螺栓緊固的扭矩系數與標準偏差

榮　飛

（順益體系(集團），廣東 珠海 519020）

?

螺栓緊固的扭矩系數與標準偏差

榮飛

（順益體系(集團），廣東 珠海 519020）

摘 要：簡要介紹了扭矩系數、標準偏差與螺栓緊固的關系，并對影響扭矩系數的主要因素加以分析。

關鍵詞：扭矩系數；標準偏差；潤滑劑；影響因素

一、螺栓緊固安裝方法簡介

目前國標中或行業中經常接觸的螺栓緊固安裝的4種方法是扭矩法、轉角法、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，因其操作簡便、易于掌握。扭矩法中主要是要確定扭矩系數與標準偏差。扭矩法是在彈性范圍內安裝，損耗很大，表面摩擦、螺紋間的摩擦損耗了大量的安裝扭矩，真正轉化為緊固軸力的大約只占安裝扭矩的10%左右（圖1）。

圖1

二、試驗室測試扭矩系數及標準偏差方法

試驗室做高強螺栓扭矩系數的程序是這樣的：在試驗臺上卡固被測螺栓，用扭矩扳手逐步擰緊螺栓（螺母），觀察軸力檢測儀上的讀數，確定所施加的軸力數值滿足設計預拉力規定范圍的下限，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），最終可以在預拉力取值范圍內通過傳感器在施工扭矩測試儀上讀出施工扭矩值，儀器自動保存以上兩個數據。按以上步驟做完8套試件，測試儀自動計算出扭矩系數平均值和標準偏差值。

三、扭矩系數與標準偏差對螺栓安裝緊固的影響（圖2）

圖2

扭矩、預緊力及扭矩系數三者之間的關系：

T=k?F?d

式中：T——扭矩，N?m；

k——扭矩系數（也稱總摩擦系數）；

F——預緊力（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，螺栓極限強度恒定的情況下，k越小，產生的預緊力F越大。那么是否k越小越好呢？

當扭矩系數小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下，緊固力超過了螺栓的強度極限，高強度螺栓就會產生伸長甚至斷頭的現象；反之，扭矩系數過大，則產生的緊固力就會過小，螺栓連接副達不到預緊的功能，就可能產生松動情況。因此，要使緊固力在一個標準的范圍內，則產品的扭矩系數就要限定在一個規定的范圍內。

如果扭矩系數偏大，但標準偏差≤0.01，安裝時要增加扭矩，安裝時費力，但不會出現過擰或松動現象。因此，從某種角度來講，標準偏差比扭矩系數更加重要。

扭矩系數和標準偏差是安裝中不可分割的兩個重要參數。目前國標GB/T1231-2000對鋼結構用高強度螺栓連接副作了標準規定，扭矩系數k =0.11～0.15，標準偏差≤0.01。

從某種角度來講，標準偏差比扭矩系數更加重要。因此，企業實際使用時，一般標準偏差≤0.01這個條件不會放松。而扭矩系數k =0.11～0.15這個條件卻可以放寬。如某風電廠就要求扭矩系數值控制在0.08～0.12，扭矩系數均值控制在0.09～0.12之間。

四、扭矩系數的主要影響因素

影響扭矩系數的因素主要有：摩擦表面的狀況、潤滑劑的類型、潤滑劑的不同涂抹部位等。以下對通過實驗取得的大量測試數據加以對比分析。

1.摩擦表面的狀況

加工精度越高，扭矩系數越小（扭矩系數相當于總摩擦系數）；潤滑狀態越好，扭矩系數越小。

表面狀況對扭矩系數的影響非常大，直接關系到安裝扭矩及緊固軸力，一般情況下，潤滑后，扭矩系數可下降20%到50%，甚至可以下降80%以上，對緊固件影響很大，如表1所示。

2.不同類型潤滑劑對扭矩系數的影響

從表1可看出，用了潤滑劑后，扭矩系數直線下降。而不同類型的潤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，對扭矩系數的影響

（1）只在螺栓與螺母的螺紋上涂潤滑劑（墊圈上不涂）。

其測試數據如表3所示。

（2）除在螺栓與螺母的螺紋上涂潤滑劑，還在墊圈的平面上涂。

扭矩系數明顯下降，實驗結果如表4所示。

表1　各種表面狀況的扭矩系數

表2　不同類型潤滑劑對扭矩系數影響

表3　只在螺栓與螺母涂潤滑劑的扭矩系數檢測報告

表4　螺栓螺母墊圈涂潤滑劑檢測報告

可見在墊圈上涂潤滑劑很有必要，能大幅降低扭矩系數。除此之外，還有一個易被忽視的因素，因涂抹方便，往往只在螺栓螺紋處和墊圈上涂，以為螺母在裝配時自然會沾到潤滑劑，而不會在螺母螺紋處全面涂抹。

（3）對于減小扭矩系數來說，其實螺母的潤滑比螺栓的潤滑更重要。

以下是兩組數據的對比：一組是在螺栓、墊圈上涂潤滑劑，螺母點涂潤滑劑的扭矩系數測試結果（表5）。

另一組是在螺栓、墊圈上涂潤滑劑，螺母螺紋處全面涂抹潤滑劑的扭矩系數測試結果（表6）。

對表5、表6兩組數據進行對比分析：同一種產品，同一種潤滑劑，后面一組產品與前面不同的是在螺母螺紋孔全面涂裝，扭矩系數明顯下降，降幅比較大。說明螺母潤滑對扭矩系數下降起了很大作用，通過反復實驗，證實了對于扭矩系數的減小，螺母的潤滑比螺栓的更重要。

表5　螺栓、墊圈涂潤滑劑，螺母點涂潤滑劑的扭矩系數報告

表6　螺栓螺母墊片潤滑狀態良好情況下的扭矩系數

五、高強度螺栓安裝時潤滑劑的涂抹實例

以下是北京中能聯創風電技術有限公司的《螺栓現場施工管理》高強度螺栓安裝中連接副潤滑膏涂抹的有關內容及注意事項。

高強度螺栓連接副安裝前，應在螺栓和螺母的螺紋旋合面、螺母和墊圈的摩擦結合面涂抹潤滑膏（或是螺栓頭與墊圈的摩擦結合面，若連接時轉動的是螺栓）。潤滑膏用毛刷均勻涂抹些許即可（圖3、4）。

圖3

圖4

潤滑膏常規采用XX品牌的固體潤滑劑油膏。

操作者按規定領取潤滑劑和涂抹工具，如需更換潤滑劑，必須征得項目公司和集團公司的許可，并重新進行扭矩系數的測定。

裝配時，螺栓頭側及螺母側應各置1個墊圈，安裝時應注意方向的正確，墊圈有內倒角的一側應分別朝向螺栓頭和螺母支承面，螺母的支承面是指非標記的一面。將螺母裝在螺栓上后，用手帶緊。

六、結語

了解了影響扭矩系數的主要因素后，進行測試時確保采用與實際安裝時相同的涂抹潤滑劑方式及部位。從而讓測試數據在實際緊固安裝時具有更加真實的指導意義。

收稿日期：（2016-01-06）

中圖分類號：TB96

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）02-0042-03