不銹鋼螺栓鎖死問題分析

張雅琴

摘 要：受材質(zhì)特性的影響，不銹鋼螺栓在拆卸過程中極易出現(xiàn)鎖死問題。這不僅嚴(yán)重影響了不銹鋼緊固件的使用性能，還影響了緊固件的再次使用。因此，分析了不銹鋼螺栓鎖死問題及其根源，并提出了相應(yīng)的解決措施，以期為類似問題的處理提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：不銹鋼螺栓；緊固件；鎖死問題；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TH131.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.120

不銹鋼緊固件具有美觀、耐用、抗腐蝕等特點(diǎn)，是機(jī)械裝配中的常見材料，但是不銹鋼緊固件存在鎖死問題，即螺栓與螺母連接過于緊密而無法打開的情況。兩者一旦咬死，就很難分開，需要破除螺母或者截?cái)嗦菟ú拍軐⒍叻蛛x開來?？梢?，不銹鋼螺栓鎖死問題對(duì)緊固件的重復(fù)使用和機(jī)械裝配效率都具有不利影響。為了避免不銹鋼螺栓鎖死帶來的不利影響，本文以某單位的單機(jī)研制過程為例，通過研究其不銹鋼緊固件裝配中出現(xiàn)的鎖死問題，提出一系列解決和預(yù)防措施。

1 案例分析

某單位在單機(jī)研制過程中考慮到材料抗腐蝕性、強(qiáng)度和硬度等約束因素，需要在多個(gè)備選零件中挑選出最適合的零件，最后采用了不銹鋼材質(zhì)的零件，但是在裝配、分解過程中卻經(jīng)常發(fā)生鎖死現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2 不銹鋼螺栓材質(zhì)的特性和鎖死原因

不銹鋼螺栓出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象與其材質(zhì)特性有很大關(guān)聯(lián)，因此，分析不銹鋼螺栓的材質(zhì)特性有助于找出鎖死原因。

2.1 不銹鋼螺栓的材質(zhì)特性

目前，市場(chǎng)上大部分不銹鋼螺栓的原材料都來自于日本。按照材料級(jí)別，可以將不銹鋼材料分為SUS302、SUS304、SUS316三個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)的材料在生產(chǎn)制造過程中所參照的標(biāo)準(zhǔn)和所選用材料的成分都有所不同，因此，材料性能各有不同：SUS302的強(qiáng)度較高，但是延伸性不及301不銹鋼；SUS304可用于制造耐熱鋼，廣泛用于食品設(shè)備、核能生產(chǎn)領(lǐng)域；SUS316的抗腐蝕能力較強(qiáng)，可用于抗點(diǎn)蝕材料的生產(chǎn)。這三種不銹鋼材料都屬于300系列，延展性、強(qiáng)度等基本滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

在分析不銹鋼螺栓材質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，將不銹鋼緊固件發(fā)生鎖死問題的原因總結(jié)如下。

2.2 不銹鋼螺栓鎖死原因

不銹鋼螺栓與碳鋼材質(zhì)制成的螺栓在使用過程中都會(huì)產(chǎn)生一些鐵屑，但是碳鋼螺栓所產(chǎn)生的鐵屑會(huì)自動(dòng)掉落，并不會(huì)影響螺栓的正常使用，也就不會(huì)發(fā)生螺栓鎖死現(xiàn)象。但是不銹鋼螺栓卻經(jīng)常發(fā)生鎖死現(xiàn)象，這是因?yàn)椴讳P鋼材料具有極強(qiáng)的防蝕性能，在使用過程中，為了避免材料受到外界侵蝕，金屬表面會(huì)產(chǎn)生一層氧化層來防止銹蝕的加深。氧化層雖然避免了金屬表面發(fā)生銹蝕，延長(zhǎng)了螺栓的使用壽命，但同時(shí)也增加了螺栓鎖死風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)不銹鋼螺栓鎖緊之后，牙紋間所產(chǎn)生的壓力與熱量會(huì)破壞這一氧化層，使金屬螺紋間發(fā)生阻塞或剪切，最終使螺栓與螺母之間產(chǎn)生了極強(qiáng)的黏著力。如果這種黏著力得不到及時(shí)的破除，就會(huì)導(dǎo)致不銹鋼螺栓被完全鎖死，很難再被打開。這一過程可以概括為阻塞→剪切→黏著→鎖死。這一連串的動(dòng)作往往在幾秒鐘內(nèi)即可完成。此外，如果在材料裝配過程中擰緊力度過大，也會(huì)使牙紋產(chǎn)生較大壓力，進(jìn)而發(fā)生鎖死現(xiàn)象。另外，緊固方向與螺栓軸向不垂直、角度發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)也會(huì)導(dǎo)致螺栓鎖死。

