高温紧固螺栓

高温紧固螺栓（精选7篇）

高温紧固螺栓 篇1

前言:“对大于和等于M32的螺栓均需要进行100%的超声波检验 (必要时可用磁粉、着色以及其他检验方法检查) , 不得有裂纹和影响强度的缺陷存在, 有裂纹的螺栓应报废”, 这条规定出自于DL439-91《火力发电厂高温紧固件技术导则》当中第3.7条, 它明确地规定了高温紧固螺栓的检验标准。类似这样的规定, 都是为火力发电厂的安全运营做的保证, 使火力发电厂的发电量能够满足社会的需求。充分的说明高温紧固螺栓在整个发电厂当中的重要作用, 对其进行精确检验对火力发电厂的发展具有促进作用。

1 火力发电厂高温紧固螺栓概述以及损伤原因分析

1.1 概述

高温紧固螺栓为火力发电厂的重要金属部件, 在实际运行的过程中承载着高温、应力以及腐蚀等方面的多种作用, 造成螺栓的损伤速度加快, 极易形成断裂以及螺栓事故, 严重影响整个机组安全性能。高温紧固螺栓按照具体的特征划分为刚性螺栓与柔性螺栓;按照形状划分为直筒螺栓与细腰螺栓;按照具体的结构划分为中心孔与无中心孔两种类型。目前, 火力发电厂当中普遍进行应用的是柔性细腰螺栓, 由于柔性细腰螺栓在拧紧的状态下, 螺栓的身长与变形主要集中于螺杆部位, 其允许范围内的变形量能够明显的改善螺栓的受力状态, 在现代火力发电厂当中得以广泛应用。

1.2 损伤原因分析

高温紧固螺栓在应用的过程中, 承载的力在旋和螺纹上的荷载分布不均匀, 在适当的弹性范围内, 靠近螺母支承面的第一圈螺纹荷载较大, 其余螺纹荷载程度逐渐减小。同时, 在进行大修拆卸时主要是采用中心加热的方式, 造成中心孔内部受到灼伤以及热力影响, 造成螺纹中心孔横向裂纹的产生, 严重的影响整体机组的工作效率, 出现安全隐患[1]。

2 超声波检验的不足之处

超声波检验是检验高温紧固螺栓裂纹的一种重要方法, 但超声波检测存在一定的不足之处。对于裂缝小于1 mm的微小裂纹缺陷, 超声破检测不出来, 这是从DL/T694-1999《高温紧固螺栓超声波检测技术导则》中知道的。对于高温紧固螺栓的检测存在不足, 分析其具体原因主要为以下三个方面的内容:

(1) 纵波斜探头频率具体要求标准为2.5 MHz-5 MHz (波长>1 mm) ;

(2) 产生波探伤标准孔≈1 mm;

(3) 超声波探伤灵敏度约为λ/2, 因为波的衍射存在超声波检测过程中为避免微小裂纹在进行检测的过程中存在漏洞, 安装高温紧固螺栓前, 先对螺栓的螺杆、靠近螺杆位置的三个螺纹, 采用了磁粉检验的方式, 对螺纹进行检测, 主要原因是由于该区域荷载较大, 容易出现相应的裂纹。具体如图1所示。

3 质量检验与验收标准

质量检验以及验收标准需要按照关于火力发电厂设备检测的相应标准: (1) 不允许存在任何裂纹和白点, (2) 紧固件和轴类零件不允许横向缺陷显示, (3) 不得有裂纹和影响强度的缺陷存在。前两条是JB/T4730.4-2010《承压设备无损检测》中第9.1条规定, 第三条是DL439-91《火力发电厂高温紧固件技术导则》中第3.7条规定。

4 磁粉检验过程

4.1 选择螺栓

选择材质为35Cr Mo A-5的螺栓10个, 规格全为M80×6×600。热处理过程中, 水冷或者油冷的温度为850℃~870℃, 回火温度为550℃~630℃。该材质的螺栓剩余磁感应强度为1.11T, 矫顽力为1376A/m[2]。

4.2 设备

使用的检验设备为, 根据JB/T4730-2010中有关探伤机质量相关标准的规定, 把固定式磁粉探伤机作为使用的检验设备, 断电相位控制器。

4.3 磁粉以及载液选择

磁粉是保证检验质量的关键内容, 在本次检测实施过程中, 根据JB/T4730.4-2010中有关质量标准的相关规定, 选取的磁粉是YC-2荧光磁粉, 选择的载液是LPW-3油基载液配置荧光磁悬液, 并确保实际的荧光磁悬液浓度为0.5g/L[3]。

4.4 方法

运用连续法纵向磁化螺栓, 各种缺陷包括高温紧固螺栓的横向裂纹缺陷均使用剩磁湿法和荧光磁悬液检验。这是因为:采用线圈法纵向磁化螺栓后, 螺纹本身就相当于横向裂纹, 这样, 螺纹在检验过程中吸附附近磁粉变得非常容易, 促使过度背景的形成, 不能观察到螺纹缺陷, 容易造成误判。

4.5 规范磁化

纵向磁化所需的磁化电流, 其计算公式如下:

由于:L/D=600/80=7.5, 2<7.5<10;

线圈的具体直径为300mm;

长度为300 mm得出:S1/S2=1502π/402π=14>10

IN=1690R/[6 (L/D) -5];

所以:I=1690R/[6 (L/D) -5]=1690×150/10[6 (600/80) -5]=768 (A)

计算结果:I=768 (A) (10匝)

4.6 检验步骤

4.6.1 预清洗

在安装之前, 螺旋为了防止生锈采用油脂进行保存, 所以在使用前, 要完全清除螺栓上的油脂, 清除油脂要选用相应的清洗剂, 如酒精、丙酮等。

4.6.2 磁化

采用线圈法磁化螺栓纵向方面, 可以检验横向方面的缺失。并且, 要重点处理紧挨螺杆两侧的螺纹。磁化过程中, 注重断电相位控制器的使用, 控制磁化时间, 使其保持在在0.25~1 s之间[4]。

4.6.3 磁悬液的使用

采用喷洒方式施加磁悬液。检验时, 使用的磁悬液具体的浓度标准为0.5 g/L。控制其具体的喷洒次数, 在2-3次之间。同时, 在磁悬液的使用过程中主要注意的问题包括以下几点:第一, 将整个螺旋润湿, 然后施加磁悬液;第二, 施加完成后, 任何磁性物质不得靠近以及接触螺栓;第三, 在检测螺旋的横向缺陷方面, 需要重视磁悬液的添加, 保证螺栓磁化后施加磁悬液, 控制施加速度。

