基于PMTS傳感器的GH4169智能螺栓（緊固件）技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）

1T/CSEAXX—XXXX基于PMTS傳感器的GH4169智能螺栓（緊固件）技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了基于PMTS傳感器的GH4169智能緊固件的設(shè)計(jì)、制備、檢驗(yàn)、交付及使用規(guī)范。本文件適用于螺紋直徑范圍為5-42mm的GH4169外螺紋智能緊固件。下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本規(guī)范達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T90.2緊固件標(biāo)志與規(guī)范Q/S10-0301-2004緊固件用優(yōu)質(zhì)GH4169合金冷拉棒材Q/611S588緊固件用鋁涂層規(guī)范Q/HTJG11.28永久型薄膜傳感制備工藝規(guī)范QJ479-90金屬鍍覆層結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)方法ASTMB487顯微鏡檢查測(cè)量金屬和氧化物涂層厚度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（StandardTestMethodforMeasurementofMetalandOxideCoatingThicknessbyMicroscopicalExaminationofCrossSection）本規(guī)范所引用文件中的術(shù)語均適用于本文件，引用文件中未涉及到的術(shù)語和定義如下。3.1PMTS傳感器PMTSsensor在緊固件的頭部或桿部端面制備PMTS傳感器，該傳感器通過壓電效應(yīng)將所受電脈沖轉(zhuǎn)換為一個(gè)穿過緊固件垂直行進(jìn)的超聲波，當(dāng)超聲波觸及緊固件另一端面發(fā)生反射，經(jīng)過PMTS傳感器時(shí)通過逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電回波信號(hào)，通過專用儀器可實(shí)現(xiàn)電回波信號(hào)的可視化，經(jīng)過運(yùn)算后顯示緊固件加載后預(yù)緊力數(shù)值。PMTS傳感器原理如圖3-1所示，PMTS傳感器結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。T/CSEAXX—XXXX2圖3-1PMTS傳感器原理圖圖3-2PMTS傳感器結(jié)構(gòu)圖3.2濺射通過物理方法使靶材在真空環(huán)境下轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，?jīng)過濺射將冷凝顆粒涂覆到某一基體上形成薄膜超聲傳感器的PVD（物理氣相沉積）工藝。3.3結(jié)節(jié)NoduleT/CSEAXX—XXXX3局部有積聚或未混合均勻的顆粒。3.4麻點(diǎn)Pockmark因腐蝕等原因而造成的傳感器鍍層孔洞。3.5氣孔Airhole涂層內(nèi)部的小孔或氣隙。3.6功能表面Functionalsurface明確要制備薄膜超聲傳感器的基體表面。3.7信號(hào)強(qiáng)度Signalstrength預(yù)緊力測(cè)量設(shè)備采集到的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大得到的放大信號(hào)相對(duì)于參考零點(diǎn)的信號(hào)幅值大小。3.8信噪比Signal-to-noiseratio預(yù)緊力測(cè)量設(shè)備采集到的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大得到的放大信號(hào)性對(duì)于參考零點(diǎn)的信號(hào)幅值大小。3.9回波特性薄膜超聲傳感器接受到激勵(lì)信號(hào)后產(chǎn)生的回波信號(hào)幅值、相位和波形特征。3.10靶材Targetmaterial通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系統(tǒng)在適當(dāng)工藝條件下濺射在基板上形成功能薄膜的濺射源。3.11基體Substrate制備PMTS傳感器前的緊固件。3.12預(yù)緊力測(cè)量?jī)xPreloadmeasuringin用于測(cè)量智能緊固件預(yù)緊力的專用設(shè)備，具備電脈沖收發(fā)功能，其自身所帶軟件可實(shí)現(xiàn)電脈沖信號(hào)處理及可視化，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所測(cè)智能緊固件預(yù)緊力數(shù)值。T/CSEAXX—XXXX44.1智能緊固件基體結(jié)構(gòu)要求GH4169智能緊固件主要適用于螺栓、螺釘和螺柱等外螺紋GH4169緊固件產(chǎn)品，其基體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。