利用全橋測量法采集螺栓預緊力數據

崔健

摘 要：介紹了加氫反應器頭蓋主螺栓緊固及應變測量方法，對利用全橋法采集螺栓預緊力數值和測量方法作了介紹。

關鍵詞：加氫反應器；液壓拉伸器；螺栓；全橋應變測量法；應變

根據壓力容器驗收技術條件，加氫反應器在水壓試驗前頭蓋法蘭需要通過螺栓聯接預緊并保證受力均勻，最終預緊力符合要求噸位，確保頭蓋法蘭密封性[1]。文章主要闡述應用全橋法通過多次循序、逐級采集應變數據，科學、直觀的調整預緊力施加，保證頭蓋法蘭密封成功。

1 螺栓緊固方法

加氫反應器屬于高溫高壓設備，工作時頭蓋法蘭、八角密封墊片和螺栓會產生熱變形，因此通過施加符合工藝要求的螺栓預緊力來保證密封性[2]。目前加氫反應器螺栓緊固主要手段為液壓螺栓拉伸器。

2 螺栓預緊力測量方法及原理

2.1 螺栓預緊力測量方法

測量設備選用直角電阻應變片、預調平衡箱和YJ-25型靜態電阻應變儀。粘貼在螺栓上的應變片受到外力作用時其輸出電壓也產生變化，通過靜態電阻應變儀放大及A/D轉換后，在靜態電阻應變儀屏幕顯示相應應變值[3]。

2.2 螺栓預緊力測量原理

直流放大器采集應變數值容易產生零點漂移，在實際應用中多采用交流放大器對信號放大處理[4]。

選用全橋等臂測量電路進行應變測量時，測量電橋中R1、R2、R3、R4均為工作應變片，且四個橋臂電阻值均相等，即R1=R2=R3=R4，如圖1。

3 螺栓預緊力測試過程及分析

液壓拉伸器緊固螺栓時根據設定預緊力分四級油壓逐漸遞增，第一級為預緊力的40%，第二級為預緊力的60%，第三級為預緊力的80%，第四級為預緊力的100%。緊固螺栓要按照“對稱排序，十字交叉、循序分級”的原則，緊固完畢后利用卡尺檢查法蘭面是否平行，保證各螺栓受力均勻。

緊固過程中由于液壓拉伸器與螺栓數量不等，在緊固某組螺栓時將影響相鄰螺栓載荷，產生彈性交叉干擾。通過對螺栓編號，采用對角方式加載拉伸力，能夠得到均勻、準確的螺栓預緊力。

把合法蘭給定參數如下：八角墊密封；M90×3雙頭螺栓；數量：16個；工藝要求螺栓預緊力：96-106噸/個，螺栓緊固順序依次為 1-3-2-4-1，如圖2所示，加載方式見表1。

在實際緊固螺栓過程中，第1組螺栓按最大限定噸位加載并調勻。第3組螺栓按工藝要求噸位的1.4倍加載；第2組螺栓按工藝要求噸位的1.3倍加載；第4組螺栓按工藝要求噸位的1.2倍加載。緊固一圈后，從各組螺栓的剩余噸位表中可以看到第1、3組的螺栓噸位不夠；第2組的螺栓噸位接近要求的工藝值。重新按緊固順序把合，校驗各螺栓應變值直到取值均勻并滿足工藝要求。

4 結束語

多年的工程實踐證明通過全橋應變法測量高強度螺栓的工作應變進而推算應力是行之有效的，可以保證頭蓋法蘭密封效果，得到科學、有效的預緊力數值。

參考文獻

[1]葉紅，顏廷武，劉元勝.法蘭連接中的螺栓預緊力[J].有色礦冶，2005（3）.

[2]李建江.裝配過程中螺栓預緊力的控制[J].工程機械，2010（7）.

[3]天津大學材料力學教研室電測組.電阻應變儀測試技術[M].北京：科學出版社，1980.

[4]張如一.應變電測與傳感器[M].北京：清華大學出版社，1999.