4.6.4 观察磁痕显示

在暗室里观察螺栓磁痕显示, 确保暗室内的可光照度小于201x。在螺栓表面, 所采用的黑光灯辐射照度应该≥1000。辨认微小痕迹显示时使用5倍放大镜[5]。

4.6.5 记录

采用照相法记录螺栓上的磁痕显示, 并用草图方法标识螺栓磁痕显示。

4.6.6 退磁

检验结束后, 螺栓上可能会有剩磁, 这会影响附近的监控线路和仪表的精准度, 需要对螺栓进行交流电退磁。

4.6.7 后处理

对于螺旋的检测结束之后, 把螺栓上的磁粉清除干净, 然后涂上油脂层防止生锈。

5 检验磁粉结果

根据JB/T4730.4-2010中的第五条评定磁痕。本次检验的10只螺栓, 都没有磁痕显示缺陷, 全部达标, 即达到DL439-91和JB/T4730.4-2010有关质量标准的要求。

结论:综上所述, 本次检验的10只螺栓, 经磁粉检验后, 全部合格, 这主要是因为工厂在零件出厂之前会检验全部零件的质量。所以, 要防止发生事故, 保证零件质量, 应该明确具体的检验手段与标准。运用磁粉检验的过程中能够有效保证高温紧固螺栓的安全性, 应该积极的推广与应用, 对于火力发电厂的可持续发展与运营具有重要意义。

参考文献

[1]祁德顺, 李世忠, 卓鹏, 等.不同厚度防腐涂层磁性管子、管件磁粉检验[J].无损探伤, 2014, 4 (1) :143-145.

[2]霍彦, 吕胜军.火力发电厂高温紧固螺栓的在役超声波检测[J].无损检测, 2011, 10 (2) :169-171.

[3]潘建华.磁粉检验用B型环的评价[J].无损检测, 2011, 10 (9) :182-186.

[4]熊军.高温紧固螺栓超声波检验技术及应用[J].华电技术, 2010, 10 (7) :136-139.

[5]袁文明.航空用钢发纹检验与评定标准综述[J].航空标准化与质量, 2010, 10 (6) :143-146.

大型螺栓紧固新方法 篇2

一、大型螺栓紧固新方法介绍

1. 传统紧固方法

(1) 大锤敲击扳手法

此法不仅费工费力而且相当不安全。

(2) 液压力矩扳手紧固法

液压力矩扳手紧固法需要一套液压力矩扳手和提供液压动力的泵站装置。它的紧固原理同传统紧固方法一样, 操作也不方便。而且一套液压板手和泵站装置的费用非常高。

(3) 电加热拉伸紧固法

螺栓加热方法有电阻丝加热法和电热管加热法等, 电热管加热法操作比较方便和安全, 所以应用比较普遍。这种方法需要在螺栓上钻孔, 以便放置加热管。需要根据螺栓预紧力Po计算伸长量ΔL和旋拧紧固角度θ:

式中:CL———螺栓刚度, N/mm;

CF———被连接件刚度, N/mm;

t———螺距, mm。

安装螺栓时, 首先将螺栓在常温下拧紧, 保证各连接件贴紧。然后用电热管加热使螺栓伸长, 测量螺栓的伸长量等于计算要求的伸长量。然后拧紧螺栓, 保证旋紧角度θ符合计算值。当螺栓冷却后, 由螺栓收缩产生弹性恢复力压紧被连接件, 达到部件连接的目的。这种方法最大的缺点是耗费能源和时间。

(4) 液压拉伸紧固法

通过液压力将螺栓拉伸然后拧紧螺母, 靠螺栓材料的回弹力紧固螺栓。如图1所示, 它需要一套专用工具, 包括搬手、拉杆螺栓、支撑环、拉伸油缸和油泵。在安装螺栓之前应根据所需要的预紧力Po计算油缸压力P:

式中:A——为油缸油压面积, cm2。

安装螺栓时, 首先将螺栓在常态下拧紧, 然后安装支撑环、拉杆螺栓和拉伸油缸等专用工具。接上高压油, 拉伸油缸加压到所要求的压力P并保持。用搬手拧紧螺母后油缸卸压, 最后拆除专用工具。这种方法最大的缺点是需要昂贵的专用工具。

2. 新方法——顶推螺钉紧固方法

这种方法是运用分解—合成原理, 把一个大力矩分成多个小力矩, 产生多个小顶推力合成一个大的螺栓紧固张力。以小攻大, 用分布在大螺栓周围的多个小顶推螺钉逐一顶推, 形成紧固大螺栓所需的拉伸预紧力。在安装螺栓之前应根据所需要的预紧力Po, 按照公式计算每个顶推螺钉所需的拧紧力矩M。

安装螺栓时, 首先将顶推螺钉装在大螺母或螺栓上, 用普通力矩扳手拧紧顶推螺钉。首先调整力矩扳手的力矩值等于所计算的顶推螺钉力矩, 然后逐一拧紧顶推螺钉达到要求的力矩值。这就达到了大螺栓预紧力的要求。这种方法, 操作方便安全可靠, 是大型螺栓紧固的最佳方法。

二、各种大型螺栓紧固方法的分析比较

1. 力矩紧固法和拉伸紧固法的比较

不论通过什么方法, 力矩紧固螺栓是靠旋转螺栓或螺母使联结产生预紧力。当紧固螺栓时, 要有足够大的拧紧力矩去克服旋合螺纹间的摩擦力矩和螺母与被连接件支承面间的摩擦力矩, 才能够产生紧固螺栓的轴向预紧力, 拧紧力矩和预紧力的关系为:

式中:M———拧紧力矩, N·m;

Po———预紧力, N;

D——螺纹公称直径, m;

K——拧紧力矩系数。

式中:fc——摩擦系数;

d2——螺纹中径, mm;

ρ——螺纹当量摩擦角;

do———螺孔直径, mm;

λ———螺纹升角;

D1——螺母与支承面接触直径, mm。

在公式 (5) 中, 预紧力Po是连接工件所要求的。连接工件需要的预紧力越大, 使用的螺栓也就越大。大螺栓就需要大的拧紧力矩, 这是传统方法紧固螺栓的理念。为了进一步说明, 通过螺栓直径和拧紧力矩的关系曲线 (图2) , 可以看出螺栓直径的大小与拧紧力矩的关系是非线性的。M16的螺栓所需的拧紧力矩为219N·m, M48的螺栓所需的拧紧力矩为6152N·m, 它是219N·m的28倍, 而螺栓直径只是3倍的关系。这可以用拧紧力矩相对于螺栓直径的增长率 (增长率=拧紧力矩之差/螺栓直径之差) 来表示, 如螺栓直径从M10增到M20拧紧力矩相对于螺栓直径的增长率是38, 螺栓直径从M20增到M30的增长率是104, 螺栓直径从M42增到M48的增长率是339, 即增长率随着螺栓直径的增大愈来愈大。这就是说螺栓直径越大, 拧紧力矩的增长率就越大。所以使用力矩紧固法紧固大型螺栓所耗费的功力非常大。据统计螺栓紧固力矩一般按螺栓直径的3次方增加。

