【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料测试，涉及一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法。
技术介绍
1、高温工业炉在金属冶炼和熔铸、玻璃熔融制造、陶瓷烧结、粉末冶金、高温纯化等传统的工业设备领域中一直发挥着举足轻重的作用。高温工业炉中的大部分结构及配件均需要紧固件的连接。紧固件材质是高温结构材料的技术热点，碳材料(如石墨、碳/碳复合材料)具有轻质、高强度、耐高温、高导热、抗烧蚀和耐腐蚀等优点，因此，碳材料紧固件在高温炉热场等领域得到了广泛的应用。
2、然而由于受到冲击、震动、耦合负载等原因作用下，螺母与杆部螺纹连接处作为紧固件的薄弱环节之一，极易出现螺纹的滑脱乃至完全失效的情况，因此，提出针对其性能评价的测试方法显得尤为重要。
3、锁紧力是指螺母内螺纹与螺杆外螺纹连接处所能承受的最大载荷，反映了螺母和螺杆螺纹连接处的抗载荷能力，其是确保紧固件装配可靠安全的关键性指标。
4、现有技术中对于紧固件锁紧力常用的评价方法是拧紧力矩法和拉伸试验法。
5、拧紧力矩法：拧紧力矩法是通过测量扭矩来评估螺纹连接的强度，通常需要使用专门的扭矩扳手，比如表盘式扭矩扳手或数显扭矩扳手。在测试过程中，会将装配好的螺栓/螺母用指示式扭矩扳手慢慢地施加扭矩，使其不断拧紧，直到螺纹连接发生破坏，读取此时的瞬间扭矩值，经过换算便能得到螺纹连接的锁紧力值。
6、拉伸试验法：在进行螺纹连接的拉伸试验时，采用专门的拉伸试验机对样品施加恒定的拉伸载荷，并且能够精确地测量出螺纹连接的形变量和应力变化情况。在试验过程中，需要严格按照试验规程
7、拧紧力矩法和拉伸试验法的本质都是对紧固件施加轴向拉伸载荷，直至紧固件失效，得到锁紧力大小。然而，由于碳材料紧固件质轻、强度低、容易脆断，采用这种轴向拉伸类型的方法进行性能评价时，容易出现螺纹沟槽处、螺栓的杆部及螺栓头部与杆部的过渡圆角处断裂的情况，难于出现螺纹连接处螺纹失效的情况，从而不能测得碳材料紧固件螺纹连接处锁紧力大小。
8、因此，研究一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，能精准有效地测得碳材料紧固件螺纹连接处锁紧力值，这对确保紧固件品质，提高高温工业炉生产的稳定、可靠、安全性具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，碳材料紧固件包括螺母和螺栓，或螺母和螺柱；螺母、螺栓和螺柱都为碳材料；首先截取螺栓的螺纹段或者螺柱的一个螺纹段，然后采用碳材料紧固件锁紧力测试装置，使用压缩法测试得到螺母和螺纹段连接处的锁紧力；
4、碳材料紧固件锁紧力测试装置包括上牵引座、下固定座、施压座、载物座、垫片和万能力学试验机；
5、上牵引座和万能力学试验机的上夹头固定连接，下固定座和万能力学试验机的下夹头固定连接；万能力学试验机用于带动上牵引座向下固定座的方向移动；
6、载物座的下端与下固定座的上端固定连接；
7、施压座的上端与上牵引座的下端固定连接；
8、施压座的下部设有中空内腔；施压座的底部设有通孔i，通孔i与中空内腔连通；
9、中空内腔的高度大于截取的螺纹段长度；
10、载物座的上表面水平设置；通孔i的垂直投影位于载物座的上表面上；
11、垫片用于与螺纹段间隙配合连接；螺纹段与通孔i间隙配合；
12、垫片的内径小于螺母的外径；垫片的外径大于通孔i的外接圆的直径和螺母的外径；垫片的材质可以根据紧固件的锁紧力强度大小合理选择，应保证其耐压强度大于紧固件的锁紧力强度，且在承载期间，不出现弯曲、变形、脆裂等情况，可以采用45#刚、a3号刚等其他金属材料制得。
13、作为优选的技术方案：
14、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，压缩法测试的具体过程为：首先将截取的螺纹段垂直放置在载物座的上表面，在螺纹段上套上螺母，并在螺母的上表面放置垫片，然后启动万能力学试验机带动上牵引座向下固定座的方向移动，使得螺纹段插入通孔i内，且施压座下表面与垫片上表面贴合，接着施加一定的预紧力，按照一定的速率进行压缩试验，通过万能力学试验机的测试软件得到压缩载荷—位移曲线，曲线中锯齿状处所对应的压缩载荷，即为碳材料紧固件锁紧力的取值(当连接处的螺纹损坏时，会出现锯齿状的关系曲线，因此通过曲线即能判断螺纹连接处是否已经出现失效的情况，从而确定锁紧力的大小值)。
15、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，中空内腔为中空圆柱结构；通孔i为圆形通孔；中空圆柱底面的半径与通孔i的半径之差小于通孔i的深度，如此设置可以保证施压座的强度，使得在测试时，施压座的底部不会发生弯曲。
16、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，垫片的内径＝(螺纹段的公称直径+1mm)±0.1mm，以保证螺母上表面基本都能受到稳定且均衡的压力。
17、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，垫片的外径≥螺母的外径+10mm，以保证螺母上表面基本都能受到稳定且均衡的压力，且垫片的外径≥通孔i的直径+10mm；垫片的厚度为5～10mm。
18、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，施压座的周面上设有沿水平方向贯通的通孔ii，且通孔ii与中空内腔在水平方向连通；通孔ii为方形通孔；施压座上位于中空内腔下方的区域沿水平方向开设有u形槽，u形槽的上方与中空内腔连通，下方贯穿施压座下表面；u形槽的横截面由半圆弧和2条平行的线段组成，半圆弧的圆心位于通孔i的中轴线上，半圆弧的半径与通孔i的半径相同；2条线段的间距为通孔i的直径(即通孔i位于u形槽的内部)。
