一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓制造技术

一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，属于螺栓的设计、制造及维护技术领域。包括螺栓头、螺杆过渡区域、螺杆部、耐磨螺纹部、螺栓头的重熔层、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层。螺栓在易损坏区域存在含有一定量金属氮化物的激光重熔层，并且螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。优点在于，可以缓解应力集中，提高螺栓的强度；在提高了螺栓易损坏区域表面的硬度、耐磨性、抗疲劳能力和螺栓防松能力的同时，螺栓心部仍旧保持基体材料良好的韧塑性。

A kind of anti loose and anti fatigue bolt suitable for vibration environment

The utility model relates to an anti loose and anti fatigue bolt suitable for vibration environment, belonging to the technical field of bolt design, manufacture and maintenance. Including bolt head, screw transition area, screw part, wear-resistant thread part, bolt head remelting layer, bolt head and screw transition area remelting layer. There is a laser remelting layer containing a certain amount of metal nitride in the easily damaged area of the bolt, and the thread part obtained by machining the laser remelting layer has high hardness and good wear resistance. The utility model has the advantages that the stress concentration can be relieved and the strength of the bolt can be improved; while the hardness, wear resistance, fatigue resistance and bolt anti loose ability of the surface of the bolt easy to damage area are improved, the core of the bolt still maintains the good toughness and plasticity of the base material.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓
本技术属于螺栓的设计、制造及维护
，特别是涉及一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓。
技术介绍
螺栓是由螺栓头、螺杆部和螺纹部组成的紧固件，由于螺栓联接结构简单、便于安装和拆卸、成本低，被广泛应用于各类机械结构、建筑物中,是应用最多的紧固方式。但是处于振动环境中的螺栓联接结构一方面容易发生预紧力的下降,导致被联接件的松动,另一方面容易发生螺栓断裂,从而引起严重的安全事故。例如输电线路中的每一基铁塔几乎都有大量螺栓连接，风场中的铁塔时刻处于振动状态，尤其是强风区，铁塔的振动尤为严重。在振动环境下，松动是螺栓连接结构失效的主要形式之一。螺纹联接结构在振动环境下,螺纹接触面会发生幅值极小的相对运动,产生微动磨损,螺纹面的磨损使螺纹副配合程度降低，从而导致螺栓预紧力降低，进而造成螺纹联接结构的松动、咬死等问题的出现。一些研究表明，螺栓的防松能力随螺栓材料硬度的提高而提高。影响螺栓疲劳性能的薄弱部位是螺栓头和螺杆过渡区域、螺纹与螺杆过渡区域。由于截面的突然变化，在这些部位存在较高的应力集中，更容易发生疲劳断裂。为确保电力设备在振动环境下的长期稳定运行、降低其检修成本，需要开发出一种成本低、防松性能好、抗疲劳能力强的螺栓。激光处理技术具有能量密度高、冷却速度快、易于实现自动化等特点。利用激光重熔技术对材料表面材料进行快速熔凝，可以得到一定厚度的重熔层。该重熔层具有晶粒细小、组织均匀、无偏析等优点，从而显著地提高螺栓材料的强度、硬度和耐磨性能。此外，晶粒细化也是提高材料疲劳极限的有效手段之一。激光重熔处理不但可以提高螺牙的表面强度、硬度和耐磨性能，还可以提高螺栓的疲劳极限，从而改善螺栓的防松性能、提高螺栓的疲劳寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，有效解决工作在处于振动环境下服役的螺栓与其紧固螺母之间松动问题和螺栓断裂所带来的安全问题；增加螺栓的防松能力和抗疲劳能力，增加螺栓的服役时间。一种防松抗疲劳螺栓，为了改善螺栓的防松性能、提高螺栓的疲劳寿命。本技术包括螺栓头6(螺栓头6在与被连接件接触的面上具有激光重熔层)、螺杆过渡区域7(螺杆过渡区域7是螺栓头6与螺杆的过渡区域)、螺杆部8(未经激光重熔重熔处理)、耐磨螺纹部9(耐磨螺纹部9具有激光重熔层)、螺栓头的重熔层3、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4；螺栓在易损坏区域存在含有一定量金属氮化物的激光重熔层，并且螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。为了防止螺栓在振动环境下服役遭遇冲击载荷而产生过量塑性变形，而降低螺栓防松性，所述螺栓头的与被连接件接触的面上存在高硬度激光重熔层3；为了缓解应力集中，提高螺栓的强度，所述螺栓头和螺杆过渡区域存在较高硬度的激光重熔层4；为了提升螺牙抗塑性变形的能力，提高螺牙强度，抵抗螺纹面的磨损，从而提高螺栓抗松动能力，所述螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)为高硬度激光重熔层5机加工得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。所述螺栓头(与被连接件的接触面)的重熔层3和所述螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4无缝衔接。进一步地，该含有一定量金属氮化物的激光重熔层的硬度为螺栓基体材料硬度的1.5—1.7倍，其硬度大约为基体材料硬度的1.5倍。