液压和加热拉伸紧固法不需要旋转螺栓或螺母, 直接实施的是轴向预紧力, 没有克服摩擦力的无用功的浪费。紧固螺栓时操作非常省力。顶推螺钉紧固法需要旋转顶推螺栓, 耗费的功力很小。它打破了大螺栓需要大拧紧力矩的传统概念。通过公式 (4) 可以推论得出:多个顶推螺钉的拧紧力矩之和n M大大小于拧紧一个大螺栓的拧紧力矩M (图3) 。

分别设大螺母的拧紧力矩为M;拧紧系数为K;螺纹直径为D;预紧力为Po;

顶推螺钉的拧紧力矩为m;拧紧系数为k;螺纹直径为d;预紧力为p。

下面举一个实际例子作进一步说明, 我公司真空动平衡用轴承座上用的6.6级M48螺栓。

由设计手册中查得预紧力为Po=362 600N, 计算得:

M=3 289.5N·m其中K=0.189

选择6个8.8级M16的顶推螺钉, 顶推紧固M48的螺栓。由手册查得8.8级M16螺钉的预紧力为p=68 600N。因为p> (Po/6=60 433N) , 所以只要拧紧6个顶推螺钉就满足M48螺栓预紧力的要求。计算得:

m=109.76N·m其中k=0.1

拧紧6个M16螺钉总共需要6m=658.56N·m。

所以6m=658.56N·m<

由3 289.5/658.56=4.995得出顶推紧固法比力矩紧固法节省近5倍的功力。

2. 螺栓受力分析

(1) 螺纹受力分析

采用力矩紧固法的螺栓和螺母, 轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的, 从螺母支承面算起, 第一圈受载最大, 以后各圈载荷急剧减小。理论分析和实验证明, 第8~10圈以后的螺纹几乎不受载荷。而顶推螺钉结构的螺栓在紧固时, 分布在大螺母圆周上的顶推螺钉和主螺栓之间产生的相对作用力形成圆周应力。在圆周应力的作用下, 大螺母的底部直径扩大, 上部直径缩小, 如图3大螺母两侧箭头所示。所以应力均匀地释放在整个有效螺纹上, 避免了应力集中, 增强了螺纹的承载能力。

(2) 螺栓受力分析

拉伸紧固法利用热拉伸、液压拉伸和顶推螺钉拉伸对连接的大螺栓只产生轴向拉力, 不受力矩紧固法在紧固螺栓时对螺栓产生的扭力。拉伸紧固法属于纯张力紧固, 改善了螺栓的受力状况, 增加了螺栓的承载能力, 可防止由于直接旋紧大螺母而造成的螺纹磨损、螺栓锁死, 还可对加工造成偏差进行补偿, 而张力变化很小, 对密封法兰或压力容器各螺栓之间张力均匀尤为重要。拉伸紧固方法可使栓接的弹性增强, 大大延长高温连接螺栓的使用寿命。

(3) 弹性恢复力和顶推拉紧力

加热拉伸和液压拉伸紧固方法是靠大螺栓拉伸后的弹性恢复力对连接件施加压紧力, 需要考虑螺栓和被连接件的弹性和刚度设计计算预紧力所需的伸长量。而且连接的质量和寿命与螺栓材料诸多性能相关。顶推紧固法是直接靠顶推螺钉对连接件施加压紧力。不需要考察螺栓的伸长量, 只要通过一般的力矩扳手控制预紧力就可以了。其连接质量和寿命只与螺栓的抗拉强度有关。

(4) 顶推螺钉受力状态分析

顶推螺钉受压而不受拉应力。所以顶推螺钉承载能力大大加强了, 在工作期间不易损坏。而且对螺栓紧固有一定的防松作用。

从上述力学分析可知, 顶推紧固螺栓的结构螺纹受力均匀, 承载能力强。用手动力矩扳手控制紧定制螺钉的拧紧力矩, 能很准确地控制螺栓的预紧力, 其精度可达90%~95%, 比任何紧固方法的精度都高。

3. 综合比较

综合分析比较可以看出:在大型螺栓紧固上, 传统紧固法应该淘汰;液压板手只解决了节省人力的问题;顶推紧固法用手动扭矩扳手紧固或拆卸螺栓, 拧紧顶推螺钉时需要一定的人力, 但操作比较安全省力。与顶推紧固法相比较, 加热紧固法需要专用工具测量螺栓的伸长量, 加热时浪费时间, 消耗电能并影响环境;液压拉伸法螺栓结构复杂, 加工和工具费用高。而顶推紧固螺栓的制造周期短, 加工成本低, 原螺栓结构改造容易, 只需在原螺母上加工顶推螺钉孔, 装上顶推螺钉即可, 更换螺栓占用设备修理时间很少, 经济效益非常可观。

为进一步说明各种紧固大型螺栓方法的优缺点, 对其加以比较, 如表1所示。

三、新方法在汽轮发电机组中的运用

1. 在高速动平衡摆架轴承座上的应用

真空动平衡用轴承座上的M48螺栓。原来用12bf大锤进行紧固, 不仅劳动强度非常大, 而且很容易造成人身和设备安全事故。

用顶推螺钉紧固M48螺栓, 只需要一个人用内六方扳手就能轻松地完成螺栓的紧固工作, 不会出现任何人身和设备事故。

经过多年的使用, 应用效果很好, 大大地减轻工人的劳动强度。连接螺栓经受了各种转子动平衡超速试验的考验, 重达70t的300MW汽轮机低压转子, 转速达到3 600r/min运行, 轴承座振幅高达180μm, 新结构紧固的螺栓未发现任何松动。

2. 在机组轴系联轴器上的应用

以往汽轮发电机组联轴器的螺栓连接靠紧密装配间隙紧固, 即铰孔直径接近螺栓的直径。这种螺栓连接的安装和拆卸耗时费力。由于间隙非常小 (0.02mm) , 需要小心放入, 在联接孔内螺栓极易卡住和研伤。近年来有许多新的连接结构应用于汽轮发电机组的联轴器中, 如英国的Pilgrim径向紧固螺栓、法国ALSTOM公司的膨胀管式联轴器和美国裕博国际公司的膨胀型定位顶推联轴器螺栓等, 它们的结构和安装方法各不相同, 但其定位原理基本相同, 都是使内锥形膨胀套向外扩张紧贴于连接孔内壁产生无间隙配合, 如图4所示。它使联轴器的传递力矩大大提高, 不会产生在极限负载条件下联轴器相对位移和滑动, 但缺点是会造成机组振动和螺栓卡死难以拆下等问题, 特别是300MW以上的特大型机组。新紧固法的应用不但可以避免产生上述问题并且连接螺栓可多次重复使用不易损坏, 联轴器的对中重复定位精度高, 大大减少由于连接问题造成的机组振动问题。

