螺纹紧固件扭矩系数的实测比较与分析

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扭矩系数法鹏螺纹紧固件是最常用的高强度紧固件的鹏方法之- .这种方法是用-个扭矩值对鹏施工进行控制，适用于各种规格 。且操作简单、使用方便、应用范围广。这种情况下 。扭矩系数是量化鹏力矩的重要数值指标 ，其可信度和离散性决定着紧固效果 有些设计手册列有螺纹紧固件预紧力矩.这些值-般是用理论分析的方法.根据事先确定的常用摩擦因数和拟达到的应力水平计算出的值.在技术文件未规定扭矩系数时可参照选用 但用-个确定的摩擦因数计算出的扭矩值往往与实际情况存在差距。

当需要精确控制螺栓夹紧力的时候难以满足要求.这时应采用测试的方法来确定所用批次紧固件的扭矩系数 本文讨论的扭矩系数是在实验室条件下测定的数值.旨在分析不同的旋拧条件对扭矩系数和标准偏差的影响作用及影响程度 试件为：六角头螺栓 ，螺纹规格 M20，粗牙普通螺纹，机械性能等级 10.9级。以及相应的螺母和垫圈。每套紧固件在试验中只使用-次。采用性能优良运行可靠的ZN-1型轴力扭矩试验机 。

其可调的变足巨机构能适应不同规格的试件.稳定的旋拧转速由双闭环调速系统控制。集机、电、传感为-体的设计能即时反映鹏力矩与夹紧力在弹性区域的线性特性.以及微机采集和处理检测数据。存储或即时输出测试结果1 二次鹏时扭矩系数的变化本项试验采用 GB/1-1228-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓》、GB/r 1229-2006《钢结构用高强度大六角螺母》及 GB/1-123o-2006《钢结构用高强度垫圈》。共八套试件。重复测试两次。先将这八套紧固件依次在试验机上测试.紧接着仍用这些试件在相同条件下进行第二次测试，试验测得的数值见表 1。

表 1测试次序 第-次 第 二次扭矩 系数平均值 0.124 0.134标准偏差 0.o03 0.007对比两次测得的扭矩 系数平均值及标准偏差。第-次测得的扭矩系数平均值为 0.124。扭矩系数标准偏差为0.003：第二次测得的扭矩系数平均值为 0.134，扭矩系数标准偏差为 0.007。

可见第二次测试时。扭矩系数变大了。绝对值大了 0.01。相对增加约 8%。这可能与经过第-次鹏后相关接触面的摩擦因素发生了改变有关如要获得与第-次相当的夹紧力.第二次鹏时可考虑采用稍大的施拧力矩 f本实例是第-次的1.08倍)。从扭矩系数的标准偏差看，第二次拧紧时∠第-次的有所增大。说明第二次鹏时紧固件轴力的离散性变大了.螺栓轴力的-致性7Qualitv and Detection l质量与检测几戒业沭隹与贡目 里 28稍差了些。但仍在允许范围内，如 GB/r 1231-2006《钢结构用高强度大六角螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》 的规定 为≤0.010。是满足要求的。两次测量的结果有差别。但差别不大。

实际应用中，在-般使用诚。二次鹏时可参考原扭矩系数或采用略大些的扭矩系数◆固效果不会有太大的差别 ：对于要求严格的重要场合、关键部位 .二次使用时应按测定规程重新测定扭矩系数。同时考量标准偏差.将测得的扭矩系数用于二次鹏2 不同材料螺母对扭矩系数的影响本项试验检测不同材料对扭矩系数的影响不同。三种材料为 Q345C、42CrMo和 45钢 ，与GB，1-5782-2000《六角头螺栓》规定的螺栓相旋合.分别检测这三种情况下的扭矩系数和标准偏差。测试结果见表 2。

表 2螺母材料 Q345c 42crMo 45扭矩系数平均值 0.148 0.151 0.153标准偏差 0.004 0.003 0.007由测试结果可知，材料 Q345C、42CrMo、45分别为低合金高强度结构钢 、合金结构钢和优质碳素结构钢.这三种材料的扭矩系数平均值依次变大 ，但变动量不大，结果很相近。即使差别最大的 Q345C和 45钢螺母 .其扭矩系数平均值相差 0.005.相对值也仅为 3.3% 工程实践中这种微小差别的影响很校-般可忽略∩见，这三种材料的扭矩系数基本处于同-水平。

不同钢材的螺母对扭矩系数的影响不大 从标准偏差来看，42CrMo的标准偏差最校这种材料的螺母其扭矩系数的稳定性稍好：而 45钢材料的螺母标准偏差最大。达 42CrMo的两倍多。其扭矩 系数 的稳定 性排在 前两种 材料 之后 。

Q345C的标准偏差居中.略大于 42CrMo又小于45钢.扭矩系数的稳定性介于 42CrMo和45钢之间。这三种材料中，用42CrMo的螺母其拧紧性能比较好些3 使用 35钢硬垫圈时的扭矩系数本项试验采用内六角圆柱头螺钉 (GB/T70.1-2008《内六角圆柱头螺钉》)，螺钉头下垫35钢的 (热处理硬度 197-229HBW)硬垫 圈，分别拧入 42CrMo、45钢 的螺母 .测定扭矩系数和标准偏差 .比较两者之间的差异。测量结果见表 3表 3螺母材料 42CrMo 45扭 矩系数平 均值 0.164 0.168标准偏差 0.009 0.0l1从扭矩 系数平均值来看 .材料 42CrMo的螺母比材料 45钢的螺母稍小-些 .数值差0.004，相对差 2.4%；同样 。标准偏 差也是42CrMo的比 45钢的稍小些。差值 0.002。相对差 18%。测量结果比上-试验 (不同材料制做的螺母对扭矩系数的影响1相同材料的数值稍大些。但在测试结果的走向上 。这两种材料呈现明显 的-致性 .说 明用 35钢硬垫 圈时 42CrMo螺母的鹏性能同样比 45钢的好-些本项测试测得的扭矩系数平均值和标准偏差均偏大.可能与所用35钢硬垫圈的表面精度有关。垫圈表面不太光滑，摩擦因数变大。导致扭矩系数平均值升高.同时也使标准偏差增大。但就测试结果来说。因测试条件相同。还是能客观反映材料的实际状况。

