殘余扭矩的測量方法及行業(yè)應(yīng)用指南

一、主要測量方法詳解

1. 再擰緊扭矩法

• 原理：在已擰緊的螺栓上繼續(xù)擰緊一個(gè)小的角度（通常不超過15°），當(dāng)螺栓從靜摩擦轉(zhuǎn)為動摩擦的瞬間，儀表顯示的峰值扭矩即為殘余扭矩值。

• 操作要點(diǎn)：

• 轉(zhuǎn)角控制精度需在±3%以內(nèi)，建議配合角度傳感器使用。

• 工具成本可控（數(shù)顯扳手價(jià)格約3000-8000元），在汽車主機(jī)廠裝配線應(yīng)用率達(dá)75%以上。

• 適用場景：生產(chǎn)現(xiàn)場快速檢測，尤其適合硬連接（如發(fā)動機(jī)連桿螺栓）。

2. 檢測扭矩法

• 原理：通過設(shè)定工藝要求的檢測扭矩閾值（Mp），在持續(xù)施壓過程中觀察螺栓是否轉(zhuǎn)動。若施加該扭矩后螺栓未轉(zhuǎn)動則判定合格。

• 操作要點(diǎn)：

• 檢測扭矩通常設(shè)定為設(shè)計(jì)扭矩的80-90%，需提前進(jìn)行扭矩-夾緊力標(biāo)定試驗(yàn)。

• 尤其適合預(yù)涂膠螺栓（如樂泰243膠），可避免破壞已固化的防松膠層。

• 適用場景：膠粘螺栓的專項(xiàng)檢測，如變速箱裝配。

3. 剩余扭矩法（擰松-擰緊法）

• 原理：先逆向旋轉(zhuǎn)10-30°解除靜摩擦干擾，再正向擰回原位記錄扭矩值。此方法對高摩擦系數(shù)連接副（μ≥0.18）的測量誤差比直接測量降低40%。

• 操作要點(diǎn)：

• 操作時(shí)間較再擰緊法增加約50%，適用于風(fēng)電塔筒螺栓等特殊工況。

• 需通過統(tǒng)計(jì)方法確定監(jiān)控范圍（如正態(tài)分布的3σ原則）。

• 適用場景：高摩擦系數(shù)或軟連接場景的精確測量。

4. 擰松法

• 原理：通過逆向旋轉(zhuǎn)讀取初始松動扭矩，雖能直接反映軸向預(yù)緊力，但會完全破壞原有連接狀態(tài)。

• 操作要點(diǎn)：

• 重復(fù)擰松三次后螺栓夾緊力衰減達(dá)15%，因此只限于用于維修檢測場景。

• 需將讀取的峰值扭矩乘以系數(shù)（1.1-1.2）以估算殘余扭矩。

• 適用場景：維修后的快速驗(yàn)證，如設(shè)備維護(hù)。

5. 超聲波測量法

• 原理：基于聲彈性效應(yīng)原理，通過測量縱波傳播時(shí)間變化（精度達(dá)0.1ns）計(jì)算軸向應(yīng)力。

• 操作要點(diǎn)：

• 夾緊力檢測誤差≤5%，但設(shè)備成本超過20萬元，且需要專業(yè)耦合劑處理表面。

• 適合航空發(fā)動機(jī)等高價(jià)值部件的實(shí)驗(yàn)室檢測。

• 適用場景：研發(fā)階段的高精度測量，如航空航天領(lǐng)域。

6. 其他方法

• 劃線法：在螺栓或螺母頭部與被連接體上劃線確認(rèn)原始位置，然后松開再擰緊到原位，通過扭矩值計(jì)算殘余扭矩。但此方法測量過程不能保證精確性，容易存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，一般只建議在拆解區(qū)域使用。

• 返松法：通過讀取螺栓開始轉(zhuǎn)動時(shí)的瞬時(shí)扭矩值，并乘以一個(gè)系數(shù)（約為1.1至1.2）來估算殘余扭矩。但此方法測量偏差較大，建議在拆解分析時(shí)使用。

二、行業(yè)應(yīng)用案例與標(biāo)準(zhǔn)

1. 汽車行業(yè)

• 應(yīng)用案例：某汽車主機(jī)廠采用再擰緊法，將換電螺栓重復(fù)使用次數(shù)從5次提升至50次。通過設(shè)定轉(zhuǎn)角控制精度（±3%以內(nèi)），并配合角度傳感器使用，確保測量準(zhǔn)確性。

• 標(biāo)準(zhǔn)要求：遵循ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)，動態(tài)扭矩法測量值約為初始緊固扭矩的70-85%時(shí)為合格。

2. 航空航天領(lǐng)域

• 應(yīng)用案例：某航天機(jī)構(gòu)采用超聲波測量法，對航空發(fā)動機(jī)螺栓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測，夾緊力檢測誤差≤5%。通過高精度扭矩傳感器（精度達(dá)±0.5%）確保飛行安全。

• 標(biāo)準(zhǔn)要求：對關(guān)鍵部件連接殘余扭矩測量使用高精度設(shè)備，并遵循VDI 2645-part3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)評估。

3. 建筑行業(yè)

• 應(yīng)用案例：橋梁建設(shè)中，每隔一段時(shí)間對螺栓連接殘余扭矩進(jìn)行測量，確保結(jié)構(gòu)安全。采用再擰緊法或檢測扭矩法進(jìn)行快速檢測，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)方法分析數(shù)據(jù)趨勢。

• 標(biāo)準(zhǔn)要求：遵循相關(guān)建筑規(guī)范，對重要結(jié)構(gòu)螺栓進(jìn)行定期檢測，并記錄測量數(shù)據(jù)以便后續(xù)分析。

4. 風(fēng)電領(lǐng)域

• 應(yīng)用案例：某風(fēng)電企業(yè)針對塔筒螺栓，先用再擰緊法初檢，再對5%的樣本進(jìn)行超聲波復(fù)檢，使質(zhì)量成本降低32%的同時(shí)保證了0ppm的泄漏不良率。

• 標(biāo)準(zhǔn)要求：結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的在線測量系統(tǒng)，對風(fēng)電設(shè)備螺栓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。

三、測量精度提升的實(shí)踐要點(diǎn)

1. 工具校準(zhǔn)：

• 數(shù)顯扳手需每5000次或半年進(jìn)行標(biāo)定（參照J(rèn)JG 707標(biāo)準(zhǔn)）。

• 壓電式傳感器在環(huán)境溫度每變化10℃時(shí)需重新歸零校正。

2. 操作規(guī)范：

• 施力速度控制在5-15°/s可有效減少慣性誤差。

• 使用智能扭矩工具（如Atlas Copco的QST系列扳手）動態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)，提升裝配質(zhì)量一致性。

3. 數(shù)據(jù)記錄與分析：

• 測量數(shù)據(jù)應(yīng)詳細(xì)記錄，包括測量時(shí)間、測量位置、測量值等。

• 對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)，并繪制品質(zhì)趨勢圖以便后續(xù)分析。

4. 組合檢測策略：

• 對特殊工況或高價(jià)值部件，可采用組合檢測策略（如再擰緊法+超聲波法）以提高測量準(zhǔn)確性和可靠性。

通過上述方法和實(shí)踐要點(diǎn)，可系統(tǒng)化地提升殘余扭矩測量的準(zhǔn)確性和效率，確保連接件的安全性和可靠性。