3. 在电站汽轮机部套上的应用

顶推紧固方法在电站汽轮机上许多部套上都可以使用, 如锅炉给水泵、循环水泵;汽轮机截止阀、控制阀;汽轮机入口法兰、高中压汽缸等。图5是汽轮机顶部阀门的安装情况。

大型螺栓顶推紧固方法是目前国际上比较先进的创新技术。它与热电偶紧固螺栓方法相比可以节约大量电能。它与液压拉伸紧固螺栓方法比较可以节省液压专用工具成本。安装操作比起传统力矩紧固法省力, 特别适合老机组的改造。这种新的大型螺栓紧固方法在国外正在大力推广, 国内各行业还很少见到, 但已有国外专业公司向国内推广。

参考文献

铝合金车轮螺栓的紧固试验 篇3

现在介绍一种整车试验中车轮试验方法以及车轮设计、生产时的注意事项, 以供参考。

车轮螺栓紧固试验

车轮螺栓紧固试验是乘用车整车试验的一部分, 主要是检测车辆在满载、急速转弯行驶过程中车轮紧固螺栓是否会松动, 这是检测整车行驶安全的重要试验。在欧洲主要汽车厂家应用成熟。

1.试验方法

试验车辆以最大载荷沿规定路线以尽可能快的速度行驶一定里程, 以此检验车轮和螺栓的紧固情况。

2.试验流程

将汽车装到最大载荷→更换车轮→预拧紧车轮螺栓 (80N·m) →拧紧车轮螺栓 (120N·m) →按规定路线行驶规定里程 (13km) →车轮冷却 (达到环境温度≤30℃) →检测车轮螺栓滑移力矩。

3.试验判定

当检测车轮螺栓滑移力矩≥80N·m时, 判定试验合格;当检测车轮螺栓滑移力矩<80N·m时, 判定试验失败。

注意:试验中使用的螺栓必须是经过检验合格的、同批次生产的螺栓。

影响车轮螺栓紧固试验的因素

1.螺栓孔尺寸

图1所示的三个尺寸和一个形位公差是与车轮紧固螺栓相配合的尺寸、公差要求, 在车轮加工时必须满足。图中的三个尺寸是金属切削刀具一次加工完成, 比较容易保证;而螺栓孔的位置度f0.25m m, 由于金属切削误差以及工作人员、加工平台的清洁程度都会造成该值出现超差的情况, 因此在实际生产中必须严格控制, 以保证车轮的正确安装并满足螺栓紧固试验的要求。

2.螺母座接触面积

车轮螺母座的接触面积设计要求是:使用与螺栓孔尺寸相同的f 25.6m m检测球进行检测, 要求显示圆周方向、宽度最小2m m的接触环, 同时保证检测球与螺栓孔啮合面之间的接触面积≥2/3螺母座面积。这样规定主要是保证车轮安装时, 车轮与紧固螺栓之间接触良好。

3.球窝表面粗糙度

车轮上与螺栓接触部位的表面粗糙度要求Ra1.6mm以上, 以保证车轮与螺栓接触充分接触。

4.螺母座表面无异物

车轮螺母座表面异物主要是车轮喷涂过程中飞溅的油漆。根据车轮的设计要求, 螺母座啮合表面应清洁无漆。但在实际车轮生产中, 当螺栓孔防护不好时经常在螺母座表面形成一薄层漆雾, 这层漆雾严重影响车轮与螺栓的紧固, 造成试验的失败。因此, 在实际生产中要严格控制螺母座表面漆雾的产生。

5.螺母座周围的材料性能

目前, 我国铝合金车轮使用的材料均为A356 (欧洲也叫AlSi7Mg) , 这种材料一般采用T6的热处理方式 (固熔+淬火+人工时效) 能够满足车轮螺母座材料性能的要求。但由于车轮造型各异、生产厂家模具设计不同和压铸车轮工艺上的差异等原因, 会造成部分车轮螺母座周围性能无法满足试验要求的情况发生。根据实际车轮螺母座性能检测情况与螺栓紧固试验的统计结果比较后发现:当车轮螺栓孔周围材料屈服强度≥185MPa、硬度≥85HB时, 车轮螺栓紧固试验就能够合格。

采取措施

(1) 严格按照图样要求, 加强螺栓孔尺寸控制。在车轮金属切削加工中, 加大螺栓孔尺寸检查频次。除金属切削操作手使用螺栓孔位置度规检查螺栓孔位置度外 (每件必检) , 在每班次的首、中、末由专门的质检人员对车轮螺栓孔尺寸、表面粗糙度、螺母座接触面积等项进行检查。发现不合格品, 马上查找原因及时解决。

(2) 改进螺栓孔防护, 防止异物进入、附着到螺母座表面 (见图2) 。

通过改进, 杜绝了喷涂过程中漆雾进入螺母座表面, 有效解决了由于螺母座表面漆膜造成的车轮螺栓紧固试验的失效。

(3) 改进模具设计, 加强螺栓孔部位的冷却, 改善螺栓孔周围材料性能 (见图3) 。

通过对模具结构的改进, 使车轮螺栓孔周围的材料屈服强度达到了190~210MPa、硬度达到了85~95HB, 完全满足了车轮螺栓紧固试验对材料性能的要求。

高温紧固螺栓 篇4

青钢1#80t转炉投产后已连续运行多年，转炉在生产时倾动装置(图1)产生振动，转炉倾动时，一次减速机与二次减速机机壳间的连接螺栓，二次减速机机壳大结合面的螺栓经常出现松动，导致减速机漏油，每周有一桶的泄漏量。更严重的是螺栓松动加剧了减速机轴承磨损、齿轮损坏，设备维护人员不得不花费大量精力对螺栓进行定期人工紧固。传统紧固方法工人劳动强度大且效果不理想，为防止倾动装置因螺栓松动而出现故障，需要定期点检和维护。2012年在1#80t转炉换烟道大修期间，对转炉倾动一、二次减速机结合面采用新型紧固优化技术，取得良好效果。