可根據(jù)GH4169緊固件服役工況，將PMTS傳感器制備在GH4169緊固件基體頭部或桿部端面。圖4-1智能緊固件基體的基本結(jié)構(gòu)4.2靶材材料制備壓電層所用的ZnO靶材應(yīng)經(jīng)工藝試驗(yàn)確認(rèn)，并確定為合格供應(yīng)商所提供的靶材，其材料純度應(yīng)滿足工藝試驗(yàn)合格時(shí)的要求，與之焊接在一起的基底材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性。制備過渡層所用的SiO2靶材應(yīng)經(jīng)工藝試驗(yàn)確認(rèn)，并確定為合格供應(yīng)商所提供的靶材，其材料純度應(yīng)滿足工藝試驗(yàn)合格時(shí)的要求，與之焊接在一起的基底材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性。制備金屬層所用的Ti靶材應(yīng)經(jīng)工藝試驗(yàn)確認(rèn)，并確定為合格供應(yīng)商所提供的靶材，其材料純度應(yīng)滿足工藝試驗(yàn)合格時(shí)的要求，與之焊接在一起的基底材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性。5.1工藝流程PMTS傳感器制備工藝流程見圖5-1。具體工藝參數(shù)詳見Q/HTJG11.28《永久型薄膜傳感制備工藝規(guī)圖5-1PMTS傳感器制備工藝流程5.2主要工序5.2.1驗(yàn)收緊固件基體T/CSEAXX—XXXX5PMTS傳感器制備前應(yīng)按GH4169緊固件基體生產(chǎn)所遵循標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行驗(yàn)收。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，螺栓基體需滿足Q/S15.1033-2011標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定尺寸、性能、標(biāo)識(shí)等相關(guān)要求。5.2.2預(yù)處理GH4169緊固件在制備PMTS傳感器時(shí)，需對(duì)制備傳感器的緊固件基體頭部端面或桿部端面進(jìn)行去除原涂層、機(jī)械加工或拋光處理等工作。預(yù)處理后產(chǎn)品尺寸不得超出產(chǎn)品最終尺寸要求偏差范圍，機(jī)械加工或拋光處理區(qū)域應(yīng)磨光至最大粗糙度Ra≤0.8μm、平行度≤0.1mm、平面度≤0.05mm、垂直度≤0.1mm。注：a）此時(shí)需確定制備傳感器的GH4169緊固件基體處理頭部端面或桿部端面；b）制備PMTS傳感器之前，應(yīng)完成GH4169緊固件基體所有金屬熱處理和機(jī)械加工（如成型、滾絲、滾R等）、表面處理、探傷工序。若評(píng)估制備PMTS傳感器會(huì)對(duì)GH4169緊固件基體性能產(chǎn)生影響，傳感器制備工序可在工序順序上進(jìn)行調(diào)整，以保證GH4169智能緊固件性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。5.2.3制備壓電層GH4169緊固件在壓電層制備前，應(yīng)檢查：a）預(yù)鍍壓電層端面是否保持清潔；b）預(yù)鍍壓電層端面是否預(yù)處理；c）預(yù)鍍壓電層端面粗糙度是否滿足5.2.2要求。若不滿足以上條件需重新進(jìn)行預(yù)處理。真空鍍時(shí)的環(huán)境條件應(yīng)保持在溫度（12～35）℃、空氣相對(duì)濕度不大于80%、環(huán)境清潔無多余物。5.2.4制備絕緣層制備完壓電層后，應(yīng)先在壓電層表面采用絕緣環(huán)制備工裝制備絕緣環(huán)（注a）絕緣環(huán)尺寸應(yīng)小于零件的最小實(shí)體直徑b）絕緣環(huán)可采用絕緣環(huán)制備工裝或手工粘貼方式在壓電層上制備c）絕緣環(huán)與GH4169緊固件基體PMTS傳感器制備端面中心同軸），再進(jìn)行絕緣層的制備。圖5-2絕緣環(huán)制備工裝放置示意圖5.2.5制備電極層制備完過渡層后方可制備電極層，制備電極層后，緊固件在氬氣中冷卻到室溫，隨后從工裝架中抽T/CSEAXX—XXXX6取樣件，檢測(cè)傳感器的制備質(zhì)量。5.2.6質(zhì)量檢測(cè)檢測(cè)PMTS傳感器制備質(zhì)量。5.2.7包裝入庫檢測(cè)合格的智能緊固件按照包裝要求進(jìn)行產(chǎn)品包裝入庫。6.1GH4169智能緊固件尺寸GH4169智能緊固件最終尺寸應(yīng)符合緊固件基體所遵循標(biāo)準(zhǔn)要求。6.2GH4169智能緊固件外觀GH4169智能緊固件除PMTS傳感器所在端面外，其余部分外觀應(yīng)符合緊固件基體所遵循標(biāo)準(zhǔn)要求。6.3GH4169智能緊固件材料智能緊固件基體材料為GH4169，應(yīng)符合所遵循標(biāo)準(zhǔn)要求。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，螺栓基體材料需滿足Q/S10-0301-2004（緊固件用優(yōu)質(zhì)GH4169合金冷拉棒材）標(biāo)準(zhǔn)要求。