进一步地，在螺栓头与被连接件的接触面上的激光重熔层(图2中3区域)的厚度为螺牙高度的1.05—1.15倍，重熔层面积覆盖螺栓头与被连接件的接触面，其硬度大约为基体材料硬度的1.5倍。进一步地，在螺栓结构的螺栓头和螺杆过渡区域(应力集中区域)的激光重熔层(图2中4区域)的厚度为螺牙高度的1.05—1.15倍，重熔层长度为3-10mm，其硬度大约为基体材料硬度的1.5倍。进一步地，在螺栓的螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)的螺栓毛坯表面存在螺纹部的重熔层(图2中5区域)其厚度为螺牙高度的1.05—1.1倍，长度为螺纹段长度的1.15—1.25倍，其硬度大约为基体材料硬度的1.5倍。进一步地，对图2中5区域的重熔层进行机加工，得到具有较高硬度和良好的耐磨性的螺纹。本技术的优点在于：(1)本技术中所述螺栓具有硬度高和良好耐磨性能的螺牙，可以改善螺栓的防松性能；对螺栓头(与被连接件的接触面)进行激光重熔可以增加其强度，可以防止螺栓在振动环境下服役遭遇冲击载荷时产生过量塑性变形，进一步提高螺栓防松性；在螺栓的应力集中区域(螺栓头和螺杆过渡区域、螺纹与螺杆过渡区域)制备激光重熔层，可以缓解应力集中，提高螺栓的强度。(2)本技术中所述螺栓，仅在螺栓的易损坏区域及螺纹段制备出晶粒细化、杂质和气孔相对基体更少的激光重熔层，在提高了螺栓易损坏区域表面的硬度、耐磨性、抗疲劳能力和螺栓防松能力的同时，螺栓心部仍旧保持基体材料良好的韧塑性。附图说明图1为螺栓毛坯示意图。其中，加工为成品螺栓后螺杆部的长度1，加工为成品螺栓后螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)的长度2。图2为防松抗疲劳螺栓结构示意图。其中，螺栓头(与被连接件的接触面)的重熔层3，螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4，螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)的重熔层5。图3为防松抗疲劳螺栓结构示意图。其中，螺栓头6，螺杆过渡区域7，螺杆部8(未经激光重熔重熔处理)，耐磨螺纹部9(具有激光重熔层)。图4为重熔层断面硬度曲线。具体实施方式本技术包括螺栓头6(螺栓头6在与被连接件接触的面上具有激光重熔层)、螺杆过渡区域7(螺杆过渡区域7是螺栓头6与螺杆的过渡区域)、螺杆部8(未经激光重熔重熔处理)、耐磨螺纹部9(耐磨螺纹部9具有激光重熔层)、螺栓头的重熔层3、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4；螺栓在易损坏区域存在含有一定量金属氮化物的激光重熔层，并且螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。本技术所述防松抗疲劳螺栓包扩在与被连接件的接触面上具有激光重熔层的螺栓头、具有激光重熔层的螺栓头与螺杆过渡区域和耐磨螺纹部(包括了对螺纹与螺杆过渡区域的增强)。增加了螺栓的防松能力、抗疲劳能力和强度，使在振动环境下工作的螺栓服役时间显著增加。下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细描述，但不作为对本技术的限定。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。以制备M24，6.8级防松抗疲劳螺栓为例一、螺栓毛坯的制备及预处理(1)制备螺栓毛坯。螺栓毛坯杆部直径为24mm，加工为成品螺栓后螺杆部的长度1为20mm，加工为成品螺栓后螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)的长度2为60mm。所用材料牌号为45钢。(2)对制备好的螺栓毛坯进行预处理。具体操作为：在激光重熔前，去除螺栓毛坯表面的油污、锈蚀和杂质等，然后使用酒精或丙酮冲洗、擦拭至所述螺栓毛坯表面光洁，冷风吹干。二、重熔层制备工艺(1)在制备螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4和螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)的重熔层5时，采用激光头静止、螺栓毛坯作相对运动、搭接重熔的方法，在氮气保护氛围下制备激光重熔层，重熔层厚度为1.8mm，螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4的长度为20mm，螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，其特征在于，包括螺栓头(6)、螺杆过渡区域(7)、螺杆部(8)、耐磨螺纹部(9)、螺栓头的重熔层(3)、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层(4)；螺栓头(6)在与被连接件接触的面上具有激光重熔层，螺杆过渡区域(7)是螺栓头(6)与螺杆的过渡区域，耐磨螺纹部(9)具有激光重熔层；螺栓在易损坏区域存在金属氮化物的激光重熔层，耐磨螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的螺纹；螺栓头的重熔层(3)和螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层(4)无缝衔接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，其特征在于，包括螺栓头(6)、螺杆过渡区域(7)、螺杆部(8)、耐磨螺纹部(9)、螺栓头的重熔层(3)、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层(4)；螺栓头(6)在与被连接件接触的面上具有激光重熔层，螺杆过渡区域(7)是螺栓头(6)与螺杆的过渡区域，耐磨螺纹部(9)具有激光重熔层；螺栓在易损坏区域存在金属氮化物的激光重熔层，耐磨螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的螺纹；螺栓头的重熔层(3)和螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层(4)无缝衔接。2.根据权利要求1所述的防松抗疲劳螺栓，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，马前程，王宗江，王鑫宇，马勤勇，李伟，王勇，何成，王欣欣，赵建平，刘阳，崔晓东，游溢，魏晌，陈东娃，宋和豫疆，廖杰，庄凌志，阿依古扎力·阿肯江，赵鹏程，张龙，马瑞龙，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司电力科学研究院，华北电力大学，
类型：新型
国别省市：新疆,65