二、紧固优化技术原理

1. 传统紧固方法弊端与紧固优化技术优势

大锤敲击、人工扳扛、液压扳手等传统紧固方法完全由人的感觉判断，虽然能紧住螺栓，但螺栓究竟有多大的预紧力并不知道，因此各螺栓承受的预紧力不均匀，结合面获得的载荷也不均匀，密封性能大大下降。传统紧固方法通常都需要一个牢固的反作用力支点和防跟转扳手，由于螺杆在紧固过程中承受了扭力，扭转力引起的转动可能导致螺杆损坏，加之在扭转过程中，反作用力臂造成的偏载会损伤螺牙，使螺栓的整体性能下降。相反，紧固优化技术的实施，不但使传统紧固方法的弊端完全避免，而且实现了连接法兰平行闭合和螺栓载荷的精确预知。采用紧固优化技术实现连接法兰的平行闭合可避免密封垫圈因为螺栓紧固力量不均，而导致的不规则变形使密封性能大大提高，从而防止减速机、动力管网等泄漏的发生。

2. 紧固优化技术的核心

(1)拉伸达载荷技术(Stretch-To-Load)。人工用扳手紧固螺栓不知道螺栓的预紧力，而传统的机械或液压扭力扳手虽然也能表现出螺栓的预紧力，但紧固过程中需要防跟转扳手和反作用力力臂，紧固过程中存在偏载，螺栓螺母根部螺牙极易变形，紧固的预紧力误差较大，紧固优化技术采用特制的拉伸垫圈(图2)，即拉伸达载荷技术，可实现螺栓预紧力的精确预知。采用紧固优化技术紧固螺栓，操作过程中不需要反作用力臂和防跟转扳手，垫圈内部带有紧配的螺牙环与螺栓螺纹相连接，安装在普通螺母下面，其材料与普通螺母的材料一致。

在进行螺栓的紧固时，紧固专用一体式驱动器(图3)套在垫圈及螺母外面，驱动器握住拉伸垫圈的同时转动螺母，而垫圈既与法兰面接触，又能握住螺栓使其不能旋转，一体式驱动器将反作用力支点包含在内，可避免偏载造成的扭矩损失。在螺母上喷上MoS2润滑剂，螺母和垫圈之间的摩擦力得到控制，进一步转动螺母时，螺栓就能轴向拉伸，同时垫圈内部的螺牙随之沿轴向上移，从而扭矩能精确地转为拉伸力，如同双并螺母形成防松效果。在已知被紧固螺栓的性能等级后，通过一体式驱动器液压驱动系统的压力匹配计算，可以精确地达到预设的紧力。

(2)同步紧固技术(Simultroc Technolagy)。所谓同步紧固技术就是使法兰上所有的螺栓同时获得等值的载荷，如紧固优化技术中的四同步系统即为将连接在一台液压泵站上的四部或多部驱动工具均匀对称的安放在法兰上，由泵站输出相同的压力到工具上，工具会以相同的预紧力同时紧固法兰(图4)。这样法兰上的每一个螺栓都会在相同的载荷下，取得相同的拉伸长度，最终确保配对法兰的结合面尽量平行，不翘边、不伤密封垫，中间的密封垫圈圆周上获得相同的压缩量，这样密封垫更加均匀，实现法兰的平行闭合，最终达到优良的密封性能，不致发生介质的泄漏。

三、80t转炉倾动装置紧固优化技术的实施

1. 螺栓、螺母及拉伸垫圈的选取

80t转炉倾动装置一次减速机小箱与二次减速机机壳间法兰连接螺栓，原来为单头螺栓M30×120mm (GB 5782—1986) , 每个小箱15个;二次减速机机壳大结合面连接螺栓为双头螺栓M36×240mm (GB901—1988) , 数量为38个, M56×530mm (GB 901—1988) , 数量4个。要想实施紧固优化技术, 必须重新选取螺栓和螺母。

首先根据两处紧固法兰结合面螺栓的结构选取合适的拉伸垫圈，一、二次减速结合面法兰处选取SD-M30-3.5型垫圈，每个小箱15个，总共60个，垫圈高度为22.6mm;二次减速大结合面处选取SD-M36-4型垫圈38个，垫圈高度25.5mm, SD-M56-5.5型垫圈4个，垫圈高度30.7mm。然后根据所选拉伸垫圈确定配套螺母。SD-M30-3.5配套螺母为M30×3.5mm，高度为25.6mm，数量60个，GB 6170—1986;SD-M36-4配套螺母为M36×4mm，高度31mm，数量76个，GB 6170—1986;SD-M56-5.5配套螺母为M56×5.5mm，高度45mm，数量8个，GB 6170—1986。

最后，根据垫圈和螺母的高度及紧固部位的结构尺寸选定螺栓的规格和长度及性能等级。一、二次减速连接法兰原先用的为单头螺栓，即通过单头螺栓把一次减速法兰连接在二次减速机机壳上，要想在此处实施紧固优化技术必须改用双头螺栓。经计算，选用M30×3.5mm×180mm的双头螺栓60件(GB 901—1988)。

二次减速大结合面原先用的就是双头螺栓，因此只要把长度定下来即可，经过计算，两种螺栓选为M36×4mm×240mm38件(GB 901—1988)和M56×5.5mm×530mm 4件(GB 901—1988)。至于性能等级，由于二次减速大结合面受力大、振动剧烈，应选用高强度螺栓螺母，两种均选用10.9级。一次减速法兰螺栓直接拧在二次减速机壳上，为了在紧固过程中防止机壳上的螺纹被拉伤，故此处选M30的螺栓螺母，选用8.8级。

2. 螺栓预紧力的确定

紧固螺栓所需的预紧力安装紧固惯例，一般按照螺栓屈服强度的80%确定，80t转炉倾动需紧固的3种螺栓M56×5.5mm×530mm (10.9级)、M36×4mm×240mm (10.9级)、M30×3.5mm×180mm (8.8级)屈服强度分别为900MPa、900MPa和640MPa，因此3种螺栓最终达到的预紧力分别为720MPa、720MPa和512MPa。

知道了螺栓的预紧力，通过预紧力、紧固扭矩和泵站压力的转换计算，可精确确定液压扭矩拉伸机的操作压力。计算后相关螺栓螺母汇总结果见表1。

3. 实施方案及操作步骤

将转炉二次减速机打开，由维修人员将结合面清理干净，专业工程师检查密封面情况。转炉二次减速机密封面及一次减速机与二次减速机相连密封面检查并清理完毕后，维修人员负责将密封面合拢，安装螺栓。

在设备螺栓都安装到位之后，根据专用计算软件计算的预紧力紧固设备上所有螺栓。对所有螺母的接触平面及内螺纹，用TS-801润滑。

在位置1～4(参照图4)安装4颗旧螺栓，用液压扳手带反力臂形式拧紧，将法兰面对中拉紧，消除结合面间隙。将新螺栓及拉伸垫圈安装在其余螺栓上，用手预拧紧拉伸垫圈及螺母。在与1～4位置相邻的4个螺栓处放置液压扭矩拉伸机，以同步方式对4个螺栓进行锁紧，设定扭矩输出为60%。

