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螺栓軸力超聲波測試系統(tǒng)的研發(fā)
（一）、為何要進(jìn)行螺栓軸力研究
高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，由于受機(jī)件或裝備螺栓質(zhì)量和安裝方面的影響，設(shè)備事故常有發(fā)生。其中，螺栓預(yù)緊力不足，造成螺栓松動，機(jī)件或裝備運(yùn)行振動過大，螺栓在長期服役下，剪切斷裂，zui終造成重大事故的比例較大。究其原因，首先，是螺栓本身質(zhì)量不過關(guān)，設(shè)計制造過程中出現(xiàn)問題；其次，就是在安裝及維護(hù)過程中螺栓預(yù)緊力不足，運(yùn)行過程中振動造成的。
在螺栓斷裂失效的案例中，通過檢查螺栓化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)基本合格，這就排除了螺栓的質(zhì)量問題。排除了安裝現(xiàn)場特殊工況條件，螺栓失效的焦點(diǎn)就落在了安裝施工和調(diào)試檢修方面。
在安裝過程中，如果螺栓預(yù)載荷超過了范圍上限，螺栓會發(fā)生塑性變形，甚至被拉斷；如果螺栓預(yù)載荷小于范圍下限，兩連接部件中間會產(chǎn)生縫隙，在運(yùn)行過程中，特別是惡劣工況時，機(jī)件的應(yīng)力比正常時增加約95%，造成螺栓發(fā)生脆性斷裂。
螺栓的緊固程度，直接關(guān)系著機(jī)件或裝備的使用壽命。針對螺栓現(xiàn)狀，必須對已安裝的螺栓進(jìn)行軸力檢測；且勞動強(qiáng)度大、預(yù)緊力測量的誤差等原因，造成螺栓發(fā)生事故。
（二）、軸力檢測的超聲波測量法的基本原理
人們在理論上對聲波與應(yīng)力關(guān)系進(jìn)行研究探索多年，進(jìn)入21世紀(jì)，市場上已有了螺栓軸力超聲波測試系統(tǒng)。
根據(jù)聲彈性理論，固體中的聲速與應(yīng)力有關(guān)，在材料屈服強(qiáng)度以內(nèi)，材料的伸長量與施加的張力呈正比，應(yīng)力與伸長量的比值是一個常數(shù)，等于彈性模量E。
超聲測量螺栓軸向應(yīng)力，使用的是脈沖反射法。該法是將超聲波探頭用耦合劑放在螺栓的一端，探頭首先產(chǎn)生一個聲脈沖穿過螺栓的整個長度，在另一側(cè)被反射回超聲波探頭，測量脈沖信號的傳播時間。將螺栓規(guī)格參數(shù)事先輸入一起，便可得出聲脈沖傳播時間、螺栓伸長量、載荷和軸向應(yīng)力。
材料中聲速隨著施加壓力的大小而變化，當(dāng)螺栓施加張力載荷時，其聲速會變慢。試驗(yàn)得出，施加載荷前后，螺栓因張力導(dǎo)致的超聲測量伸長量大約是物理伸長量的三倍。
（三）、軸力檢測的超聲波測量法的優(yōu)點(diǎn)
近年由于超聲波應(yīng)力測量方法可直接測量，尤其是可以在役狀態(tài)的螺栓進(jìn)行定期跟蹤檢測，所以發(fā)展較快。具有以下特點(diǎn)：
①精度高；②測量簡便；③誤差極小。
螺栓軸力超聲波測試系統(tǒng)將迎來越來越廣泛的使用。
（四）、上海天乘實(shí)業(yè)有限公司研發(fā)TCH-800C螺栓軸力超聲波測試系統(tǒng)
簡介：
螺栓預(yù)緊力、緊固軸力、軸向應(yīng)力、可以采用超聲波直接實(shí)時測量, 智能螺栓系統(tǒng)發(fā)射和接收超聲波脈沖電信號、測量并計算發(fā)射和回波電信號之間時間差，即聲時差。
國內(nèi)成功研制用于螺栓軸向緊固力測試的超聲波測試儀和系統(tǒng)，*自主知識產(chǎn)權(quán)，該測試系統(tǒng)通過超聲波橫波、縱波聲時與溫度和螺栓軸力變形的關(guān)系曲線，實(shí)時測算出螺栓裝配緊固軸力（夾緊力）、預(yù)緊力，
螺栓軸力超聲波測試儀廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、鐵路、風(fēng)力發(fā)電、核能等裝配測試領(lǐng)域，已經(jīng)成為螺栓緊固系統(tǒng)測試和制定螺栓裝配工藝必要檢測儀器，為螺栓產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計提供有力的保障，同時可以實(shí)時測試和監(jiān)控緊固軸力變化。為螺栓緊固系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行提供保證。
螺栓軸向緊固應(yīng)力超聲波測量系統(tǒng)，它由可發(fā)射并接收超聲縱、橫波的磁性換能器，縱波聲時測量部分，橫波聲時測量部分，溫度測量部分，單片機(jī)系統(tǒng)、測試軟件等組成。系統(tǒng)中存儲了眾多螺栓材料的縱、橫波聲時與應(yīng)力、溫度的關(guān)系，可測量出常溫下各種已緊固的螺栓軸向應(yīng)力或安裝過程中的螺栓預(yù)緊力，并可根據(jù)需要自動換算出螺栓的負(fù)載力或應(yīng)力引起的伸長量。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，易于操作優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)參數(shù):
精度：±2%
螺栓測試范圍：M5--∞（無窮大）
可測量值：時間/伸長量/載荷（預(yù)緊力、軸力）/應(yīng)力/應(yīng)變
頻率范圍：0~10MHz
適用范圍：
•裝配工藝標(biāo)定：螺紋緊固件力矩和預(yù)緊力關(guān)系；
•重要位置螺栓預(yù)緊力的現(xiàn)場測量；
•多個螺栓預(yù)緊力的實(shí)時監(jiān)測；
•溫度：外接溫度探頭自動跟蹤，或手動溫度輸入；
•顯示類型 波形圖象液晶顯示；
•在批量裝配中，100% 的螺栓旋緊監(jiān)控。