拧紧螺栓的“紧箍咒”：扭矩校验大揭秘

在机械领域，螺栓连接就像建筑的基石，为各类设备的稳定运行提供了基础。而拧紧扭矩则是决定螺栓连接质量的关键因素，它直接关系到机械连接的稳固性和安全性。

以汽车发动机为例，发动机内部的螺栓连接需要承受高温、高压和剧烈的振动。如果螺栓拧紧扭矩不足，在发动机运行过程中，螺栓可能会松动，导致零部件之间出现缝隙，进而引发漏气、漏油等问题，严重影响发动机的性能和可靠性，甚至可能导致发动机故障，危及行车安全。相反，如果拧紧扭矩过大，螺栓可能会被过度拉伸，超过其材料的屈服强度，从而发生断裂，同样会造成严重的后果。

再如桥梁建设，桥梁上的螺栓连接承担着巨大的载荷。若拧紧扭矩不符合要求，在长期的车辆行驶和自然环境作用下，螺栓连接可能会失效，桥梁结构的稳定性将受到威胁，一旦发生坍塌，后果不堪设想。

因此，校验螺栓拧紧扭矩是否满足要求，是确保机械设备正常运行、保障人员和财产安全的必要举措，具有极其重要的现实意义。

常用校验方法大盘点

在实际生产和机械维修中，校验螺栓拧紧扭矩的方法丰富多样，每种方法都有其独特的技术原理、操作要点、适用范围以及优缺点。下面将详细介绍几种常用的校验方法。

（一）拧紧扭矩法

拧紧扭矩法是校验螺栓拧紧扭矩最常用的方法之一。操作时，使用扭矩扳手或扭矩传感器等工具，对螺栓施加扭矩并记录数据。扭矩扳手是一种带有扭矩测量装置的手动工具，通过旋转手柄施加扭矩，当达到设定的扭矩值时，会发出提示信号，如声音、震动或指针指示等 ，常见的有表盘式扭矩扳手和数显式扭矩扳手。表盘式扭矩扳手通过指针在表盘上的指示来显示扭矩值，较为直观；数显式扭矩扳手则以数字形式显示扭矩，精度更高，操作更方便。扭矩传感器则是一种能够将扭矩信号转换为电信号的装置，可安装在拧紧工具或螺栓连接部位，实时监测扭矩的变化，并将数据传输到控制系统进行分析和记录。

这种方法的优点在于操作简单、直接，容易理解和掌握，适用于各种类型的螺栓连接，无论是在工厂生产线、机械设备维修现场，还是在日常生活中的简单机械装配，都能方便地使用扭矩扳手进行扭矩校验。而且，扭矩扳手和扭矩传感器的成本相对较低，易于普及和应用。

然而，拧紧扭矩法也存在一些局限性。由于扭矩与预紧力之间的关系受到多种因素的影响，如螺栓与螺母之间的摩擦系数、连接件的表面粗糙度、润滑条件等，这些因素的波动会导致相同的扭矩值产生不同的预紧力，从而影响螺栓连接的质量。在实际应用中，为了提高测量的准确性，需要结合具体情况，对摩擦系数等因素进行合理的估计和修正，或者通过多次测量取平均值来减小误差。同时，操作人员的操作手法和经验也会对测量结果产生一定的影响，例如，施力的速度、方向和稳定性等，都可能导致扭矩测量值的偏差。

（二）拧紧角度法

拧紧角度法是通过测量螺栓拧紧过程中的旋转角度来间接判断拧紧扭矩是否满足要求。其原理基于螺栓在拧紧过程中，随着扭矩的增加，螺栓会发生弹性变形，旋转角度与预紧力之间存在一定的对应关系。在一定的扭矩范围内，螺栓的伸长量与旋转角度成正比，通过控制旋转角度，可以间接控制螺栓的预紧力。

在实际操作中，首先需要确定一个初始扭矩，将螺栓拧紧到这个初始扭矩，使连接件初步贴合。然后，使用角度测量仪器，如角度扳手、角度传感器等，继续拧紧螺栓，并记录从初始扭矩到最终拧紧状态下螺栓的旋转角度。将测量得到的旋转角度与预先设定的标准角度进行对比，如果实际角度在允许的误差范围内，则认为螺栓拧紧扭矩满足要求。