拆除所安装的旧螺栓并安装上经过润滑的新螺栓及拉伸垫圈，并用60%扭矩紧固位置1处的螺栓。用60%的扭矩依次紧固剩余螺栓，采用向两侧同步扩散的方法来紧固剩余的螺栓。再用110%的扭矩依次紧固所有位置的螺栓。最后用100%的扭矩，顺时针检查所有螺栓，确定所有螺栓无法转动为止。施工过程中使用的部分工具见图5。

四、效果

青钢1#80t转炉倾动装置采用螺栓紧固优化技术进行处理后，设备经过近5个多月的运行效果良好。设备漏油得到根本解决，以前基本每周需补充220#齿轮油一桶，按每桶3600元计算，一年可节省油品费用18.72万元。

高温紧固螺栓 篇5

当材料或结构受到外力或内力作用时, 由于其微观结构的不均匀, 以及内部缺陷的存在, 会以弹性波的形式释放出应变能, 这种现象称为声发射 (AcousticEmission, 简称AE) , 通过对结构内部发出的应力波进行实时监测和分析就可以判断物体内部损伤程度或缺陷发展的情况[1]。从声发射源到传感器接收位置的传播过程中, 声发射信号必然会受到材料本身和构件不同界面特征的影响, 从而会产生不同程度的衰减。

应用声发射技术对设备进行无损检测时, 主要有两个方面的影响因素, 一个是背景噪声的干扰;另一个是波传播过程中发生衰减、反射、模式转换等使接收到的信号与声发射源信号存在差异。在很多应用场所中, 由于结构及运行等原因, 不能直接在声发射源产生的部件上采集信号, 而是通过不连续的界面传输后在不同的部件上采集得到, 因此在进行无损检测过程中, 分析研究不同界面对声发射信号的衰减情况是具有重要意义的[2]。

在很多应用场所中, 声发射信号通过螺栓紧固联接平面界面传播是最常见的一种。本文初步分析研究了通过螺栓紧固联接平面界面间因不同的压力接合面间的介质和表面粗糙度等因素对信号传输特性的影响情况并分析了各因素影响的重要性。

1声发射信号衰减的原因分析

衰减指的是波的幅值或者能量在传播中下降的现象。引发声发射波衰减的三个主要机制为:波的几何扩展衰减、材料吸收衰减和散射衰减[3]。

几何扩展衰减:由于声发射波从波源向各个方向扩展, 从而随传播距离的增加, 波阵面的面积逐渐扩大使单位面积上的能量逐渐减少, 造成波的幅值和能量下降。扩展衰减与传播介质的性质无关, 主要取决于介质的几何形状 (或波阵面) , 它主要控制着近场区的衰减。

材料吸收衰减:波在介质中传播时, 由于质点间的内摩擦 (黏弹性) 和热传导等因素, 部分波的机械能转换成热量或者其他能量, 使波的幅值和能量下降。其衰减率取决于材料的黏弹性等性质, 并与波的频率有关, 近似与频率成正比。这种能量损失机制主要控制着远场区的衰减。

散射衰减:波在传播过程中, 遇到不均匀声阻抗界面时, 发生波的不规则反射 (称为散射) , 使波源在传播方向上的能量减少。

在实际结构中, 波的衰减机制很复杂, 不仅会有以上三种主要衰减机制的成分, 还会有其他因素的可能。比如, 在一些构件中, 不同频率成分的波以不同的速度传播, 引起波形的分离或扩散, 从而使波的幅值下降;波不在同一介质中传播时, 相邻介质对波的“泄漏”也会造成波的幅值和能量的下降等。所以在实际结构中的声发射信号的衰减情况难以甚至不能由理论计算得到, 只能通过试验获得, 并作为正式检测前衰减情况的参考。

2断铅声发射传播试验

2.1试验仪器

试验采用成都动科信号采集卡 (共有四个通道, 本试验采样率设定为1MHz) 、声发射传感器 (SR 150M, 谐振频率为150kHz) 、声发射前置放大器 (40dB) , 信号线, 扭力扳手, 六角螺栓M 12 (用于联接两铁块, 通过拧紧螺栓来提供板间压力) 等。其信号采集过程如图1所示。

2.2 试验步骤

试验主要是研究分析两构件接合面间在不同的压力、界面介质和表面粗糙度等情况下对信号传输特性影响情况。试验步骤如下:

(1) 试件:如图2所示, 试件材料为45#钢, 且均匀良好, 尺寸大小为270×80×15 (mm3) , 有2个直径为13 mm的孔, 用2个六角螺栓M12来联接两个铁块。试验共有六块铁块, 两块为一组, 加工方式分别为粗铣、精铣和磨, 分成3组来做试验。

(2) 布置传感器。如图1在两个构件表面安放传感器, 试验过程中传感器用磁性夹具固定, 耦合剂为凡士林。

(3) 在其中一个表面断铅并记录数据。选择两个常用的AE参数:能量和最大幅值描述信号的衰减情况。对于离散信号, 信号的能量定义为:

$E={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}\left|v(i)\right|}{}^2$。

ν (i) 为AE信号第i个数据点的幅值。

在声发射检测标准中, 用断铅信号可以模拟裂纹的声发射信号, 试验中测试信号由0.5 mm的HB铅芯与试件表面成一定角度断裂产生, 在同个位置重复断铅30次取其平均值以减小误差。信号经过小波去噪处理后分别记录所接收到的每次断铅所发出的声发射信号的幅值和能量。

3 试验数据分析及结果

通过所记录的声发射信号幅值和能量, 以传感器1作为参考, 计算出传感器2与传感器1的幅值和能量的比值, 从而可以得到信号经过接合面传播后的衰减值。由于要考虑的接合面间的因素很多, 因此采用正交试验法[4], 设计了9组试验。试验指标:分析各因素与水平影响的重要性。选取的试验因素与水平如表1所示。

通过计算分析, 把试验结果记录到正交试验表格中, 其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为对应各列中水平1、2、3的衰减值的和, 按照正交表各列计算得到的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ数值的差异, 反映了各列所排因素取了不同水平对指标的影响。把每一列的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的最大值和最小值之差计算出来, 我们把这个差值叫做极差, 记作R, 极差的大小反映了该列所排因素选取的水平变动, 对指标影响的大小。最后得到了经过接合面衰减测试结果如表2所示。

4 试验结论

从经过接合面衰减测试结果可以分析出各因素与水平对指标的影响情况。通过直观分析, 从试验衰减结果列中发现幅值和能量衰减最大的组合是:A1 B3 C1 。通过计算分析, 从表中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ值分别可以知道水平A1 、B1 、C1 的值是最大的, 得出幅值和能量衰减最大的组合是:A1 B1 C1 。综合以上分析:A1 B1 C1 是衰减最大的组合。另外从极差R值大小比较分析可知:R (C) >R (A) >R (B) , 即各因素对传播的影响主次顺序为:接合面间介质影响最大, 表面粗糙度影响次之, 接合面间压力影响最小。

