扭矩系數(shù)的重要性

1、了解扭矩系數(shù)的重要性（教材）一般來說，生產(chǎn)廠對高強度螺栓的生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較重視，但很少有企業(yè)關(guān)注售后情況，這是阻礙中國緊固件企業(yè)向高端發(fā)展、走向世界的瓶頸。高強度緊固件的安裝使用，直接關(guān)系到緊固件的質(zhì)量與使用壽命的重要環(huán)節(jié)。而扭矩系數(shù)就是鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副的重技術(shù)參數(shù)。一、 扭矩系數(shù)及影響因數(shù)1.扭矩、預(yù)緊力及扭矩系數(shù)三者之間的關(guān)系：M=K·P·dM扭矩 N·mK扭矩系數(shù)（也稱摩擦系數(shù)）P預(yù)緊力（也稱軸力 KN）d螺紋的公稱直徑mm安裝時，使用單位對扭矩值很重視，這直接影響安裝時施工扭矩值。為什么同樣的扭矩值，一批產(chǎn)品能達到預(yù)期鎖緊的效果，而另一批產(chǎn)生鎖緊效果不理想？首

2、先我們要了解扭矩、預(yù)緊力、扭矩系數(shù)三者存在的關(guān)系。圖一·安裝時的扭矩、預(yù)緊力與扭矩系數(shù)的關(guān)系從圖一中可以看出，如果螺栓極限強度一定，扭矩一定，扭矩系數(shù)越小，則產(chǎn)生的緊固力越大；但是如果扭矩系數(shù)越大，則產(chǎn)生的緊固力越小。當扭矩系數(shù)小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下緊固力超過了螺栓的強度極限，高強度螺栓就會產(chǎn)生斷頭的現(xiàn)象；反之，扭矩系數(shù)過大，則產(chǎn)生的緊固力就會過小，螺栓連接副就達不到鎖緊的功能，連接副就會產(chǎn)生松動。因此，要使緊固力在一個標準的范圍內(nèi)，則產(chǎn)品的扭矩系數(shù)就要限定在一個規(guī)定的范圍內(nèi)，目前國家緊固件標準GB/T 1231-2000對鋼結(jié)構(gòu)用高強度螺栓連接副作了標準規(guī)定，扭矩系數(shù)

3、K=0.110.15,標準偏差小于等于0.010。鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范也作了同樣的規(guī)定。但是，在安裝的過程中，有許多人認為扭矩值越大，安裝越可靠，包括相當數(shù)量的工程技術(shù)人員也有類似的認同，實質(zhì)上他們對扭矩系數(shù)的機理還不十分理解。2.標準偏差的函數(shù)公式：標準偏差 的計算公式如下： 其中 x 為樣本值，n 為樣本數(shù)。因此，要求在同一批的高強度緊固件中標準偏差0.010，而且偏離度越小，對螺栓連接副安裝的安全性越高。有些螺栓連接副，標準偏差>0.010，形成離散度增加，會產(chǎn)生個別連接副的受到預(yù)緊力達不到標準，或出超的現(xiàn)象，同樣會產(chǎn)生個別螺栓松動或螺栓斷頭的情況，也必須引起重視，因此標準偏差與扭矩

4、系數(shù)是安裝扭矩確定的二個不可分割的參數(shù)。 3預(yù)緊力（緊固力）F的確定：從T=K·F·d的公式中可以看出預(yù)緊力F的選定直接影響到扭矩系數(shù)的確定。一般選定原則是：預(yù)緊力取螺栓最小拉力載荷的70%，（最小拉力載荷可以從GB/T3098.1中查?。┢浒踩禂?shù)為1.4，如果要增加緊固力，而螺栓的直徑無法加大，可以取螺栓屈服載荷的80%，這樣安全系數(shù)下降為1.25。如果再增加預(yù)緊力，那么數(shù)值會接近屈服載荷，萬一標準偏差出超，會達到甚至超過屈服載荷，個別螺栓就有可能會達到屈服點引起伸長，繼而緊固力松弛后產(chǎn)生失效。預(yù)緊力取螺栓屈服載荷的50%-70%是比較安全實用的區(qū)間。二、 扭矩系數(shù)的實