拧紧角度法的优点是可以减少摩擦系数对拧紧扭矩的影响，因为在初始扭矩之后，主要是通过控制旋转角度来实现预紧力的控制，而旋转角度与摩擦系数的关系相对较小，所以能够提高测量精度，使螺栓连接的预紧力更加均匀和稳定。这种方法特别适用于对螺栓预紧力要求较高、螺栓规格较大或连接部位受力较为复杂的场合，如汽车发动机的缸盖螺栓、大型桥梁的钢结构连接螺栓等。

不过，拧紧角度法也有其使用条件和注意事项。它对操作人员的技能和经验要求较高，需要操作人员准确地控制初始扭矩和旋转角度，否则可能会导致测量结果不准确。同时，该方法需要预先通过试验或计算确定合适的初始扭矩和旋转角度，这需要一定的技术和时间成本。此外，螺栓和连接件的材料特性、尺寸精度以及装配工艺等因素，也会对旋转角度与预紧力之间的关系产生影响，因此在实际应用中，需要根据具体情况进行调整和验证。如果连接副夹持长度太短，螺栓拧紧曲线的屈服点到最终断裂的角度会较小，当螺栓需要过屈服装配时，过屈服的角度就很难设计；如果连接件刚度波动较大，如连接副中存在软连接（如焊接钣金件存在间隙，夹持件存在塑料、橡胶等），会影响连接件刚度，进而导致装配曲线从门槛扭矩到螺栓屈服的角度波动较大，无法设计出合适的工艺角度。

（三）超声波检测法

超声波检测法是一种利用超声波在螺栓内部传播特性来校验螺栓拧紧扭矩的先进技术。其技术原理基于超声波在螺栓中的传播速度会受到螺栓内部应力状态的影响。当螺栓受到扭矩作用时，会产生预紧力，导致螺栓内部的应力分布发生变化，从而影响超声波的传播速度。通过测量超声波在螺栓中的传播时间差或传播速度的变化，就可以推算出螺栓的预紧力大小，进而判断螺栓拧紧扭矩是否满足要求。

具体操作时，需要使用专门的超声波检测设备，该设备主要由超声波发生器、超声波传感器和信号处理系统组成。超声波发生器产生高频超声波信号，通过超声波传感器将信号发射到螺栓内部，传感器接收从螺栓内部反射回来的超声波信号，并将其传输到信号处理系统。信号处理系统对接收的信号进行分析和处理，根据预先建立的超声波传播时间与预紧力之间的关系模型，计算出螺栓的预紧力。

超声波检测法具有诸多优点，它属于非接触式测量，不会对螺栓和连接件造成损伤，适用于对螺栓连接质量要求较高、不允许破坏连接结构的场合，如航空航天领域的飞行器发动机部件连接、精密仪器设备的螺栓连接等。而且，该方法能够实现高精度的测量，实时监测螺栓的紧固状态，及时发现螺栓的松动或紧固不足等问题。

然而，超声波检测法也存在一些局限性。设备成本较高，需要专业的检测仪器和设备，这增加了检测的投入成本。操作技术相对复杂，需要专业的技术人员进行操作和数据分析，对操作人员的技术水平和专业知识要求较高。此外，超声波检测法还受到螺栓材料、形状、尺寸以及表面状态等因素的影响，在实际应用中，需要对这些因素进行充分的考虑和校准，以确保测量结果的准确性。

辅助判断小妙招

除了上述较为专业的校验方法外，还有一些辅助判断的小妙招，虽然它们不能精确地测量螺栓拧紧扭矩，但在一些情况下，能够帮助我们快速地初步判断螺栓连接是否紧固，是否存在扭矩不足的问题。这些方法简单易行，不需要复杂的设备，在日常的设备维护和检查中具有一定的实用价值。

