【紧固件小课堂@@】螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@

保证载荷是@@螺纹产品@@@@实物不产生明显塑性变形所能承受的极限载荷@@，该值由产品@@的螺纹应力截面积和@@保证应力的乘积确定@@。

卸除载荷后@@，螺母@@不得脱扣或断裂@@，并且可用手将螺母@@旋出@@，或借助扳手可松开螺母@@@@（不超过半扣@@）。对螺栓@@而言@@，卸除载荷后@@螺栓@@无明显变长@@（测量误差为@@±12.5微米@@），此载荷即为保证载荷@@。

为了防止螺栓@@失效和@@非预期失效@@，必威娱乐 需要进行楔负载试验@@和@@螺母@@保证载荷试验@@@@。在@@GB/T 1231—2006、GB/T 3632—2008 标准中@@@@，螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验是@@两个相互独立的试验@@，需要两套不同的工装进行两次试验@@，分别检验@@螺栓@@和@@螺母@@的强度@@。如果能够合并进行螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验@@@@，则能大幅提高试验效率@@。

 一@@、 试验设备@@及试验样品@@

SHT4505 微机控制电液伺服万能试验机@@，最大载荷为@@1 000 kN，精度为@@0.5级@@，10°楔垫@@。10.9S 性能等级@@大六角头@@必威娱乐 ，材质为@@35VB。

二@@、楔负载试验@@

楔负载试验@@是@@在@@螺栓@@头下放置一@@块一@@定角度的楔垫@@@@，在@@拉力试验@@机上将螺栓@@拧在@@带有内螺纹的专用夹具上进行拉力试验@@@@，直至螺栓@@断裂@@，如图@@@@1 所示@@。之所以@@要做楔负载试验@@@@，是@@因为@@高强螺栓@@@@等紧固件是@@用来固定物件的@@，而在@@固定物件的时@@候物件表面与紧固方向不一@@定是@@垂直的@@，有可能会呈现不同的角度@@，而不同角度下螺栓@@表现出来的力@@学性能对使用来说非常重要@@。

楔负载试验@@可以@@同时@@测定@@：螺栓@@成品的最大拉力载荷@@；螺栓@@头与杆部交接处的牢固性@@，预防发生螺栓@@断头现象@@。

断裂时@@@@，拉力载荷应在@@规定的范围内@@，且断裂应发生在@@螺纹部分或螺纹与螺杆交接处@@。图@@2是@@3支@@10.9S 性能等级@@的@@M30 螺栓@@进行楔负载试验@@的力@@@@-位移曲线@@，以@@位移速率为@@3 mm/min控制试验过程@@。

楔负载试验@@力@@-位移曲线@@的一@@个明显特征是@@@@，在@@一@@定力值范围内@@，曲线呈波动形@@，如图@@@@2中@@的@@AB段曲线@@。

图@@3是@@10.9S 性能等级@@的@@M30 螺栓@@进行拉伸试验的力@@@@-位移曲线@@，此时@@螺栓@@头下放置平垫@@，以@@位移速率为@@3 mm/min 控制试验过程@@。在@@螺栓@@发生屈服前@@，力与位移基本成正比关系@@，呈一@@条直线形态@@，不存在@@类似图@@@@2中@@AB段的波动@@。

三@@、保证载荷试验@@ 

螺母@@保证载荷试验@@是@@@@将螺母@@拧入螺纹芯棒@@，如图@@@@4 所示@@，对螺母@@施加规定的保证载荷@@，持续规定的时@@间@@，螺母@@不应脱扣或断裂@@。当卸除载荷后@@@@，应可用手将螺母@@旋出@@，或者借助扳手松开螺母@@@@（但不应超过半扣@@）后用手旋出@@。

螺母@@保证载荷试验@@考察的是@@螺母@@螺纹部分承受载荷的能力@@。保证载荷试验@@包括两个主要程序@@：（1）借助试验芯棒实现规定的保证载荷@@；（2）检查有无因保证载荷造成的螺母@@螺纹损伤@@。

