请教一个螺栓短暂松弛的问题

苍狼大地

我在做螺栓伸长量测试的过程中碰到一个短暂松弛的问题，百思不得其解，所以想请教各位有经验的大虾，@2266998 @zerowing
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背景：
产品在装配螺栓过程中采用Torque-To-Angle拧紧，确定拧紧角度的方法为先计算得到一个拧紧角度，然后测量螺栓伸长量确定计算得到的拧紧角度是否合适。具体操作为：先用计算得到的拧紧角度拧紧螺栓，测量此时螺栓长度。然后松脱螺栓，测量松脱状态的螺栓长度，拧紧状态长度-松脱状态长度即为螺栓伸长量，然后可以计算得到的实际夹紧力。测量工具为日本三丰测试仪，精度0.001mm。

试验过程：
1）在测试过程中，针对拧紧状态和松脱状态做了两组对比试验，第一组12枚螺栓，第二组15枚螺栓。为减小单次测试的误差，每一颗螺栓在拧紧状态和松弛状态测试20次，至少10次。
9 y; s5 n7 d! U5 [* c7 q2）拧紧状态：第一组拧紧15分钟后测量螺栓长度，然后放置3小时候再次测量；第二组拧紧16分钟后测量长度，放置2天后再次测量。
# H& C  V3 E% z2 \8 _3）松脱状态：第一组10分钟后测量，第二组松脱7分钟后测量，然后都放置3天后再次测量。
4）装配的产品相同，拧紧角度相同，润滑状态相同，采用高精度拧紧枪拧紧。
  c9 A; T' n  V) W1 W0 M5）采用意大利公司生产的螺栓，行业普遍采用。
+ H, u1 T% j1 `8 s0 }
* Y4 z+ Y( ^) A0 f结果：
0 H( F0 O" c/ m+ f1）在拧紧状态下，第一组和第二组的结果显示有比较显著的短暂松弛现象。在多次测量后，数值逐渐与Base Line接近。
1 e0 }- }+ r# }, j6 j2）在松脱状态下，松弛现象不如拧紧状态下显著。
& n1 Z, L3 Y5 e0 b
+ J8 J) `& i4 v8 Q- O; |问题：
1）松脱状态下，第一组和第二组螺栓呈现两个相反的松弛方向，第一组螺栓松弛后缩短了，第二组螺栓松弛后反而伸长了（不是其中一两颗如此，所有都是同一个规律，排除测量的随机因素）。
从机理上完全理解不了，不知道各位大虾有没有碰到过相关情况，或者提供一点理论方面的分析思路，非常感谢。

wo103838

你那图片里字好像打错了？

liuyong453

期待高手能给出合理的解释

2266998

松弛是个正常问题，以前谈螺栓的话题谈过许多次了，我就玩螺栓，玩实验机，
. z8 C; \7 W* z( i' }
3 G( a' l3 s# s  E! j为什么有些螺栓非常贵，就是因为松弛特性非常好，长期不松弛的，

这个跟材料的特性，特别是晶粒状态有关系，国内这些处理的不好，一般螺栓都没有这个特性，你解决这些，必须自己从炼钢开始自己玩，买的材料是不行的，

爱猫人士薛定谔

有个疑问，就是实验条件是否有大的干扰？特别是温度，
$ m/ o1 |3 z, s$ z! q6 F: U

苍狼大地

2266998 发表于 2015-9-28 09:57
松弛是个正常问题，以前谈螺栓的话题谈过许多次了，我就玩螺栓，玩实验机，
; B6 `+ @+ }( {
为什么有些螺栓非常贵，就是 ...