这些结论是针对该次试验的, 由于试验中的对象材料状况较良好, 因而一些具体的数值在另外的材料或者结构中可能会有所差别, 以上结论仅作为进行声发射检测时的一个参考。

5 结语

在本试验中螺栓紧固接合面因表面粗糙度、接合面间介质、紧固力等不同对声发射信号幅值或者能量的衰减也是不同的, 所以在实际进行测量的时候要具体考虑各种界面特征的综合影响, 根据声发射信号的具体衰减情况以确定进行声发射检测, 从而正确地进行声发射检测。

摘要：在声发射的实际应用中, 采集的声发射信号很多都是经过不同界面传输的, 其传播特性也受到不同程度的影响, 其中通过螺栓紧固联接平面界面传播是最常见的一种。分析了引起声发射信号衰减的各种原因, 采用成都动科信号采集卡及其相应的分析系统, 模拟设计几组螺栓紧固联接平面试件来进行声发射信号传播特性研究。初步分析研究了在表面粗糙度、压力、接合面介质等不同条件下声发射信号通过螺栓紧固联接平面界面传播后的衰减情况, 为声发射检测复杂结构设备具有重大参考意义。

关键词：声发射,界面,衰减,传播特性,联接平面

参考文献

[1]孙立瑛, 李一博.充液管道中声发射波的传播及衰减特性研究.压电与声光, 2008; (8) :401—402

[2]Gang Q.Attenuation of acoustic emission body waves in acrylic bone cement and synthetic bone using wavelet time-scale analysis.Journal of Biomedicine Material Research, 2000;52 (1) :148—156

[3]张虹, 靳世久.不同管道特征对声发射信号幅度的衰减影响.管道技术与设备, 2007; (3) :13—14

高温紧固螺栓 篇6

汽轮机汽缸中分面所有的螺栓在紧固时都要进行预紧，即给螺栓一个定量的弹性应变，以确保机组在高温运行时和汽缸膨胀一致，避免中分面漏汽。螺栓在高温运行时会产生应变松驰，由于结构原因及实践结果表明，一般集中在第一或第二道螺纹上，因安装或设计不当造成拉应力不沿轴向分布时某一部位的应力集中更为严重。如果运行时有温度梯度，迭变应变集中在一端，同时当汽轮机作为调峰机组时，需要经常启动和停机，螺栓处于经常性的冷态和热态的变化中，就更加容易引起螺栓的断裂。因此在设计上要求螺栓材料必须具有高的蠕变强度和抗松弛性能，以及5%以上的长时断裂塑性和低的缺口敏感性。本文介绍的是对于经常处于交变应力影响下调峰机组汽轮机高压缸中分面螺栓的材料选用、结构型式和紧固方法，通过工艺材料技术避免螺纹断裂和机械失效。

2 材料选用

汽轮机高压缸中分面螺栓，因其所处位置的关系，在材料的选用上一般原则为：对于蒸汽参数为540℃的汽轮机螺栓，广泛采用强化的ωc1=12%的型热强钢和CrMoVTi(Nb)B低合金贝氏体钢。前者具有优异的淬透性和高的持久塑性，制造工艺稳定;后者具有更高的持久强度和抗松驰性能，缺口敏感性也较小，使用温度可达570℃，但淬透性稍低。而对于蒸汽参数高的超临界、超超临界和燃气轮机的螺栓选用镍基合金GH4145和钴镍基合金等具有很高热强性的高温合金材料，此类材料最高可用至650℃～700℃，根据机组的运行条件也有用于540℃的，可使汽缸法兰螺栓结构设计更为紧凑。随着科学技术的不断进步，越来越多的高温合金材料应用于不同形式的机组中。

3 失效分析

3.1 断裂情况

中分面螺栓的失效一般情况是松弛和断裂。松弛通常是螺栓在装配中预紧不够，或理论计算和工程实际偏差导致工艺参数不准确。断裂则通常是由综合因素造成的，但是通过对其断裂方式的分析可以查找出主要诱因。如图1、图2、图3都是某型蒸汽-燃气轮机联合循环机组高中压缸中分面螺栓出现的螺栓断裂的情况，图1中的情况是从螺纹位置有明显可见的裂纹;图2、图3是对不同的断裂螺栓采用机械力折断后的情况，材料均为高温合金材料GH4169，安装在联合循环燃气轮机机组的高中压缸中分面的高中压进汽口两侧。

3.2 断裂分析

联合循环机组作为调峰机组，运行情况经常是白天启动发电，晚上停机休息。在启运过程中，这些螺栓承受着最大的压差变化，经受着反复的拉伸膨胀和冷却收缩过程。这些螺栓在运行不长时间内即出现了断裂，是一种不正常现象。在对螺栓的进一步检查中发现，中部断裂的螺栓内孔表面有明显的烧灼痕迹。再结合螺栓加热过程中发生的现象，可以确定中间断裂的螺栓断裂的主要诱因就是内孔表面的烧灼造成的。其它螺纹处断裂的螺栓则是由于承担了过载荷而产生的断裂。

4 预防措施

4.1 工艺过程保证装配质量

预防螺栓断裂的措施，除了从设计结构、材料选用方面严格把关外，在螺栓的安装方面也不可小视，尤其对高温合金螺栓在加热时要特别注意。螺栓安装的过程分三个阶段，第一阶段是冷紧阶段，第二阶段是热紧或拉伸阶段，第三阶段是检查伸长量阶段。第一阶段根据设计的要求达到紧固状态，一般采用力矩扳手来保证力矩要求。第二阶段是通过加热或冷法拉伸螺栓，使螺栓达到设计要求的伸长量值。第三阶段对螺栓的伸长量值进行检查和修正，对超出伸长量的螺栓通过冷却或减少拉力缩短到设计要求，对达不到伸长量的螺栓重新加热或拉伸使其达到伸长量数值。三个阶段中哪个阶段都不能忽视，否则会出现螺栓紧力不均，各螺栓受力分布没有按照设计要求排列的情况，运行时部分螺栓受力超出其负荷要求而提前断裂。