5、質(zhì)扭矩系數(shù)屬于摩擦系數(shù)的范疇，是指在扭轉(zhuǎn)狀況下的摩擦系數(shù)。通過螺紋間以及支撐面與夾緊面間的摩擦力的大小來決定扭矩系數(shù)的大小。摩擦分為有效摩擦和無效摩擦兩種，螺栓與螺母之間的摩擦是有效摩擦，通過施加扭矩，有效摩擦會使螺栓螺母逐漸鎖緊，對安裝起積極的作用，而墊圈與夾緊面間的摩擦是無效摩擦，因此在安裝時應(yīng)盡量減少和避免。影響扭矩系數(shù)的因數(shù)很多，主要有三個方面：1、螺紋之間配合松緊度是重要影響因數(shù)，我們經(jīng)過多次試驗，螺紋間配合松的扭矩系數(shù)就小，反之扭矩系數(shù)就大（扭矩系數(shù)有隨螺紋配合松緊度的增大而減小的趨勢）。2、不同表面處理對扭矩系數(shù)的影響很大，從經(jīng)常使用的幾種表面處理狀況來看，不同的表面處理扭矩系數(shù)

6、相差很大：（見表一）表一·不同表面處理的扭矩系數(shù)表面處理種類扭矩系數(shù)及狀態(tài)達克羅0.180.25（干燥不潤滑）磷化0.180.22（干燥不潤滑）發(fā)黑0.250.30（干燥不潤滑）磷皂化0.130.18（干燥不潤滑）鍍鋅0.250.30（干燥不潤滑）3、表面潤滑是對扭矩系數(shù)影響最主要的指標： 同樣一種表面處理，做潤滑與不做潤滑，扭矩系數(shù)差別很大，例如，達克羅涂覆鍍層，潤滑后的 扭矩系數(shù)一般均可控制在0.110.15范圍內(nèi)，而且可以根據(jù)產(chǎn)品的要求做不同的封閉潤滑將扭矩系數(shù)控制在客戶要求比較狹小的范圍內(nèi)；但不做潤滑的達克羅鍍層，我們經(jīng)過反復(fù)的試驗，一般扭矩系數(shù)在0.180.25范圍內(nèi)。因此

7、，表面潤滑是對扭矩系數(shù)影響最主要的指標三、 典型案例分析討論在港機某基地的GB/TM30X150鋼結(jié)構(gòu)大六角螺栓，表面狀態(tài)為達克羅，在扭矩系數(shù)測量中，連續(xù)兩次發(fā)生扭矩系數(shù)超差，分析一下原因：1、 我公司送往港機某基地的產(chǎn)品是經(jīng)過我司測試，達到技術(shù)要求的（表二），但用戶測試時卻出現(xiàn)了扭矩系數(shù)超標（表三），雙方對產(chǎn)品的判斷存在爭議，我們將有爭議的產(chǎn)品送到權(quán)威的第三方機構(gòu)（上海緊固件與焊接研究所）進行試驗，測試各項數(shù)據(jù)均達標（表四）。經(jīng)過討論，我司與用戶達成共識研究所的報告作為該產(chǎn)品的測試依據(jù)，產(chǎn)品合格。表二·我司的測試結(jié)果件數(shù)預(yù)緊力/KN扭矩/Nm扭矩系數(shù)平均扭矩系數(shù)（標準0.110.1

8、5）1399.614930.1470.1402337.613190.130334715030.144表三·港機某基地的測試結(jié)果件數(shù)預(yù)緊力/KN扭矩/Nm扭矩系數(shù)平均扭矩系數(shù)（標準0.110.15）138719000.1630.172235420000.188337018500.166在雙方存在比較明顯的差異的情況下我們找上海緊固件與焊接研究所對同一批產(chǎn)品進行扭矩系數(shù)的測量，數(shù)據(jù)與我們測量的比較接近，具體測量情況如下：表四·上海緊固件與焊接研究所的測試結(jié)果件數(shù)預(yù)緊力/KN扭矩/Nm扭矩系數(shù)平均扭矩系數(shù)（標準0.110.15）標準偏差（標準要求0.01）138215000.13

9、10.1320.0091236415000.137337016200.146436815000.136539215000.128638115000.131742814600.114838215000.1312、產(chǎn)生偏差的原因分析：1、 軸力儀：港機某基地的軸力儀已經(jīng)超過檢定的有效期，可能會影響測試數(shù)據(jù)。2、 扭矩扳手：基地的機械式的扭矩扳手，精確度不高。3、 試驗方法是雙方最大的差異：(a)加載方法：江陰基地在測試時，軸力數(shù)值接近標準時，是每40N.M一檔，逐次增加扭矩。在進行實驗時應(yīng)均勻加載，反映出來的數(shù)據(jù)比較正確。逐次增加扭矩，每次40N.M，在抗抵靜磨檫時已消耗殆盡。這樣反映出來的數(shù)值是