19、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，载物座的上表面为圆形；载物座的上表面的圆心在通孔i的中轴线上。
20、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，螺纹段放置于载物座的圆心。
21、如上所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，一定的预紧力≤200n，一定的速率≤0.5mm/min。
22、专利技术原理：
23、紧固件包括螺母和螺栓，或螺母和螺柱。
24、现有技术中对螺母和螺栓组成的紧固件进行拉伸时(一个力作用在螺母上，一个力作用在螺栓上)，螺栓头部由于无论是梯形过渡还是倒角过渡，都是应力易集中的部位，承载能力极弱，拉伸时极易在该部位出现断裂，造成螺栓头部的脱落，得不到螺母和螺栓的螺纹段连接处的锁紧力的取值。
25、现有技术中对螺母和螺柱组成的紧固件进行拉伸时，螺纹沟槽处和无螺纹杆部是碳材料薄弱的部位，在拉伸过程中可能由于紧固件偏离中轴线，材料受力不均而在螺纹沟槽或有缺陷的杆部出现应力集中失效的情况，导致在该部位出现断裂，得不到螺母和螺柱的一个螺纹段连接处的锁紧力。
26、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，碳材料紧固件包括螺母和螺栓，或螺母和螺柱；螺母、螺栓和螺柱都为碳材料，其特征在于，首先截取螺栓的螺纹段或者螺柱的一个螺纹段，然后采用碳材料紧固件锁紧力测试装置，使用压缩法测试得到螺母和螺纹段连接处的锁紧力；
2.根据权利要求1所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，压缩法测试的具体过程为：首先将截取的螺纹段垂直放置在载物座的上表面，在螺纹段上套上螺母，并在螺母的上表面放置垫片，然后启动万能力学试验机带动上牵引座向下固定座的方向移动，使得螺纹段插入通孔I内，且施压座下表面与垫片上表面贴合，接着施加一定的预紧力，按照一定的速率进行压缩试验得到压缩载荷—位移曲线，曲线中锯齿状处所对应的压缩载荷，即为碳材料紧固件锁紧力的取值。
3.根据权利要求1所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，中空内腔为中空圆柱结构；通孔I为圆形通孔；中空圆柱底面的半径与通孔I的半径之差小于通孔I的深度。
4.根据权利要求3所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，垫片的内径＝(螺纹段的公称直径+1mm)±
5.根据权利要求4所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，垫片的外径≥螺母的外径+10mm，且垫片的外径≥通孔I的直径+10mm；垫片的厚度为5～10mm。
6.根据权利要求5所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，施压座的周面上设有沿水平方向贯通的通孔II，且通孔II与中空内腔在水平方向连通；施压座上位于中空内腔下方的区域沿水平方向开设有U形槽，U形槽的上方与中空内腔连通，下方贯穿施压座下表面；U形槽的横截面由半圆弧和2条平行的线段组成，半圆弧的圆心位于通孔I的中轴线上，半圆弧的半径与通孔I的半径相同；2条线段的间距为通孔I的直径。
7.根据权利要求6所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，载物座的上表面为圆形；载物座的上表面的圆心在通孔I的中轴线上。
8.根据权利要求7所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，螺纹段放置于载物座的圆心。
9.根据权利要求2所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，一定的预紧力≤200N，一定的速率≤0.5mm/min。
...【技术特征摘要】
1.一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，碳材料紧固件包括螺母和螺栓，或螺母和螺柱；螺母、螺栓和螺柱都为碳材料，其特征在于，首先截取螺栓的螺纹段或者螺柱的一个螺纹段，然后采用碳材料紧固件锁紧力测试装置，使用压缩法测试得到螺母和螺纹段连接处的锁紧力；
2.根据权利要求1所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，压缩法测试的具体过程为：首先将截取的螺纹段垂直放置在载物座的上表面，在螺纹段上套上螺母，并在螺母的上表面放置垫片，然后启动万能力学试验机带动上牵引座向下固定座的方向移动，使得螺纹段插入通孔i内，且施压座下表面与垫片上表面贴合，接着施加一定的预紧力，按照一定的速率进行压缩试验得到压缩载荷—位移曲线，曲线中锯齿状处所对应的压缩载荷，即为碳材料紧固件锁紧力的取值。
3.根据权利要求1所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，中空内腔为中空圆柱结构；通孔i为圆形通孔；中空圆柱底面的半径与通孔i的半径之差小于通孔i的深度。
4.根据权利要求3所述的一种碳材料紧固件锁紧力的测试方法，其特征在于，垫片的内径＝(螺纹段的公称直径+1mm)±0...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞鸣明，梅云杰，方琳，谢旺，任慕苏，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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