扭矩扳手準確性的影響因素探析

王甜 武漢中車株機軌道交通裝備有限公司

一、引言

加工制造技術的進步，使得機械設備具備的功能不斷得到完善，控制好機械設備功能模塊安裝質量，可以進一步提高機械設備整體質量，提升功能模塊的安裝質量離不開準確的螺紋安裝扭矩。螺紋作為重要的安裝工序，需要良好地連接緊密性，這就需要在使用過程中減小扭矩誤差，規范工人員的操作方法，達到螺栓連接質量控制要求，滿足機械設備對密封性的要求。所以，深入研究扭矩扳手準確性，提高螺栓安裝操作精度，滿足對安裝質量控制要求。

二、扭矩扳手工作原理和優點

扭矩扳手也是根據物理學中杠桿原理，操作人員通過對扳手施加扭矩來使機械構件產生轉動，使得螺帽與螺栓形成對等力，可以達到設定的力學平衡點。扭矩扳手與普通扳手有所不同，采用人體工學特點進行設計，使用過程中具有更好的握持舒適感，可以減少使用產生的疲勞感，只需要設定好扭矩刻度，就可以保證施加力達到規定值，工作人員通過手柄可感受到產生的振動，防止施加的扭矩過大或過小，不能達到緊密性連接的要求。通過設定扭矩后進行操作，可以在達到扭矩以后聽到咔噠聲，工作人員應該停止繼續施加扭矩。市面上扭矩扳手的類型比較多，主要有指針式、數顯式等，工作人員的使用過程中查看具體的扭矩值，但很多扭矩板手的精度都達不到要求，還需要采取人工方式來設定扭矩值，以人工或物理計算方式進行扭矩設計。

扭矩＝力×力臂

圖1 扭矩示意圖

三、扭矩扳手準確性影響因素分析

（一）工作人員專業水平

工作人員具備的專業水平會對扭矩扳手準確性產生較大的影響，對扭矩扳手是否了解會對施加力矩取值形成影響，比如，施工加的扭矩速度、角度等，如果角度太大，存在的單邊摩擦就會相應的變大，而施加扭矩速度不均則會存在波動，需要工作人員嚴格控制好施力角度與速度，防止產生沖擊扭矩。在進行螺栓緊固操作時，應該確定好初始預緊力，再根據裝配工藝要求進行設計，制定科學合理的扭緊辦法，控制好會使用過程中的力度。使用扭矩手的時候，工作人員必須用手握住扭矩扳手的手柄用力進行操作，如握住扭矩扳手的其他部位進行操作將會對產生的扭矩值造成影響。

圖2 扭矩扳手的不正確使用造成的影響

（二）螺栓摩擦影響

螺紋連接件相互間上存在著摩擦力，但無法對摩損損耗進行準確測定，會導致扭矩扳手在使用時存在取值不準確的問題。在進行扭緊操作過程中，施工加的預緊力與扭矩間存在著正比例關系，螺栓受力及工況會對預緊力產生影響。普遍情況下，當螺栓完全擰緊以后，施加預緊力不可以超過材料屈服極限的80%，螺栓頭部、底部和表面摩擦只有50%扭矩左右，余下的扭矩會被螺絲摩擦所消耗，約有10%扭矩被應用到鎖緊。螺栓制作的表面工況、潤滑程度和摩擦系數也會對預緊力產生影響，螺帽及工件結合面相互影響會使摩擦半徑發生改變，因此，很多扭矩鎖緊不會采用墊圈。為降低摩擦力，多采用二硫化鉬、石墨材料等制作成潤滑脂，多應用于特殊鎖緊力要求工況下，要不然則會使預緊力變大，螺栓由于過度受力而產生斷裂。如果想采用較小預緊力達到理想的預緊效果，可采用潤滑脂減小連接件摩擦力。螺栓與緊固件間的摩擦力可以防止機械設備受到震動而松動，可應用雙螺母或涂膠等方式，使鎖緊力達到設計要求。螺栓表面進行電鍍處理，也會對扭矩及摩擦系數產生影響，接觸面、螺紋副間摩擦系數也會對扭矩值產生影響，在進行螺紋連接以前需要對選用的螺栓材質、熱處理情況進行檢查與了解，核實是否存在裂紋、斷扣等問題，可以更好地保證螺栓與緊固件間的配合。

圖3 螺紋連接件之間存在摩擦力

（三）讀數影響

指針扭矩扳手會通過寬度、刻度間距比來獲取到實際的力矩值，準確度會受到讀數影響，需要工作人員事先進行估讀，這樣可以降低讀數誤差，而數顯扳手讀數誤差主要會受到數據波動影響。讀數誤差約占扳手示值誤差50%，而測量扭矩值變大會使讀數誤差有所降低，測量扭矩扳手下限部位易產生讀數誤差，需要由兩名工作人員進行重復讀數，這樣可以提高讀數的準確性。