4 使用 MoS2对扭矩系数的影响这里 所 说 的使 用 MoS2.是 指 使 用含 有MoS2的润滑油脂 这种油脂呈现不粘结的胶体状态.可增加油脂的润滑性和极压性 MoS2润滑脂对钢铁的附着力强。覆盖在材料表面.除了提供良好的润滑性能外。还能保护材料表面。防止胶合卡咬。提高装配的顺畅性。因此是否使用MoS2润滑脂会产生不同的紧固效果 分别测定这两种情况下的的扭矩系数和标准偏差.测量结果见表 4乐 寸 疃质量与检测 I Quality and Detection表 4状态 不涂润滑脂 涂 MoS2润滑脂扭矩 系数平均 值 O.1745 0.1555标 准偏 差 O.0l15 0.0013涂覆 MoS2润滑脂的部位：螺纹处及螺母与垫圈面接触处。有摩擦接触处均应涂覆。涂附式为，在滑动摩擦面上均匀涂抹。既没有遗漏点。

也不出现堆积；涂覆用量是：以覆盖摩擦面为宜，摩擦面呈现润滑状态即可。避免过量使用。

由测试结果可见.不涂 MoS2润滑脂的扭矩系数平均值为 0.1745.大于涂 了 MoS2润滑脂的扭矩系数平均值 0.1555 涂了MoS2润滑脂 后 ，扭矩 系数平均 值降低 了 ，为 (0.1745-0.1555)/0.1555 12% 。同时扭矩 系数的标准偏差大幅度减校由0.0115降到了0.0013。涂了 MoS2润滑脂的仅为不涂的 0.0013/0.01 1511% 可见 MoS2润滑脂提供了良好的润滑性能，减小了扭矩系数值。并使螺栓轴力的波动减校这得益于 Mo92良好的使用性能.其内部生成的众多微观滑移面替代了金属之间的摩擦。

稳定的物理性能在滑动过程中表现出均匀-致的摩擦特性。使用 MoS2润滑脂可降低安装鹏力矩。减小扭矩系数的波动。在很大程度上保证紧固轴力的-致性。获得 良好的连接紧固效果。

MoS2润滑脂性能稳定.能长时间保持润滑状态。还有保护金属材料免受腐蚀的功效。在安装精度要求比较高及工作环境较差的诚适宜采用涂覆 MoS2润滑脂的施工工艺5 高强度螺栓的二次使用探讨高强度紧固件能否二次使用.目前还没有统- 规定。各企业的做法也不相同。-般方法是，高强度 紧固件不建议二次使用 .特 别是重要场合、关键部件，高强度螺栓只使用-次。

对于-般诚、普通部件.高强度螺栓可否二次使用呢答案是肯定的，但是有条件的：高强度螺栓在满足-定条件后可以二次使用 也就是说。第-次使用后的高强度螺栓仍是合格产品。

在第二次使用前仍具备相应的使用性能。为此，二次使用前，应对高强度紧固件进行性能确认，符合要求的可投入二次使用。确认内容可概括为：(1)外观紧固件无明显的磕碰、挤压痕迹.无明显的锈蚀；螺纹牙型表面光整无损伤：螺栓杆部平直无变形，各段直径均匀规整符合标准。无缩颈现象。

无裂纹等缺陷；螺栓六角头部完好。对边宽度符合标准；螺栓头下圆角符合尺寸要求，过渡光滑。

(2)螺纹螺纹的螺距误差和半角误差符合标准(3)磁粉探伤对成批的紧固件 .可抽样进行磁粉探伤检查，不得有裂纹。若发现有裂纹时，扩大检查数量，不得有裂纹；若扩大检查仍发现有裂纹时。

则全数检查。数量较少的紧固件可做全数磁粉探伤检查。不得有裂纹。

扭矩系数当紧固件经第-次使用后。扭矩系数的构成要素已经发生变化.扭矩系数也随之改变.原扭矩系数已不能准确反映鹏力矩与夹紧力之间的关系。尽管如此 。扭矩系数的二次适用性最好还是视使用诚而定。

由以上检验结果可知.二次使用时扭矩系数会有变化。但变化不大。对于-般情况的二次使用。鹏时可参考其原扭矩系数：对重要诚的二次使用。应重新测定扭矩系数，以测出的符合要求的扭矩系数用于二次鹏6 结束语高强度紧固件的扭矩系数和标准偏差是紧固件施拧中的重要工艺参数.与紧固件的精度、表面质量、成品的-致性以及润滑状态有关。准确可靠的扭矩系数和稳定的标准偏差是施工质量的保证。二次鹏时扭矩系数与第-次的扭矩系数相比有变化。但变化很校螺栓与不同牌号钢材的螺母旋合其扭矩系数大熊接近。使用 MoS2润滑脂能得到较为稳定的扭矩系数和较小的标准偏差。因此高强度螺栓的二次使用可视具体情况区别对待(收稿 日期：2013-O2-20)