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干货 │ 为什么螺栓用过屈服拧紧， 但是螺栓不产生断裂 ？
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干货 │ 为什么螺栓用过屈服拧紧， 但是螺栓不产生断裂 ？

干货 │ 为什么螺栓用过屈服拧紧， 但是螺栓不产生断裂 ？ 兹懋Zmart
2020-12-07
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导读：干货，速来


拧至塑性区域是常见方式

螺栓拧紧包括扭矩法，扭矩转角法（弹性区域），扭矩转角法（塑性区域），屈服点法，张拉法等。目前很多螺栓采用扭矩转角法拧紧到过屈服段的塑性区域，例如发动机的缸盖螺栓，这是非常常见的拧紧方式。



有些螺栓是故意拧紧超过其屈服点，当外部荷载随后施加到接头上时，它们为什么不会进一步屈服和松弛？


两种效应



螺栓紧固到塑性区时，拉伸/轴向应力和扭转应力共同作用下的合应力超过螺栓材料屈服点。拉伸/轴向应力是螺栓伸长/拉伸的结果，扭转应力是螺纹摩擦扭矩作用在螺纹上的结果。当接头继续承受外部载荷时，有两种效应可使螺栓能够承受轴向加载而不承受进一步的塑性变形：

1、一旦拧紧操作结束，螺栓中相当大比例的扭转剪切应力（通常为50%左右）就会消失。紧固件内的扭矩反作用力发生变化。例如，如果螺母被拧紧，则会有一个扭转剪切应力作用在螺栓杆部上，并从套筒中被拧紧驱动，在螺栓头处产生反作用（扭转剪切）。当拆下套筒（停止拧紧）时，螺母面和螺栓头之间的扭矩会发生反应，扭矩会减少50%左右。由于嵌入/松弛损耗，剩余扭转剪切通常会被认为是消失的。VDI2230标准要求按照降低为拧紧时候的50%计算。


2、螺栓拧紧屈服后，一个新的螺栓屈服点会在应力应变曲线上形成。这种效应被称为硬化效应。



仍表现弹性

上面讨论的这两种效应的最终结果是，即使螺栓以塑性方式拧紧，当外部荷载作用于接头时，它仍将表现出弹性。显然，在屈服发生之前，可以施加的荷载大小是有限制的。

在许多应用中，接头分离发生在螺栓屈服之前。一个重要的例外是由不同材料组成的接头受到显著的温度变化。其中一种应用是铝接头中的钢螺栓。在这种接头中，由于拧紧后的不均匀热膨胀，螺栓会进一步屈服（铝的热膨胀系数一般是钢的两倍，因此随着温度的升高，接头厚度的增加速度大于钢螺栓的膨胀率）。

材料在高温下屈服强度的降低等效应也起到了一定的作用。在某些情况下，例如气缸盖螺栓，当发动机首次启动并且气缸体加热升温后，螺栓可能会进一步发生屈服，但屈服会受到一定的限制，并在随后的发动机热冷却循环中保持稳定。因此，即使螺栓拧紧到过屈服，螺栓拧紧后还是能够承受一定的外部轴向载荷。
 
对于用拉力机拉伸螺栓和考虑扭转剪切应力时候的螺栓轴力的差别，大家可以通过拉力机和超声波测试装置（轴力标定设备）来验证两者方法到螺栓屈服时候的差异，同样螺栓拉到屈服比拧紧到屈服要偏大，具体偏大的数值或量级跟螺纹摩擦系数有相关性。

ZwickRoell全系列拉力机

兹懋超声波轴力测量仪


扩展阅读：
超声波测量螺栓预紧力的简单原理



关于兹懋 （原兹韦克中国的紧固技术业务单元）
      作为德国领先紧固技术在中国的代言人，旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的Kistler Remscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备，以及紧固连接全寿命周期的解决方案，并定期举办专业的紧固培训研讨会，深受业内好评。

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