4.2 使螺栓伸长的方法

(1)采用加热方式使螺栓伸长的方法。在螺栓的加热方法上，通常使用的石英管加热器，由于其价格便宜，启动速度快，辐射率高而被广泛应用。但是也存在过电压、过电流时被烧毁的缺点。烧毁的同时在被加热的螺栓内孔表面留下灼伤。此灼伤对于高温合金螺栓往往是致命的，会大大缩短该螺栓的抗疲劳强度进而影响使用寿命。现有一种电感应式加热螺栓的方法，则会完全避免此种现象的发生。电感应加热是利用交流磁场来产生热量，通过金属部件中的分子的高频运动来产生热量，磁场直接作用在螺栓上，螺栓受热后伸长，而磁感应棒本身却不产生热量。图4是美国Mannings公司生产的专门用于螺栓加热的电感应加热装置，具有加热快，效率高，安全可靠的特点。其基本原理是通过高频电流产生电流涡流使螺栓发热线性膨胀伸长达到预期效果。使用上述设备一根螺栓从加热到达到要求只需几分钟的时间即可完成。

螺栓加热过程中，铜制管状感应棒中心通有循环水，温度不会超过100℃，因此避免了螺纹内孔出现灼伤的现象。

(2)通过拉伸使螺栓伸长的方法。要保证螺栓安装时的伸长量，并不是仅靠加热这一种方法来实现。根据螺栓的结构特点，利用液压技术直接在螺栓轴向拉伸达到伸长量的方法也可以达到设计要求。使用此方法拧紧的螺栓可消除工件间的扭转载荷，用螺栓拉伸力将两个法兰紧密地连接在一起，具有很高的精度，大大提高了螺栓连接质量和安全性能，实现了真正的同步拉伸。其拉伸的原理图如图5所示。

螺栓安装在各自工作位置后，将螺母、支撑套、螺栓拉伸器先后安装到一侧的螺纹上，然后向螺栓拉伸器内部打入高压油，利用压力将螺栓拉伸到需要的伸长量，将螺母通过支撑套侧部孔旋到所需位置，即完成了一个螺栓的拧紧工作。整个过程因为在常温下进行的，因此可以及时精确测量螺栓的伸长量，一次拧紧过程即可达到设计要求值。而通过加热使螺栓伸长的方法通常影响测量精度。

5 结语

高温紧固螺栓 篇7

关键词：法兰,温变,扭力拉伸,螺栓紧固

某石化公司0.8Mt/a丙烷脱沥青装置采用了先进的导热油炉加热方式为装置提供热源。工艺介质和被加热的导热油热载体换热, 获取热量后进行生产。沥青闪蒸罐进料加热器E107/AB是U型管换热器。由于温度和压力的波动, E107/AB管箱法兰频繁出现渗漏, 经多次紧固不能解决泄漏问题。不仅容易造成人员烫伤, 还可能引起火灾等事故, 严重影响装置的安全、平稳、长周期运行。

一、换热器工况及管箱法兰泄漏分析

沥青闪蒸罐进料加热器实际操作中温变情况出现较多。其换热器的相关参数明细见表1。

管箱法兰通过螺栓的预紧力, 使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力, 垫片表面产生的变形足以填补法兰密封面的微观不平, 达到密封的目的。校核法兰的强度, 测量平直度、粗糙度等均符合要求。校核波齿复合垫的强度和回弹性也符合要求。螺栓螺母的材质、强度、刚度、回弹性符合要求。但现场观察发现法兰泄漏处的部分螺母有松动迹象, 说明预紧力不均匀。

螺栓在螺孔中, 其温度变化会滞后于法兰。在加热的时候螺栓不会像法兰面一样膨胀的那么快, 法兰面将在短期内发生载荷增大, 这有可能导致螺栓屈服。在冷却阶段螺栓冷却滞后于法兰, 会引起短期内载荷丢失。螺栓的预紧力在实际工况中随着温度压力变化而处于动态变化的, 适度均匀的预紧力, 是防止泄漏发生的关键。为此, 装置在2009年停工检修时使用了扭力拉伸控制技术。

二、扭力拉伸控制技术的工作原理

扭力拉伸控制技术的核心部件是带螺纹的螺母垫圈 (图1) 和液压驱动套筒, 通过螺母垫圈和液压驱动套筒来实现扭矩和拉伸预紧力的转换。六角螺母垫圈顶部为环形平面, 底部的六角面上机械加工有径向发散沟槽, 下方的六角螺母体内是螺纹圈。转动螺母垫圈直到垫圈底部和法兰表面贴合, 将螺母拧到螺母垫圈上, 液压驱动头将套筒扣在螺栓螺母和垫圈上, 套筒握住垫圈下方六角体使其不转动, 同时转动螺栓螺母, 螺栓不转动, 进一步转动螺母时, 螺栓就能直接被拉伸。同时垫圈内部的螺纹牙随之沿轴向上移, 从而扭矩能转换为拉伸力。紧固完成后, 就如同双并螺母, 具有一定的防止松动效果。扭力拉伸技术工作原理如图2。液压扭力扳手是由工作头、液压泵以及高压油管组成。通过高压油管, 液压泵将动力传输到工作头, 驱动工作头旋转螺母的拧紧或松开。液压泵可以由电力或压缩空气驱动。液压扳手的工作头主要由三部分组成, 框架 (壳体) 、油缸和传动部件, 液压扭力扳手工作原理示意见图3。和扭矩液压扳手做对比, 液压扳手上的反作用力臂被一个驱动套筒所替代了, 螺栓不存在任何扭转, 轴向拉伸没有弯曲力。

三、紧固流程

(1) 通过工况调研了解每个应用的参数。

(2) 清洗前检查法兰、螺栓螺母及密封垫状况, 测量法兰尺寸, 检查密封垫压痕, 检查法兰外观。检查螺栓螺母精度及螺纹咬合情况。

(3) 清洗后, 检查法兰及密封垫接触外观;用激光平行仪检查密封垫接触平整度, 法兰上取8个点, 任何两个高度差不超过0.25mm。检查密封垫接触粗糙度。如不合格应更新或修复。

(4) 计算螺栓预紧力。

(5) 制定详细的紧固流程。

对所有螺母进行顺序编号标注。第一遍分三步进行螺栓预紧, 第一步按30%目标扭矩依照序号进行“十”字对角全部螺母紧固。第二步按70%目标扭矩紧固。第三步按100%目标扭矩紧固。第二遍按照100%目标扭矩进行对角错位方式紧固, 第三遍进行顺时针方向100%目标扭矩紧固。

单部工具紧固耗时较长, 还可以用同步紧固技术对同一法兰上的多个螺栓同时进行紧固。可以选择四部机具同步紧固, 也可以选择50%或100%机具覆盖紧固, 100%工具覆盖可以消除人为误差, 螺栓紧固更加精确、安全。同步紧固保证法兰平行闭合, 确保密封垫均匀受力, 同时减少工具移动的次数, 节省检修时间。

(6) 螺栓预紧力检查。测量螺栓伸长量并确认螺栓载荷, 不合格时应重复紧固, 直至合格。结合规范对法兰对中进行检查, 检查紧固后的法兰间隙是否均匀, 检查紧固后法兰的平行度。

四、结语