淺談螺栓拉力試驗(yàn)的影響因素

【摘 要】 螺栓的拉力試驗(yàn)是檢驗(yàn)其機(jī)械性能優(yōu)劣非常重要的檢驗(yàn)項目，包括抗拉強(qiáng)度及下屈服強(qiáng)度。試驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)都能影響檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個方面討論影響螺栓拉力試驗(yàn)結(jié)果的因素。

【關(guān)鍵詞】 螺栓 拉力試驗(yàn) 影響因素

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.04.006

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，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/T 3098.1-2010《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)?，F(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)是一項非常重要的影響因素，其滲透在各個環(huán)節(jié)中。包括對標(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)的計算與處理等等各個方面都有人員的影響。其中任何一個環(huán)節(jié)有失誤，都會影響檢驗(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、搬遷、維修、改造及其他改變設(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)備前對設(shè)備進(jìn)行檢定。GB/T 3098.1-2010對設(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，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度相對最高。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)的工作都是錯誤的。必須按照產(chǎn)品明示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，絕對不能想當(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)。此時要按照產(chǎn)品明示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，否則會影響檢驗(yàn)結(jié)果的判定。

（2）對標(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要求不同，旋合長度過短會導(dǎo)致在拉伸過程中發(fā)生試樣松動或脫離夾具的現(xiàn)象；未旋合長度過短，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對試樣如何裝入夾具有具體的規(guī)定，如下：

螺栓：應(yīng)將待檢螺栓擰入內(nèi)螺紋夾具中，有效旋合長度應(yīng)≥1d，未旋合長度應(yīng)≥1d；

螺柱：應(yīng)將兩端都擰入內(nèi)螺紋夾具中，應(yīng)保證有效的旋合長度≥1d，未旋合長度應(yīng)≥1d；

帶短螺紋栓接結(jié)構(gòu)的螺栓：未旋合長度應(yīng)<1d（d為螺栓的公稱直徑）。

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)，否則會對試件產(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，同時其尺寸也要配合內(nèi)螺紋夾具的夾頭尺寸。同時拉力機(jī)夾具不應(yīng)對試件產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，否則會影響試驗(yàn)結(jié)果。

三是拉伸速度。拉力試驗(yàn)機(jī)夾頭的移動速度應(yīng)≤25mm/min，直至拉斷。對于可檢驗(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，有時也會導(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，否則會導(dǎo)致計算結(jié)果錯誤；As查表有誤也將導(dǎo)致計算結(jié)果錯誤。

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].

作者簡介

王曉丹，工程師，機(jī)械工程專業(yè)，工程碩士，于撫順市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所從事檢驗(yàn)工作。