3 預(yù)防螺栓鎖死過程中的“四問”

為了避免機(jī)械裝配、分解過程中出現(xiàn)不銹鋼螺栓鎖死現(xiàn)象，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行，工作人員在不銹鋼緊固件裝配過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)以下四個(gè)問題的思考，防患于未然。

3.1 是否選用同一材質(zhì)等級(jí)的不銹鋼螺栓

市場(chǎng)上的不銹鋼螺栓種類繁多，具體選擇哪種型號(hào)，需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求確定。如果設(shè)計(jì)許可，可以采用不同材質(zhì)的不銹鋼螺栓產(chǎn)品，即低廉的SUS304不銹鋼螺栓可以與價(jià)格相對(duì)較高的SUS316不銹鋼螺栓配套使用。此外，所選的不銹鋼螺栓長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)，不能過長(zhǎng)，一般在擰緊后留有兩個(gè)牙距是比較適中的長(zhǎng)度。

3.2 在上鎖前是否清潔螺栓

如果不銹鋼螺栓的牙紋間隙存在異物，就會(huì)增加螺栓與螺母之間的阻力，進(jìn)而出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象。因此，在機(jī)械裝配之前，應(yīng)當(dāng)徹底清潔不銹鋼螺栓和裝配環(huán)境，防止異物掉落，避免鎖死情況的發(fā)生。

3.3 裝配操作是否規(guī)范

擰緊力度或角度對(duì)不銹鋼螺栓鎖死狀況都有一定的影響，如果擰緊力度過大或擰緊速度過快，就會(huì)增加鎖死的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)員工的培訓(xùn)，規(guī)范不銹鋼螺栓使用過程中的各項(xiàng)操作，放緩擰緊速度，改善擰緊力度，盡量選擇手動(dòng)扳手，而且在裝配過程中，還要保證螺母與螺栓方向的垂直性，避免出現(xiàn)角度傾斜。

3.4 裝配前是否增加潤(rùn)滑工序

為了增加螺栓與螺母之間的潤(rùn)滑性，保證兩者在拆卸時(shí)能順利分開，可以在螺栓或螺母上涂抹一層黃油、石墨等具有潤(rùn)滑作用的物質(zhì)，從而降低鎖死概率。如果條件允許，還可以購(gòu)置專用的防鎖死藥水，使用藥水對(duì)不銹鋼螺栓和其他緊固件進(jìn)行化學(xué)處理，這樣可以有效避免發(fā)生鎖死問題。S-COASTING是專門針對(duì)不銹鋼鎖死問題研制而成的一種藥水處理劑，可以對(duì)不銹鋼緊固件表面進(jìn)行專業(yè)化的處理。但是這種藥水的價(jià)格較高，為了降低生產(chǎn)成本，企業(yè)可以采用浸特種蠟處理方法。這種方法也能有效解決不銹鋼螺栓鎖死問題，但是這種方法在使用次數(shù)上有限制，連續(xù)使用不能超過2次。

4 不銹鋼螺栓鎖死的處理措施

上述預(yù)防不銹鋼螺栓鎖死問題的“四問”可以防止大部分鎖死現(xiàn)象的發(fā)生，但是因人為失誤或其他原因造成的螺栓鎖死現(xiàn)象仍有可能發(fā)生。不銹鋼螺栓發(fā)生鎖死問題后很難分離，只能將緊固件截?cái)?，而且?dāng)螺栓直徑較大時(shí)，很難順利將其截?cái)?。預(yù)埋結(jié)構(gòu)中的螺栓受到破壞后將會(huì)直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的使用，而且螺栓更換難度較大。