7 h$ z  a  v( X+ |- P( r是的，之前听您多次讲螺栓松弛问题，所以在做测试过程中特别注意这个松弛现象，通过这次测试还有读相关论文，对这个有了一点了解。感谢八爷。
我这次碰到的是由于装配引起的短期松弛，高速拧紧状态下材料没有足够时间流动和塑性变形，而在拧紧结束后进一步塑性变形。这个松弛现象影响到最终的伸长量和夹紧力大小，所以我想通过这次学习给出一个多长时间以后才开始测试的指导意见。
目前的使用中还没有出现因为应力松弛、高温蠕变引起的长期松弛失效，所以暂时还没有机会研究长期松弛。

苍狼大地

爱猫人士薛定谔 发表于 2015-9-28 11:48
1 e* u! P% T7 ~3 _" t* B% ?有个疑问，就是实验条件是否有大的干扰？特别是温度，

7 W' A# X1 H% y( }嗯。考虑了一下，有这个可能性。
, Q  ^4 z* I/ c3 S# Y5 o/ W第一组松脱状态是在下午两点测试，复测在三天后的上午十点。第二组在上午十点测试，复测在三天后的上午十点。
$ W4 c3 i& @2 ^7 F) |8 d7 i因为在同一个实验室测试，之前想当然认为温差很小。但计算后发现，5℃温差可能引起0.00132mm的变形差异，由于松弛前和松弛后之间的差值本身就很小，影响还是比较显著的。而温度引起的误差、装配引起的装配松弛和测量带来的误差叠加，所以误差进一步放大。
但还有个问题没有搞懂：从测量时间来看，第二组都是十点钟测量，假定温差很小，则第二组数据更加可靠。但第二组数据刚松脱时螺栓短，随着松弛时间变长，螺栓伸长。从直观上理解：螺栓在夹紧状态时伸长的，晶格间距拉大；在刚松脱时，螺栓晶格间距依旧有部分处于拉长状态，随着松弛进一步进行，晶格间距逐渐减小，螺栓长度缩短。测试数据和直观上的理解有出入，不知道应该怎么理解这个问题。
0 [# I1 H5 |/ @9 y非常感谢你提供的思路。谢谢。

良生

有点疑问：松弛前后，也就相差1个丝左右，大侠怎么测量，要知道螺栓头、尾端都是粗糙面，每次测量本身就不准。另外，横坐标是第几次测量值吗，有的十几有的又二十多，有的松弛前后数据点数量还不一致。

苍狼大地

良生 发表于 2015-9-28 12:46
( ]4 N1 A! l; J. z5 W& a( }有点疑问：松弛前后，也就相差1个丝左右，大侠怎么测量，要知道螺栓头、尾端都是粗糙面，每次测量本身就不准 ...

& G% ^% E5 E; a1 R( p4 m6 v# |在螺栓上加工锥形孔，差不多120°左右的孔，然后测试的仪器采用高精度千分尺测量，球头用于找位置（晚上回去后上图）。如果锥形孔加工质量够好的话，单次测量之间的误差可以控制在3μm以内（看上面松弛稳定以后的误差时很小的）。
是的，横坐标是第几次测量，第一组刚开始测量数据较多，因为发现数据波动比较大，所以联想到可能是八爷说的松弛现象，（当时还是有点小激动，呵呵），然后后面设计了第二组试验来验证想法。第二组试验，因为时间有限，所以只测试了十组数据。
9 V& L- y7 J. [- s8 C$ l谢谢参与。
0 z7 J/ U9 s/ x0 j' r( C7 [8 M

zerowing

感谢大侠抬爱惦记。说松弛，只敢作为学生讨论几句。
对松弛的认识和理解，目前还比较浅显，说说个人理解好了，对不对，大侠斟酌斧正。
松弛是一种广义的蠕变，根本上也是由金属内部分子结构的缺陷和键能导致的。
+ {6 ]. C5 w! b8 b+ B( j7 |个人理解，松弛，一种是基于缺陷的键错位，这种松弛是永久性的，要解决起来只能从冶炼锻制上控制基本晶粒问题。这个很难控制和预测。也许老米的大钢厂有内部理论吧。公开性的资料上还没找到有建设的资料。
另一种是暂时性的类弹性晶格拉伸问题。个人理解，这种松弛是暂时性的，但是最终回复情况不确定。可能当外力撤去之后，这种拉伸状态会回复，呈现松弛恢复，也可能出现亚稳状态，短时间保持一种晶格高势状态，并随着时效作用，既可能出现恢复，也可能进一步松弛。