(guī)定的FF試驗(yàn)系列即成品螺栓進(jìn)行試驗(yàn)，不包括MP系列即緊固件材料試驗(yàn)。
3 影響因素
3.1 人的影響
    檢驗(yàn)員的素質(zhì)是一項(xiàng)非常重要的影響因素，其滲透在各個(gè)環(huán)節(jié)中。包括對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇及理解，試驗(yàn)過程的操作，試驗(yàn)結(jié)束后檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理等等各個(gè)方面都有人員的影響。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)有失誤，都會(huì)影響檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此一定要提高檢驗(yàn)人員的素質(zhì)，減少人為的影響。
3.2 設(shè)備的影響
（1）檢驗(yàn)設(shè)備的定期檢定
    拉力試驗(yàn)機(jī)必須定期檢定，檢定合格后方能使用。通常檢定周期為一年，如果期間發(fā)生設(shè)備移動(dòng)、搬遷、維修、改造及其他改變?cè)O(shè)備現(xiàn)有狀態(tài)的情況，就應(yīng)在穩(wěn)定設(shè)備之后，使用設(shè)備前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢定。GB/T3098.1-2010 對(duì)設(shè)備做出了要求，即拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/T 16825.1 的規(guī)定。
（2）設(shè)備量程的適用性
    通常檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在拉力試驗(yàn)機(jī)全量程的2/3 左右時(shí)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度相對(duì)最高。所以要按照所檢螺栓的抗拉極限力值來選擇適合的設(shè)備。如果設(shè)備量程選擇不當(dāng)，易造成一定的偏差，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
（3）設(shè)備預(yù)熱
    在試驗(yàn)開始前，設(shè)備要進(jìn)行預(yù)熱，先空載運(yùn)行幾次，使設(shè)備處于較好的待檢狀態(tài)，以減小誤差。
（4）夾具
    GB/T 3098.1-2010 對(duì)夾具作出了要求。拉力試驗(yàn)機(jī)夾具：硬度應(yīng)大于等于45HRC。配套使用的螺紋夾具：硬度應(yīng)大于等于45HRC。因緊固件表面處理方式的不同，內(nèi)螺紋夾具的螺紋精度也有所不同，內(nèi)螺紋夾具的螺紋精度應(yīng)相應(yīng)達(dá)到6H、6AZ、6AX。如果夾具硬度過低，在進(jìn)行拉力試驗(yàn)的過程中，就不能有效的固定螺栓，還易造成夾具的損壞；如果內(nèi)螺紋精度低，就可能出現(xiàn)不能很好的將螺栓旋入夾具中的現(xiàn)象，影響試驗(yàn)。
3.3 樣品的影響
（1）在檢驗(yàn)過程中，要對(duì)已經(jīng)進(jìn)行完基本尺寸、螺紋精度等其他不損壞樣品的項(xiàng)目以后的樣品進(jìn)行試驗(yàn)。
（2）要選擇無表面缺陷的螺栓進(jìn)行試驗(yàn)，若表面有質(zhì)量缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響拉力試驗(yàn)的結(jié)果。
3.4 試驗(yàn)方法的影響
（1）選擇標(biāo)準(zhǔn)的正確性
    若不能正確地選擇檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，那么后續(xù)的工作都是錯(cuò)誤的。必須按照產(chǎn)品明示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，絕對(duì)不能想當(dāng)然。要確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的有效性。螺栓產(chǎn)品有其特殊性，某些螺栓用于老舊設(shè)備或有其他原因必須按照過期作廢的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。此時(shí)要按照產(chǎn)品明示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，否則會(huì)影響檢驗(yàn)結(jié)果的判定。
（2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知與理解
    要認(rèn)真閱讀標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確地理解標(biāo)準(zhǔn)中的要求，否則就會(huì)造成不能完全依照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)，不按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程操作，影響檢驗(yàn)結(jié)果。
（3）試驗(yàn)過程操作的規(guī)范性