（一）螺纹观察法

螺纹观察法是一种较为直观的辅助判断方法。使用放大镜或显微镜等工具，仔细观察螺栓连接部位的螺纹状态。正常情况下，在合适的拧紧扭矩作用下，螺栓和螺母的螺纹会紧密贴合，螺纹表面的痕迹较为均匀、清晰，没有明显的变形或损伤。如果发现螺纹之间存在较大的缝隙、螺纹表面有明显的磨损、划痕、变形或者螺纹牙被剪断等情况，很可能是螺栓拧紧扭矩过大或过小导致的。

当拧紧扭矩过大时，螺栓可能会被过度拉伸，螺纹受到的压力过大，从而导致螺纹牙发生变形，甚至被剪断。此时，在螺纹表面可以看到明显的塑性变形痕迹，螺纹牙的形状可能会变得不规则，牙顶变平或被压溃。而如果拧紧扭矩不足，螺纹之间的摩擦力较小，在设备运行过程中，螺栓和螺母容易发生相对转动，螺纹表面会出现磨损的痕迹，可能表现为螺纹表面变得光滑，光泽度增加，或者出现一些细小的划痕。

螺纹观察法虽然简单直观，但它只能提供一些关于螺栓拧紧扭矩是否异常的线索，不能准确地判断扭矩是否满足要求，而且对于一些微小的螺纹变形或损伤，可能需要借助高倍率的放大镜或显微镜才能观察到。因此，这种方法通常作为一种初步的检查手段，在发现螺纹有异常情况时，还需要进一步采用其他更精确的校验方法来确定螺栓的拧紧扭矩。

（二）敲击振动法

敲击振动法是通过敲击或振动螺栓连接部位，根据发出的声音和手感来检查螺栓连接的紧固程度。使用一把合适的小锤子，轻轻敲击螺栓头部或螺母。如果螺栓连接紧固，敲击时会发出清脆、响亮的声音，并且手感较为坚实，没有明显的松动感。这是因为紧固的螺栓与连接件之间紧密结合，形成了一个相对刚性的整体，敲击时能够产生清晰的共振声音。

相反，如果螺栓拧紧扭矩不足，存在松动现象，敲击时发出的声音会比较沉闷、沙哑，手感也会感觉到螺栓有一定的晃动或松动。这是因为松动的螺栓与连接件之间存在间隙，在敲击时会产生相对位移和摩擦，消耗了一部分敲击能量，导致声音变得沉闷，同时由于螺栓的松动，也会让操作人员在敲击时感受到明显的晃动。

另外，还可以通过对设备进行振动测试来检查螺栓连接的紧固情况。利用振动测试仪或其他振动检测设备，对安装有螺栓连接的设备部件施加一定频率和幅度的振动激励。在振动过程中，监测螺栓连接部位的振动响应，如振动加速度、位移等参数。如果螺栓连接紧固良好，在振动激励下，连接部位的振动响应会比较稳定，各点的振动参数差异较小。而当螺栓存在松动时，连接部位的振动响应会发生明显变化，可能会出现振动加速度增大、位移波动异常等情况。这是因为松动的螺栓会使连接部位的刚度降低，在振动作用下更容易产生相对运动，从而导致振动响应的异常变化。

敲击振动法操作简单、快捷，不需要复杂的设备，在现场设备维护和检查中应用较为广泛。然而，这种方法对操作人员的经验要求较高，需要操作人员通过长期的实践积累，熟悉不同紧固状态下螺栓敲击的声音和手感特点，才能准确地判断螺栓是否松动。而且，对于一些内部结构复杂、难以直接敲击到螺栓的设备，或者在嘈杂的工作环境中，敲击振动法的使用会受到一定的限制 。

校验的关键要点

（一）工具设备的选择与维护

在校验螺栓拧紧扭矩时，选择高精度、可靠性的工具设备是确保校验结果准确的基础。对于扭矩扳手，要根据螺栓的规格和扭矩范围，选择合适量程的扳手。如果量程过大，会导致测量精度降低；量程过小，则可能无法满足螺栓的拧紧扭矩要求。例如，对于一般汽车维修中常用的 M8 - M16 规格的螺栓，可选择量程在 50 - 300N・m 的扭矩扳手。同时，要关注扭矩扳手的精度等级，尽量选择精度高的产品，一般精度应达到 ±3% 以内 。