图@@5是@@2支@@10.9S性能等级@@的@@M30螺母@@进行保证载荷试验@@的力@@@@-时@@间曲线@@，以@@位移速率为@@3 mm/min 控制试验过程@@，保证载荷为@@583 kN，保载@@15s。

在@@螺母@@保载@@@@前@@，力值一@@直匀速增加@@，试验曲线呈直线形态@@。

四@@）保证载荷试验@@的方法@@

螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验本质上都是@@在@@拉力试验@@机上进行的@@拉力试验@@。楔负载试验@@时@@@@，通常是@@将螺栓@@拧在@@带有内螺纹的专用夹具上进行拉力试验@@@@，但现在@@考虑把螺栓@@拧在@@螺母@@上@@，以@@图@@@@6 的方式装夹试样来进行拉伸试验@@，并在@@@@载荷达到螺母@@规定的保证载荷时@@保载@@@@规定的时@@间@@，然后继续拉伸@@，直至螺栓@@断裂@@。

此试验过程中@@@@既包括了螺栓@@的楔负载拉伸过程@@，也包括了螺母@@在@@保证载荷下保载@@的过程@@。

图@@7是@@3支@@10.9S 性能等级@@的@@M30 螺栓@@按图@@@@6方法进行拉力试验@@@@，并在@@@@583 kN 载荷时@@保载@@@@15 s的力@@-时@@间曲线@@，以@@位移速率为@@3 mm/min 控制试验过程@@。

在@@图@@@@7 试验曲线上也有一@@个明显特征是@@@@，在@@一@@定力值范围内@@，曲线呈波动形@@，见@@CD段曲线@@。CD段对应的力@@值范围与楔负载试验@@曲线图@@@@2 中@@AB段对应的力@@值范围相同@@，对于@@10.9S 性能等级@@的@@M30螺栓@@该段力值约为@@200～300 kN。

通过试验观察可得@@，10.9S 性能等级@@的@@M30 螺栓@@进行楔负载拉伸@@时@@@@，当载荷约为@@200 kN 时@@，螺栓@@头开始向楔面倾斜@@；当载荷达到@@300 kN 时@@，螺栓@@头与楔面已贴合@@，示意图@@如图@@@@@@8 所示@@。螺栓@@头开始倾斜至与楔面贴合的过程@@，刚好对应图@@@@2中@@AB段和@@图@@@@7中@@CD段试验曲线@@。

取@@10.9S 性能等级@@的@@M22、M24、M27 螺栓@@进行楔负载拉伸@@，可以@@发现螺栓@@头开始倾斜至与楔面贴合的过程@@对应的力@@值分别约为@@75～125 kN、100～200 kN 和@@150～250 kN。

即可以@@发现@@，当载荷约达到螺栓@@的规定最小拉力载荷的@@50%或约达到螺母@@的规定保证载荷的@@50%时@@，螺栓@@头已与楔面贴合@@。GB/T 1231—2006、GB/T 3632—2008 标准中@@@@，螺栓@@的规定最小拉力载荷等于同规格螺母@@的规定保证载荷@@。

五@@）合并试验的可靠性分析@@@@

合并试验的过程与单独进行螺母@@保证载荷试验@@比较@@，根本区别是@@螺栓@@头下面放置了楔垫@@@@。合并试验的过程与单独进行螺栓@@楔负载试验@@@@比较@@，根本区别是@@螺栓@@在@@拉断前@@，需要在@@规定的螺母@@保证载荷下保载@@@@@@15 s。

如果合并试验的试验结果要与分别进行螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验的结果保持一@@致@@，应该在@@合并试验中@@@@：（1）螺母@@在@@保证载荷下不应该受到斜拉力@@；（2）螺母@@保载@@@@15 s 对螺栓@@的楔负载下最大拉力载荷没有影响@@。

5.1 分析@@1

合并试验时@@@@，如图@@@@9 所示@@，螺栓@@头在@@@@F点受到垂直于楔面的力@@@@，以@@E为支@@承点@@，螺栓@@上部产生一@@个弯曲载荷@@W，达到一@@定程度@@，螺栓@@上部就会发生弯曲@@，最终螺栓@@头与楔面贴合@@，如图@@@@8所示@@。