6.4GH4169智能緊固件機(jī)械性能GH4169智能緊固件機(jī)械性能應(yīng)符合螺栓基體所遵循標(biāo)準(zhǔn)要求。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，最終產(chǎn)品應(yīng)滿足Q/S15.1033-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)械性能要求。6.5PMTS傳感器技術(shù)要求6.5.1PMTS傳感器尺寸PMTS傳感器直徑d小于螺栓最小實(shí)體尺寸d2。圖6-1PMTS傳感器制備頭部端面示意圖T/CSEAXX—XXXX7圖6-2PMTS傳感器制備桿部端面示意圖6.5.2PMTS傳感器厚度PMTS傳感器厚度不超過50μm。6.5.3PMTS傳感器外觀PMTS傳感器電極層表面應(yīng)呈銀白色金屬光澤，無起皮、脫落、腐蝕以及其他明顯外觀缺陷，濺射部位無麻點(diǎn)、結(jié)節(jié)，PMTS傳感器結(jié)構(gòu)無氣孔等缺陷。6.5.4PMTS傳感器結(jié)合力PMTS傳感器應(yīng)連續(xù)地結(jié)合到緊固件端面，目視檢查無涂層剝離現(xiàn)象。6.5.5PMTS傳感器信噪比使用專用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x器連接完成PMTS傳感器制備的GH4169緊固件，能觀察清晰回波且回波信號(hào)互不干擾，回波信號(hào)信噪比≥2。6.5.6PMTS傳感器耐溫性能PMTS傳感器耐溫范圍（-196℃~300℃),恢復(fù)常溫后具備正常功能無異常。7.1GH4169智能緊固件尺寸GH4169智能緊固件按緊固件基體制造遵循標(biāo)準(zhǔn)要求使用游標(biāo)卡尺、百分表、投影儀、螺紋塞規(guī)等專業(yè)量具檢測(cè)，其結(jié)果應(yīng)滿足6.1要求。7.2GH4169智能緊固件外觀外觀采用目視檢查，必要情況使用3～5倍放大鏡檢查，其結(jié)果應(yīng)滿足6.2要求。7.3GH4169智能緊固件材料GH4169智能緊固件基體使用GH4169材料應(yīng)具備合格證并進(jìn)行入廠復(fù)驗(yàn)，其結(jié)果應(yīng)滿足6.3要求。7.4GH4169智能緊固件機(jī)械性能機(jī)械性能按GH4169智能緊固件基體標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，其結(jié)果應(yīng)滿足6.4的要求。值得注意的是，制備傳感器前及傳感器制備完成后均需進(jìn)行機(jī)械性能檢驗(yàn)，要求兩次檢驗(yàn)結(jié)果為合格。T/CSEAXX—XXXX87.5GH4169智能緊固件所制PMTS傳感器檢驗(yàn)方法7.5.1PMTS傳感器尺寸使用投影儀對(duì)PMTS傳感器直徑d及緊固件最小實(shí)體尺寸d2進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果應(yīng)滿足6.5.1要求。7.5.2PMTS傳感器厚度使用金相顯微鏡、掃描電鏡等專業(yè)檢測(cè)工具對(duì)傳感器厚度檢測(cè)，其結(jié)果應(yīng)滿足6.5.2要求。7.5.3PMTS傳感器外觀通過目視進(jìn)行檢查，其結(jié)果應(yīng)滿足6.5.3要求。7.5.4PMTS傳感器結(jié)合力鑒定試驗(yàn)按QJ479熱振法進(jìn)行檢測(cè)，一致性檢驗(yàn)按Q/611S588膠帶法進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)后PMTS傳感器信號(hào)滿足要求，無起皮、脫落等現(xiàn)象，不應(yīng)出現(xiàn)與集體分離現(xiàn)象，其結(jié)果應(yīng)滿足6.5.4要求。7.5.5PMTS傳感器信噪比a）標(biāo)定標(biāo)定前明確溫度標(biāo)定、載荷標(biāo)定的范圍和步長(zhǎng)，設(shè)置好標(biāo)定參數(shù)后再進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定文件中應(yīng)注明產(chǎn)品的型號(hào)、規(guī)格、材料、夾層厚度、標(biāo)定過程中使用的超聲測(cè)量信號(hào)測(cè)量線的長(zhǎng)度。標(biāo)定完成后對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證。溫度標(biāo)定：準(zhǔn)備一臺(tái)允許在足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到特定（恒定）溫度的具有編程功能的恒溫恒濕箱，以保證緊固件在設(shè)置溫度下達(dá)到熱平衡，同時(shí)使用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x來測(cè)量該溫度下螺栓的聲時(shí)和溫度，計(jì)算出溫度因子。