（四）扭矩扳手結構影響

預置可調式扭矩扳手不可以脫離開主彈簧，這是準確使用扭矩扳手的關鍵，彈簧材料應變會對扭矩扳手準確性產生影響，需要彈簧材料具備足夠的強度、沖擊韌性、塑性和彈性，疲勞極限達到使用要求，經過良好的熱處理以后方可用于扭矩扳手。使用完預置式扭矩扳手以后，需要把扳手扭矩調整到最小值，完全釋放掉彈簧力，可以延長彈簧的使用年限。在采用預置可調式扳手時，先將扳手進行預扭，不可以拆卸掉螺母、螺栓，也不可以在扳手尾部加延長套管，避免對扭矩扳手造成損傷。要據使用要求合理調整扭矩，應該平緩加載扭矩，不可以進行猛壓或猛拉，防止過載操作使扭矩失去準確性，達到預置扭矩以后及時停止用力。

（五）維護管理

扭矩扳手使用頻次比較高，為了進一步提高準確度，需要進行定期采用檢定儀進行校準，可以達到1%的準確率。校準多在實驗環境下進行，不同于現場使用條件，應該對校準與維護進行管理，避免受到不同場合的影響。在實際應用前需要檢查扭矩扳手準確性，結合使用頻次來確定維護頻率，每年不少于一次校準。

四、扭矩扳手的正確使用方法

一些螺栓、螺母等緊固件對安裝扭矩有較高要求的場合，都會應用到扭矩扳手，通過對施加扭矩的準確控制可以提高螺紋的緊固性，也不會由于力矩過大導致螺紋受損，操作前設置好固定扭矩值，施加到預置的力矩后會通過振動或咔噠報警聲，需要停止繼續施加外力，不可以采用沖擊力，操作完成后將扳手中零件復位。工作人員需要將手握到手柄中間刻度線部位，要標注的方向上施加力矩，施力角度應該控制在±15°以下。嚴格根據緊固件強度及扭矩工藝要求選用合理量程的扭矩扳手，不可以超范圍使用。指針式扭矩扳手在使用以前，需要進行檢查與調零，在無荷載情況下指針應該歸零，如果指針不歸零應該進行調整或更換。為達到準確讀數的要求，操作扳手手柄時保證拉力與扳手成90°，平穩地施加扭矩，不可以沖擊或施加過大的力矩，避免出現力矩誤差。使用完力矩扳手以后，需要將通過旋轉將指針歸于零位，為下次使用提從方便。采用預置可調式扳手對構件進行緊固，需要把扭矩值設定在使用區間的，同時，扭矩扳手也是一種計量工作，在使用過程中不可以丟擲、震動，避免由于使用不當造成讀數不準。

五、扭矩扳手的檢定

扭矩扳手作為計量器具，需要根據要求定期進行檢定與校準，檢驗驗測機構對扭矩扳手進行檢定合格以后，會給扳手貼上合格標志。ISO 6789規定扭矩工具一年至少要校驗一次，國家檢定規程JJG 707-2014適用于扭矩扳手、含扭矩螺絲刀、及其他結構形式的帶有扭矩測量機構的擰緊計量器具，國際通用標準ISO6789-2017規定了用于螺紋連接體控制擰緊的手動扭矩工具的要求，描述了其測試方法及標記方法。工作人員在使用扭矩扳手時，應該檢查合格標識是否過期，查閱校準證書中對轉接器與扭矩扳手配合使用要求，都給出那些警示信息，需要根據校準數值進行規范操作。在進行扭矩扳手檢定時，需要保證扳手旋轉面與水平面保持平行，將期放置于智能扭矩儀上，通過導軌托盤來對扳手高低進行調整，保證旋轉面與水平面保持平行狀態，使安裝力矩數值可以準確無誤。如果擺放位置達到準確要求，在對扳手施加作用力時，扳手自身尺寸及自重會對力矩分量產生影響，會使得檢定精度達不到要求，需要嚴格控制扳手放置位置，才能更好地保證扳手精度。施加作用力的方向應該盡量保持與扳手保持垂直，如果超出允許偏差區域，扳手形成的力臂會低于實際力臂，扭矩值變小會對檢定精度造成影響。施加的力需要作用到扳手中間區域，也就是保持在加力線附近，如果位置靠前會與視準器接近，嚴格情況下會損壞指示器，扭矩會低于實際值。如果位置太過于靠后，施加的力矩會超過實際值，力矩傳感器則會受損，對扭矩精度造成影響。為防止傳感器受力狀態不好引起誤差，需要使傳感器與扭矩扳手保留一定的間隙，對扳手施加作用力時，傳感器與扳手方頭無法保持相同軸心，而實際顯示數值為扳手示值扭矩、側向扭矩、四方孔和套頭摩控力矩和。所以，縮短扳頭及四方孔間隙，采用較小摩擦力轉接頭，可以使輸出扭矩值更為精準。

六、結語

為了保證扭矩扳手準確性，需要深入分析扭矩扳手原理與準確性影響因素，保證按規范要求合用扭矩扳手，如何進行準確地檢定，從提高操作人員專業素養入手，更好地保證扭矩的穩定，減少摩擦帶來的影響，可以進一步降低誤差，提高扭矩扳手準確性。