10、0或略微上跳，數(shù)據(jù)嚴重失真。造成偏差的原因是靜磨擦與動摩擦的區(qū)別。鋼鐵的靜磨擦系數(shù)（潤滑條件下）為0.10.12，而動磨擦系數(shù)為0.050.1（這是指平行移動，在旋轉(zhuǎn)施力時摩擦系數(shù)變化更大）。當40N.M的扭矩增加時，大部分都是在克服靜摩擦力。因此，在扭力機上顯示數(shù)值很小，有時甚至為0。這樣軸力相應(yīng)減小，引起扭矩系數(shù)增加，甚至超差。這是本次測試摩擦系數(shù)超差的原因所在。我們到緊固件研究所參觀學(xué)習，研究所的測量方法與我們基本相同，測量值也很接近，這更能說明江陰基地加載方法不正確，導(dǎo)致數(shù)值偏離。（b）校檢：為了證實上述論點，我們采用了兩種方法校驗。、基地測試，底特校驗。基地測試的扭矩系數(shù)K值比底特測

11、試的平均要高0.016。 底特測試，基地校驗。測試結(jié)果非常接近，K系數(shù)值相差不到0.002。原因分析：在基地校驗時，扭矩的增加是平穩(wěn)的，與底特測試方法基本一致。而基地在測試時，扭矩是逐次以40Nm的扭矩增加的。每次增加都是一個克服靜磨檫力的過程，象脈沖一個接一個，反映的數(shù)據(jù)嚴重失真，引起了偏差。3、探討結(jié)論電子液晶顯示扭力扳手精度高，測試數(shù)據(jù)正確。港機某基地在測試時，尤其是要到達扭矩指標時，逐級增加扭矩，每次增加扭矩，預(yù)緊力卻沒有增加，而是略微跳動一下，扭矩克服了摩擦力做功產(chǎn)生大量的熱，使螺栓尖部在大量的熱的情況下產(chǎn)生退火，降低了硬度，當摩擦力產(chǎn)生的熱量達到一定的情況下，齒間強度低的螺栓螺紋被

12、“啃”下一塊（見圖二中的b），而圖六中的a是底特測試，某基地校驗的正常測試時的情況。 a 正常b 不正常圖二·被“啃”下螺栓螺紋照片經(jīng)過維式硬度測試，證明理論推斷是正確的（表五）表五·硬度測試數(shù)據(jù)編號硬度（HV）表面芯部a353353355358377358b342344346355379362四、 扭矩系數(shù)測定必須注意的幾個問題：1、 批號：每批高強度緊固件的生產(chǎn)批號 、材料批號、表面處理批號要一致，三個批號一致則后，扭矩系數(shù)離散度小 。2、 設(shè)備及調(diào)試：軸力機 、扭矩扳手等測試設(shè)備要求選用精度高的產(chǎn)品。扭矩扳手在測試前必須經(jīng)過校驗。軸力機要在檢定有效期之內(nèi) 。3、 測試

13、方法：在測試時加載必須連續(xù)、均勻地增加，這是很重要的一條。同時在測試中墊圈不能產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。4、 扭矩系數(shù)及扭矩推薦值：這是生產(chǎn)單位的試驗數(shù)據(jù)，僅作參考。而正式安裝時環(huán)境、氣候、日期等條件變化，推薦值會有所變化，應(yīng)以實際使用時測定為準。5、 使用保管時注意幾個問題：每次安裝時必須進行扭矩系數(shù)的測定。數(shù)值在標準規(guī)定的范圍內(nèi)才能進行安裝，安裝后剩余的產(chǎn)品，要按包裝要求重新歸攏安放好。注意產(chǎn)品的保存期、倉庫保管與周圍環(huán)境。例如，達克羅潤滑劑能溶于水，受潮或淋雨后潤滑劑減少，影響數(shù)值的正確性。3 高強度螺栓連接副表面潤滑很重要，其中螺母的潤滑尤為重要。4 有些單位在安裝過程中甚至完畢后進行扭矩系數(shù)的測定，這樣不但數(shù)值不準確，還有返工的可能。而且在安裝中由于天氣條件的變化