在編程過程中設(shè)置溫度范圍應(yīng)包含螺栓服役工況溫度的上下限溫度，溫度間隔根據(jù)溫度量程進(jìn)行均布取值，建議取值點(diǎn)不少于8個(gè)為宜。載荷標(biāo)定：準(zhǔn)備一臺(tái)在計(jì)量期限內(nèi)的拉伸試驗(yàn)機(jī)或標(biāo)定試驗(yàn)平臺(tái)等具有拉伸/扭拉功能的設(shè)備（要求試驗(yàn)機(jī)精度等級(jí)不超過0.5級(jí)），將需要標(biāo)定的智能緊固件安裝到適配的拉伸工裝中，保證安裝夾層厚度與產(chǎn)品使用時(shí)的夾層保持一致。將安裝好的智能緊固件放入試驗(yàn)機(jī)上，一般選取低于標(biāo)定螺栓拉斷載荷的70%載荷值作為載荷標(biāo)定的最大值，從0載荷開始按設(shè)置步長(zhǎng)遞增至最大載荷。使用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x測(cè)量各載荷對(duì)應(yīng)智能緊固件聲時(shí)，計(jì)算出載荷標(biāo)定系數(shù)。一般在設(shè)定載荷間隔時(shí)必須保證在載荷范圍內(nèi)至少取10個(gè)點(diǎn)，對(duì)于具有特殊間隔要求的產(chǎn)品按照要求進(jìn)行設(shè)置。標(biāo)定文件：采用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x自帶的軟件對(duì)溫度標(biāo)定因子、載荷因子進(jìn)行耦合得到溫度-聲時(shí)-載荷關(guān)系的標(biāo)定文件，并由廠家出具紙質(zhì)的標(biāo)定數(shù)據(jù)報(bào)告。在進(jìn)行智能螺栓預(yù)緊力測(cè)量時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)的標(biāo)定文件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓預(yù)緊力的高精度測(cè)量。b）預(yù)緊力測(cè)量GH4169智能緊固件預(yù)緊力測(cè)量系統(tǒng)如圖7-1所示，預(yù)緊力測(cè)量?jī)x1通過同軸測(cè)力線纜4與測(cè)力探頭3連接到被測(cè)智能緊固件2上；通過測(cè)溫線纜5與溫度探頭6連接到被測(cè)智能緊固件附近；通過預(yù)緊力測(cè)量?jī)x收發(fā)電脈沖，利用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x自帶軟件對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行處理并可視化，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前智能緊固件所受載荷數(shù)值。觀察當(dāng)前GH4169智能緊固件回波信號(hào)，其結(jié)果應(yīng)滿足6.5.5要求。T/CSEAXX—XXXX91—預(yù)緊力測(cè)量?jī)x；2—被測(cè)螺栓；3—測(cè)力探頭；4圖7-1智能緊固件預(yù)緊力測(cè)量系統(tǒng)7.5.6PMTS傳感器耐溫性能高溫處理：將PMTS傳感器制備完成后GH4169智能緊固件放入空氣加熱爐中，加熱至300℃,保溫1h，恢復(fù)至室溫；低溫處理：將PMTS傳感器制備完成后GH4169智能緊固件放入液氮中靜置24小時(shí)，到時(shí)間取出恢復(fù)至室溫。目視檢查經(jīng)高、低溫處理智能緊固件外觀，其結(jié)果應(yīng)符合6.5.3要求。使用預(yù)緊力測(cè)量?jī)x測(cè)量經(jīng)高、低溫處理后恢復(fù)至室溫智能緊固件，其結(jié)果應(yīng)符合6.5.5要求。8.1檢驗(yàn)分類檢驗(yàn)應(yīng)分為鑒定檢驗(yàn)和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)。T/CSEAXX—XXXX8.2鑒定檢驗(yàn)8.2.1有下列情況之一者，應(yīng)進(jìn)行鑒定檢驗(yàn)a)新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型；b)正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝改變，可能影響產(chǎn)品性能時(shí)；c)正常生產(chǎn)時(shí)，每?jī)赡赀M(jìn)行一次周期性檢驗(yàn)；d)停產(chǎn)1年以上，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)；e)質(zhì)量一致性檢驗(yàn)結(jié)果與上次鑒定檢驗(yàn)結(jié)果有較大差異時(shí)。8.2.2鑒定檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)符合表1的規(guī)定表1鑒定檢驗(yàn)項(xiàng)目1234567859558.2.3合格判定鑒定檢驗(yàn)的樣件按8.2.2規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，若樣品的所有檢