螺栓緊固的扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差

榮　飛

（順益體系(集團(tuán)），廣東 珠海 519020）

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螺栓緊固的扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差

榮飛

（順益體系(集團(tuán)），廣東 珠海 519020）

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了扭矩系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差與螺栓緊固的關(guān)系，并對(duì)影響扭矩系數(shù)的主要因素加以分析。

關(guān)鍵詞：扭矩系數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)偏差；潤(rùn)滑劑；影響因素

一、螺栓緊固安裝方法簡(jiǎn)介

目前國(guó)標(biāo)中或行業(yè)中經(jīng)常接觸的螺栓緊固安裝的4種方法是扭矩法、轉(zhuǎn)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(jiǎn)便、易于掌握。扭矩法中主要是要確定扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差。扭矩法是在彈性范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(yàn)室測(cè)試扭矩系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差方法

試驗(yàn)室做高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)的程序是這樣的：在試驗(yàn)臺(tái)上卡固被測(cè)螺栓，用扭矩扳手逐步擰緊螺栓（螺母），觀察軸力檢測(cè)儀上的讀數(shù)，確定所施加的軸力數(shù)值滿足設(shè)計(jì)預(yù)拉力規(guī)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(yù)拉力取值范圍內(nèi)通過(guò)傳感器在施工扭矩測(cè)試儀上讀出施工扭矩值，儀器自動(dòng)保存以上兩個(gè)數(shù)據(jù)。按以上步驟做完8套試件，測(cè)試儀自動(dòng)計(jì)算出扭矩系數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值。

三、扭矩系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)螺栓安裝緊固的影響（圖2）

圖2

扭矩、預(yù)緊力及扭矩系數(shù)三者之間的關(guān)系：

T=k?F?d

式中：T——扭矩，N?m；

k——扭矩系數(shù)（也稱總摩擦系數(shù)）；

F——預(yù)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(qiáng)度恒定的情況下，k越小，產(chǎn)生的預(yù)緊力F越大。那么是否k越小越好呢？

當(dāng)扭矩系數(shù)小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下，緊固力超過(guò)了螺栓的強(qiáng)度極限，高強(qiáng)度螺栓就會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)甚至斷頭的現(xiàn)象；反之，扭矩系數(shù)過(guò)大，則產(chǎn)生的緊固力就會(huì)過(guò)小，螺栓連接副達(dá)不到預(yù)緊的功能，就可能產(chǎn)生松動(dòng)情況。因此，要使緊固力在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，則產(chǎn)品的扭矩系數(shù)就要限定在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)。

如果扭矩系數(shù)偏大，但標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01，安裝時(shí)要增加扭矩，安裝時(shí)費(fèi)力，但不會(huì)出現(xiàn)過(guò)擰或松動(dòng)現(xiàn)象。因此，從某種角度來(lái)講，標(biāo)準(zhǔn)偏差比扭矩系數(shù)更加重要。

扭矩系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差是安裝中不可分割的兩個(gè)重要參數(shù)。目前國(guó)標(biāo)GB/T1231-2000對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓連接副作了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，扭矩系數(shù)k =0.11～0.15，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01。

從某種角度來(lái)講，標(biāo)準(zhǔn)偏差比扭矩系數(shù)更加重要。因此，企業(yè)實(shí)際使用時(shí)，一般標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.01這個(gè)條件不會(huì)放松。而扭矩系數(shù)k =0.11～0.15這個(gè)條件卻可以放寬。如某風(fēng)電廠就要求扭矩系數(shù)值控制在0.08～0.12，扭矩系數(shù)均值控制在0.09～0.12之間。

四、扭矩系數(shù)的主要影響因素

影響扭矩系數(shù)的因素主要有：摩擦表面的狀況、潤(rùn)滑劑的類(lèi)型、潤(rùn)滑劑的不同涂抹部位等。以下對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得的大量測(cè)試數(shù)據(jù)加以對(duì)比分析。

1.摩擦表面的狀況

加工精度越高，扭矩系數(shù)越小（扭矩系數(shù)相當(dāng)于總摩擦系數(shù)）；潤(rùn)滑狀態(tài)越好，扭矩系數(shù)越小。

表面狀況對(duì)扭矩系數(shù)的影響非常大，直接關(guān)系到安裝扭矩及緊固軸力，一般情況下，潤(rùn)滑后，扭矩系數(shù)可下降20%到50%，甚至可以下降80%以上，對(duì)緊固件影響很大，如表1所示。