扭矩传感器的选择也至关重要，要考虑其灵敏度、线性度、抗干扰能力等性能指标。在一些对扭矩测量精度要求极高的场合，如航空发动机装配，应选用高精度、稳定性好的扭矩传感器，其测量误差可控制在 ±1% 以内。

无论是扭矩扳手还是扭矩传感器，都需要定期进行校准。校准周期一般根据使用频率和精度要求来确定，通常为 6 个月至 1 年。校准过程需严格按照相关标准和规范进行，使用高精度的标准扭矩装置对工具设备进行比对和调整，确保其测量值的准确性。在使用过程中，要注意对工具设备的维护保养，避免碰撞、摔落等损坏情况，定期清洁和润滑，延长其使用寿命。

（二）规范操作避免误差

操作过程中的人为因素是影响螺栓拧紧扭矩校验准确性的重要原因。操作人员在使用扭矩扳手时，施力方向应与螺栓轴线保持一致，避免出现偏斜，否则会导致扭矩测量值不准确。施力速度也应均匀、稳定，过快或过慢的施力速度都可能使测量结果产生偏差。例如，在使用手动扭矩扳手时，施力速度一般控制在每秒 1 - 2N・m 的增加量较为合适。

在读取扭矩值时，要确保读数准确，避免因视觉误差或读数错误导致测量结果有误。对于表盘式扭矩扳手，读数时视线应与表盘刻度垂直；数显式扭矩扳手则要注意显示屏的清晰度和读数的准确性。同时，操作人员应经过专业培训，熟悉校验流程和操作规范，严格按照操作规程进行操作，减少人为因素对校验结果的影响。

（三）不同螺栓的针对性校验

不同规格和材质的螺栓，其拧紧扭矩的要求和校验方法也有所不同。一般来说，螺栓的规格越大，其所需的拧紧扭矩也越大。例如，M12 的普通碳钢螺栓，其推荐的拧紧扭矩可能在 50 - 80N・m，而 M20 的螺栓，拧紧扭矩则可能达到 200 - 300N・m。这是因为大规格螺栓承受的载荷更大，需要更大的预紧力来保证连接的可靠性。

螺栓的材质也会影响其拧紧扭矩。高强度螺栓由于其材料的强度较高，能够承受更大的拉力和扭矩，因此其拧紧扭矩通常比普通螺栓要大。例如，8.8 级的高强度螺栓，其拧紧扭矩要比 4.8 级的普通螺栓高很多。在校验不同材质的螺栓时，要根据其材料的特性和相关标准，确定合适的拧紧扭矩值和校验方法。

此外，对于一些特殊用途的螺栓，如膨胀螺栓、防松螺栓等，其校验方法也有特殊要求。膨胀螺栓在安装后，需要通过拉伸试验等方法来检验其锚固力是否满足要求；防松螺栓则要重点检查其防松性能，如采用振动试验等方法，模拟设备在运行过程中的振动环境，检验螺栓是否会发生松动。

总结与展望

校验螺栓拧紧扭矩是否满足要求，是确保机械系统安全、稳定运行的关键环节。拧紧扭矩法操作简便直接，应用广泛；拧紧角度法能有效减少摩擦系数影响，提高测量精度；超声波检测法作为先进的非接触式测量技术，具有高精度和实时监测的优势 。同时，螺纹观察法和敲击振动法等辅助判断方法，也能在快速初步判断螺栓连接状态方面发挥作用。

在校验过程中，要严格把控工具设备的选择与维护、规范操作流程以及针对不同螺栓采取相应的校验策略等关键要点，以提高校验结果的准确性和可靠性。随着科技的不断进步，未来螺栓拧紧扭矩校验技术有望朝着智能化、自动化和高精度的方向发展。例如，借助物联网、大数据和人工智能技术，实现对螺栓拧紧扭矩的远程监测、数据分析和智能诊断，进一步提升机械系统的运行安全性和可靠性，为各行业的发展提供更坚实的保障 。