当拉伸载荷达到约为螺栓@@的规定最小拉力载荷的@@50%或达到约为螺母@@的规定保证载荷的@@50%时@@，螺栓@@头就已与楔面贴合@@。螺栓@@头与楔面贴合后@@，不再有弯曲载荷@@，螺杆受垂直拉力@@，与试验机的载荷方向一@@致并同轴@@，从@@而螺母@@不会受到斜拉力@@。

5.2 分析@@2

试验过程中@@@@，在@@规定的螺母@@保证载荷下保载@@@@15 s，因为处于常温@@，保载@@时@@间又短@@，试验中@@未观察到螺栓@@有金属蠕变现象@@。如果没有环境介质的影响@@，金属材料的常温静载力学性能与载荷持续时@@间关系不大@@[4]。

本实验室从@@同一@@批次@@10.9S 性能等级@@的@@M30X200 螺栓@@中@@随机抽取@@@@16 支@@，然后再随机分成两组@@，每组各@@8支@@。

第@@1组按图@@@@1 方式单独进行楔负载试验@@@@，得到最大拉力载荷为@@622.4、615.1、614.9、633.6、620.8、629.7、626.7、618.8 kN。测量次数@@n1＝8，平均@@xˉ1＝622.8 kN，方差@@S 21＝45.9 kN。

第@@2组按图@@@@6 方式合并进行楔负载试验@@和@@螺母@@保证载荷试验@@@@，得到最大拉力载荷为@@630.9、628.1、634.8、626.0、622.4、626.0、626.7、629.9 kN。测量次数@@n2＝8，平均@@xˉ2＝628.1 kN，方差@@S 22＝14.2 kN。

任何显著性差异都是@@由平均@@值的差异引起的@@，下面用@@t 检验@@确定两组平均@@值之间是@@否有显著性差异@@[5]。

在@@进行@@t 检验@@前@@，先进行@@F 检验@@，确定方差@@之间没有显著性差异@@。

所以@@两组结果没有显著性差异@@，结果可以@@接受@@。

通过以@@上两方面分析@@可知@@：合并进行螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验@@，没有改变螺母@@保载@@@@时@@的受力方向@@，也没有对螺栓@@的楔负载下最大拉力载荷产生影响@@。

此外@@，螺母@@保证载荷试验@@要求@@，当卸除载荷后@@@@，应可用手将螺母@@旋出@@，或者借助扳手松开螺母@@@@（但不应超过半扣@@）后用手旋出@@，以@@证实保载@@后螺母@@螺纹的完好性@@。但合并试验后@@，正常情况下螺母@@承受的载荷已超过规定的保证载荷@@，螺栓@@都已拉断@@，此时@@螺母@@还能顺利旋出吗@@?

从@@100 批高强螺栓@@@@连接副@@中@@@@，每批随机抽取@@@@8 副@@，共@@800 副@@，合并进行楔负载试验@@和@@保证载荷试验@@后@@，发现全部可用手将螺母@@旋出@@。合并试验时@@@@，正常情况下螺栓@@断裂应发生在@@螺杆与螺母@@耦合部位之间的螺纹部分@@，虽然断裂部位变形严重@@，但是@@螺母@@耦合部位一@@般没有明显变形@@，故一@@般不会影响到螺母@@旋出@@@@。如果确有个别断裂刚好发生在@@螺母@@耦合处@@，影响到螺母@@旋出@@，只要螺栓@@和@@螺母@@的承载已超过规定值@@，也应视为符合@@。

结论@@

（1）合并进行螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验@@，楔块虽然使螺杆上部产生弯曲载荷而发生弯曲@@，但保载@@时@@没有改变螺母@@的受力方向@@，螺母@@保载@@@@15 s也没有对螺栓@@的楔负载下最大拉力载荷产生影响@@。

（2）合并进行试验@@，不但试验结果可靠@@，试验效率提高@@，而且试验过程更能真实反映螺栓@@连接副@@的使用环境@@。建议高强螺栓@@@@标准中@@@@允许合并进行螺栓@@楔负载试验@@@@和@@螺母@@保证载荷@@试验@@@@。