2.不同類(lèi)型潤(rùn)滑劑對(duì)扭矩系數(shù)的影響

從表1可看出，用了潤(rùn)滑劑后，扭矩系數(shù)直線下降。而不同類(lèi)型的潤(rùn)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(duì)扭矩系數(shù)的影響

（1）只在螺栓與螺母的螺紋上涂潤(rùn)滑劑（墊圈上不涂）。

其測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

（2）除在螺栓與螺母的螺紋上涂潤(rùn)滑劑，還在墊圈的平面上涂。

扭矩系數(shù)明顯下降，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表1　各種表面狀況的扭矩系數(shù)

表2　不同類(lèi)型潤(rùn)滑劑對(duì)扭矩系數(shù)影響

表3　只在螺栓與螺母涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)檢測(cè)報(bào)告

表4　螺栓螺母墊圈涂潤(rùn)滑劑檢測(cè)報(bào)告

可見(jiàn)在墊圈上涂潤(rùn)滑劑很有必要，能大幅降低扭矩系數(shù)。除此之外，還有一個(gè)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(shí)自然會(huì)沾到潤(rùn)滑劑，而不會(huì)在螺母螺紋處全面涂抹。

（3）對(duì)于減小扭矩系數(shù)來(lái)說(shuō)，其實(shí)螺母的潤(rùn)滑比螺栓的潤(rùn)滑更重要。

以下是兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比：一組是在螺栓、墊圈上涂潤(rùn)滑劑，螺母點(diǎn)涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)測(cè)試結(jié)果（表5）。

另一組是在螺栓、墊圈上涂潤(rùn)滑劑，螺母螺紋處全面涂抹潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)測(cè)試結(jié)果（表6）。

對(duì)表5、表6兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析：同一種產(chǎn)品，同一種潤(rùn)滑劑，后面一組產(chǎn)品與前面不同的是在螺母螺紋孔全面涂裝，扭矩系數(shù)明顯下降，降幅比較大。說(shuō)明螺母潤(rùn)滑對(duì)扭矩系數(shù)下降起了很大作用，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了對(duì)于扭矩系數(shù)的減小，螺母的潤(rùn)滑比螺栓的更重要。

表5　螺栓、墊圈涂潤(rùn)滑劑，螺母點(diǎn)涂潤(rùn)滑劑的扭矩系數(shù)報(bào)告

表6　螺栓螺母墊片潤(rùn)滑狀態(tài)良好情況下的扭矩系數(shù)

五、高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)潤(rùn)滑劑的涂抹實(shí)例

以下是北京中能聯(lián)創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限公司的《螺栓現(xiàn)場(chǎng)施工管理》高強(qiáng)度螺栓安裝中連接副潤(rùn)滑膏涂抹的有關(guān)內(nèi)容及注意事項(xiàng)。

高強(qiáng)度螺栓連接副安裝前，應(yīng)在螺栓和螺母的螺紋旋合面、螺母和墊圈的摩擦結(jié)合面涂抹潤(rùn)滑膏（或是螺栓頭與墊圈的摩擦結(jié)合面，若連接時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的是螺栓）。潤(rùn)滑膏用毛刷均勻涂抹些許即可（圖3、4）。

圖3

圖4

潤(rùn)滑膏常規(guī)采用XX品牌的固體潤(rùn)滑劑油膏。

操作者按規(guī)定領(lǐng)取潤(rùn)滑劑和涂抹工具，如需更換潤(rùn)滑劑，必須征得項(xiàng)目公司和集團(tuán)公司的許可，并重新進(jìn)行扭矩系數(shù)的測(cè)定。

裝配時(shí)，螺栓頭側(cè)及螺母?jìng)?cè)應(yīng)各置1個(gè)墊圈，安裝時(shí)應(yīng)注意方向的正確，墊圈有內(nèi)倒角的一側(cè)應(yīng)分別朝向螺栓頭和螺母支承面，螺母的支承面是指非標(biāo)記的一面。將螺母裝在螺栓上后，用手帶緊。

六、結(jié)語(yǔ)

了解了影響扭矩系數(shù)的主要因素后，進(jìn)行測(cè)試時(shí)確保采用與實(shí)際安裝時(shí)相同的涂抹潤(rùn)滑劑方式及部位。從而讓測(cè)試數(shù)據(jù)在實(shí)際緊固安裝時(shí)具有更加真實(shí)的指導(dǎo)意義。

收稿日期：（2016-01-06）

中圖分類(lèi)號(hào)：TB96

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）02-0042-03