    一是試樣的裝夾要選擇與待檢螺栓同規(guī)格的內(nèi)螺紋夾具。不同類型的螺栓在上裝夾具時(shí)要求不同，旋合長(zhǎng)度過短會(huì)導(dǎo)致在拉伸過程中發(fā)生試樣松動(dòng)或脫離夾具的現(xiàn)象；未旋合長(zhǎng)度過短，影響試樣有效的斷裂位置，直接影響試驗(yàn)結(jié)果。GB/T 3098.1-2010 對(duì)試樣如何裝入夾具有具體的規(guī)定，如下：
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螺栓：應(yīng)將待檢螺栓擰入內(nèi)螺紋夾具中，有效旋合長(zhǎng)度應(yīng)≥1d，未旋合長(zhǎng)度應(yīng)≥1d；
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螺柱：應(yīng)將兩端都擰入內(nèi)螺紋夾具中，應(yīng)保證有效的旋合長(zhǎng)度≥1d，未旋合長(zhǎng)度應(yīng)≥1d；
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帶短螺紋栓接結(jié)構(gòu)的螺栓：未旋合長(zhǎng)度應(yīng)＜1d（d 為螺栓的公稱直徑）。
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    二是將內(nèi)螺紋夾具裝夾于拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具內(nèi)，要注意一定要使上、下兩個(gè)內(nèi)螺紋夾具的夾頭豎直地裝夾到拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具中，保持同軸狀態(tài)，否則會(huì)對(duì)試件產(chǎn)生偏心力，從而導(dǎo)致試驗(yàn)力與試件發(fā)生軸向偏移，影響試驗(yàn)結(jié)果。內(nèi)螺紋夾具的夾頭一般為圓柱形，因此拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具要選擇V 型夾具，同時(shí)其尺寸也要配合內(nèi)螺紋夾具的夾頭尺寸。同時(shí)拉力機(jī)夾具不應(yīng)對(duì)試件產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，否則會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。
    三是拉伸速度。拉力試驗(yàn)機(jī)夾頭的移動(dòng)速度應(yīng)≤25mm/min，直至拉斷。對(duì)于可檢驗(yàn)出屈服強(qiáng)度的螺栓來講，速度過大易導(dǎo)致屈服強(qiáng)度結(jié)果偏大，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致檢驗(yàn)不出屈服強(qiáng)度，影響檢驗(yàn)結(jié)果。
（4）試驗(yàn)后結(jié)果計(jì)算的準(zhǔn)確性
    抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度是通過試驗(yàn)得出的力值計(jì)算出來的。GB/T 3098.1-2010 規(guī)定公式如下：
Rm =Fm/As （1）
式中：Rm ——抗拉強(qiáng)度，MPa；Fm ——極限載荷，kN；As ——螺栓公稱面積，mm2。
R el =Fel/As （2）
式中：R el ——下屈服強(qiáng)度，MPa；Fel ——極限載荷，kN；As ——螺栓公稱面積，mm2（在GB/T 3098.1-2010 中可查）。
    Fm 和Fel 值記錄應(yīng)準(zhǔn)確，否則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤；As 查表有誤也將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。
3.5 環(huán)境的影響
    GB/T 3098.1-2010 與GB/T 228.1-2010 都規(guī)定了試驗(yàn)一般在10℃~35℃的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。如果環(huán)境溫度過低，體心立方晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的螺栓會(huì)隨著溫度的降低而增大屈服強(qiáng)度，面心立方晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的螺栓則沒有太大變化；如果環(huán)境溫度過高，螺栓的屈服強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而有所降低。所以，實(shí)驗(yàn)室要保持溫度適宜，以避免對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。
4 結(jié)語
綜上所述，在進(jìn)行螺栓拉力試驗(yàn)過程中，一定要盡量避免以上這些影響因素，才能減小檢驗(yàn)結(jié)果的誤差，提高準(zhǔn)確度。
 
參考文獻(xiàn)
[1]GB/T 3098.1-2010 緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱[s].
[2]GB/T 228.1-2010 金屬材料拉伸試驗(yàn)第1 部分:室溫試驗(yàn)方法[s].
 
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