4.1 噴涂螺紋松動(dòng)劑

本次裝配操作中發(fā)生鎖死問題的螺栓大部分都有不同程度的銹蝕現(xiàn)象，對(duì)此，可選擇專用的松動(dòng)劑進(jìn)行處理。將螺紋松動(dòng)劑噴涂在螺栓和螺母的連接位置，并盡可能地讓松動(dòng)劑滲入，同時(shí)借助其他輔助工具敲擊螺栓周圍，使其產(chǎn)生振動(dòng)，噴涂30 min后可以嘗試將兩者分開。實(shí)踐表明，這種拆卸方法比較適合發(fā)生銹蝕的緊固件，在其他緊固件中的拆卸效果并不理想。

4.2 熱控制法

采用上述方法后發(fā)現(xiàn)，有些緊固件并不適合采用噴灑松動(dòng)劑的方法。對(duì)于噴涂螺紋松動(dòng)劑無效的銹蝕緊固件或其他緊固件，可以嘗試采用熱脹法，即加熱螺母，使其受熱膨脹后方便取出。在使用這種方法之前，首先要考慮螺栓與螺母之間是否有動(dòng)火空間以及緊固件的耐熱性。只有螺栓與螺母之間有動(dòng)火空間，且緊固件的耐熱性較好，才能采用這種拆卸方法。除熱脹法這一升溫方法之外，還有一種降溫法。蔣松等人在溫度升高鎖死失效理論研究中發(fā)現(xiàn)，連接部位的溫度較高會(huì)導(dǎo)致鎖死現(xiàn)象的發(fā)生，這是因?yàn)榻饘偈芫植扛邷氐挠绊懓l(fā)生熔焊，因此，降低金屬表面的接觸溫度可以提高螺栓的滑動(dòng)摩擦力和抗鎖死能力。

4.3 專用工具拆卸

采用上述兩種方法過后，仍有部分鎖死的不銹鋼螺栓沒有被分開，此時(shí)，可以考慮使用專用的工具進(jìn)行拆卸，最常用的工具為螺母劈開器。在實(shí)際操作中，需要先將劈開器套在螺母上，然后推進(jìn)刀頭，劈開螺母，將兩者分離。這種方法與上述兩種拆卸方法相比更加方便、快捷，而且使用機(jī)械力推進(jìn)刀頭更加省力。如果拆卸過程中有保存螺栓的要求，則應(yīng)注意改進(jìn)操作方法，注意控制刀頭的前進(jìn)速度，以免刀頭在慣性的作用下在螺栓上留下劃痕或破壞螺栓結(jié)構(gòu)的完整性。此外，當(dāng)螺母發(fā)生微量變形后，應(yīng)當(dāng)立即停止刀頭前進(jìn)，這樣可以最大限度地保證螺栓的完整性。

總之，本次實(shí)踐表明，針對(duì)不同的情況要采取不同的解決措施，如圖1所示。

實(shí)踐表明，上述三種方法既能保證快速分離螺栓和螺母，又能保持緊固件結(jié)構(gòu)的完整性，與直接截?cái)嗦菟ǖ姆椒ㄏ啾?，更具可操作性?/p>

5 結(jié)束語

不銹鋼螺栓與螺母之間發(fā)生鎖死現(xiàn)象的原因眾多，既與不銹鋼材質(zhì)自身的特性有關(guān)，又與其他因素，例如擰緊方法、氧化層的形成等有關(guān)。為了避免發(fā)生不銹鋼螺栓鎖死問題，應(yīng)當(dāng)采取多種措施加以預(yù)防，包括合理選擇螺栓、裝配前清潔、規(guī)范操作、增加潤(rùn)滑次數(shù)等。一旦發(fā)生鎖死現(xiàn)象，就要及時(shí)采取相應(yīng)的措施加以解決。本文針對(duì)某單位的實(shí)際裝配工作提出了螺栓鎖死解決方法，包括噴涂螺紋松動(dòng)劑、熱控制法、專用工具拆卸等，這些方法都有利于提高機(jī)械的裝配效率和緊固件的重復(fù)使用率。

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〔編輯：王霞〕