螺栓轴力超声波测试系统的研发

（一）、为何要进行螺栓轴力研究

   高强度螺栓进行连接，由于受机件或装备螺栓质量和安装方面的影响，设备事故常有发生。其中，螺栓预紧力不足，造成螺栓松动，机件或装备运行振动过大，螺栓在长期服役下，剪切断裂，zui终造成重大事故的比例较大。究其原因，首先，是螺栓本身质量不过关，设计制造过程中出现问题；其次，就是在安装及维护过程中螺栓预紧力不足，运行过程中振动造成的。

　　在螺栓断裂失效的案例中，通过检查螺栓化学成分、力学性能、金相组织等，发现各项指标基本合格，这就排除了螺栓的质量问题。排除了安装现场特殊工况条件，螺栓失效的焦点就落在了安装施工和调试检修方面。

　　在安装过程中，如果螺栓预载荷超过了范围上限，螺栓会发生塑性变形，甚至被拉断；如果螺栓预载荷小于范围下限，两连接部件中间会产生缝隙，在运行过程中，特别是恶劣工况时，机件的应力比正常时增加约95%，造成螺栓发生脆性断裂。

　　螺栓的紧固程度，直接关系着机件或装备的使用寿命。针对螺栓现状，必须对已安装的螺栓进行轴力检测；且劳动强度大、预紧力测量的误差等原因，造成螺栓发生事故。

（二）、轴力检测的超声波测量法的基本原理

　　人们在理论上对声波与应力关系进行研究探索多年，进入21世纪，市场上已有了螺栓轴力超声波测试系统。

  根据声弹性理论，固体中的声速与应力有关，在材料屈服强度以内，材料的伸长量与施加的张力呈正比，应力与伸长量的比值是一个常数，等于弹性模量E。

  超声测量螺栓轴向应力，使用的是脉冲反射法。该法是将超声波探头用耦合剂放在螺栓的一端，探头首先产生一个声脉冲穿过螺栓的整个长度，在另一侧被反射回超声波探头，测量脉冲信号的传播时间。将螺栓规格参数事先输入一起，便可得出声脉冲传播时间、螺栓伸长量、载荷和轴向应力。  

  材料中声速随着施加压力的大小而变化，当螺栓施加张力载荷时，其声速会变慢。试验得出，施加载荷前后，螺栓因张力导致的超声测量伸长量大约是物理伸长量的三倍。

（三）、轴力检测的超声波测量法的优点

    近年由于超声波应力测量方法可直接测量，尤其是可以在役状态的螺栓进行定期跟踪检测，所以发展较快。具有以下特点：

①精度高；②测量简便；③误差极小。

螺栓轴力超声波测试系统将迎来越来越广泛的使用。

（四）、上海天乘实业有限公司研发TCH-800C螺栓轴力超声波测试系统

TCH-800C螺栓轴力超声波测试系统 ↑

简介：

螺栓预紧力、紧固轴力、轴向应力、可以采用超声波直接实时测量, 智能螺栓系统发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差，即声时差。

国内成功研制用于螺栓轴向紧固力测试的超声波测试仪和系统，*自主知识产权，该测试系统通过超声波横波、纵波声时与温度和螺栓轴力变形的关系曲线，实时测算出螺栓装配紧固轴力（夹紧力）、预紧力，

螺栓轴力超声波测试仪广泛应用于汽车、航空、航天、铁路、风力发电、核能等装配测试领域，已经成为螺栓紧固系统测试和制定螺栓装配工艺必要检测仪器，为螺栓产品研发和设计提供有力的保障，同时可以实时测试和监控紧固轴力变化。为螺栓紧固系统可靠安全运行提供保证。

螺栓轴向紧固应力超声波测量系统，它由可发射并接收超声纵、横波的磁性换能器，纵波声时测量部分，横波声时测量部分，温度测量部分，单片机系统、测试软件等组成。系统中存储了众多螺栓材料的纵、横波声时与应力、温度的关系，可测量出常温下各种已紧固的螺栓轴向应力或安装过程中的螺栓预紧力，并可根据需要自动换算出螺栓的负载力或应力引起的伸长量。本实用新型具有结构简单，携带方便，易于操作优点。

技术参数:

精度：±2%

螺栓测试范围：M5--∞（无穷大）

可测量值：时间/伸长量/载荷（预紧力、轴力）/应力/应变

频率范围：0~10MHz

适用范围：

•装配工艺标定：螺纹紧固件力矩和预紧力关系；

•重要位置螺栓预紧力的现场测量；

•多个螺栓预紧力的实时监测；

•温度：外接温度探头自动跟踪，或手动温度输入；

•显示类型 波形图象液晶显示；

•在批量装配中，100% 的螺栓旋紧监控。