CN108225887B - 螺栓类标准件腐蚀检测方法 - Google Patents

Abstract

一种螺栓类标准件腐蚀检测方法，包括以下步骤：步骤1：按照不同型号螺栓标准件实验室环境数据，编制腐蚀程度‑性能检测表；步骤2：记录螺栓螺母初始安装拧紧力矩大小，按照螺栓螺母安装要求和规范、拧紧力矩要求，采用力矩法拧紧螺栓螺母，准确测得初始安装拧紧力矩大小，初始安装拧紧力矩大小；步骤3：在螺栓螺母拆卸过程中，检测螺栓螺母表面状态，去除影响力矩测试的因素；步骤6：螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪使用结束后，断电。本发明不需要对螺栓拆卸后另行检测，节约了成本和时间，提高了工作效率；螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪操作简单，易于上手，便于携带；检测准确率高，能保证检测精度70％，同时能通过螺栓标准件的腐蚀程度—性能检测表和检测仪的结合使用，能够预测螺栓类标准件的使用寿命。

Description

螺栓类标准件腐蚀检测方法

技术领域

本发明属腐蚀检测技术领域，具体涉及一种螺栓类标准件腐蚀检测方法。

背景技术

随着我国航空事业的不断发展，各类军用飞机、民用飞机性能不断完善，逐渐作为一种重要的交通运输工具服务于国家安全防御、旅游出行、货运运输等生活各方面，特别二十世纪以来，国家经济发展战略、海洋权利意识的不断深化过程中，飞机在沿海及海洋地区服役和使用频率越来越高，已经成为沿海地区最重要的交通方式。但是面对海洋的高盐、高湿、高温等复杂恶劣环境的影响，飞机连接部位腐蚀程度严重，逐渐发展成为影响飞机安全性、可靠性的重要因素。螺栓类标准件作为飞机连接部位使用量最多零件，在飞机使用过程中，其自身的腐蚀损伤问题是造成飞机连接部位破坏的主要原因。研究腐蚀环境下螺栓类标准件的腐蚀损伤特点，对于飞机连接部位腐蚀防护工作有着重要作用。

关于螺栓类标准件腐蚀问题，实验室主要检测方法有宏/微观检测(腐蚀深度、腐蚀面积、单位面积内腐蚀数量)和力学性能测试，通常采用宏/微观检测能够呈现腐蚀宏微观形貌，力学性能测试能够给出不同腐蚀程度的力学性能参数，检测螺栓标准件需要件两者结合起来，将实验室检测经验和数据进行总结和归纳运用到工程检测中去有重要意义，其中力矩测试方法就是一种很好的方法，在修理过程中能快速有效检测标准件是否失效，通过螺栓类标准件腐蚀程度、力矩大小、性能指标之间的内在联系，以腐蚀程度为中间量，找到力矩与性能的关系，形成判断螺栓标准件失效判据，力矩测试最大的优势在于维修过程中检测螺栓类标准件是否失效，是螺栓类标准件在腐蚀环境、反复安装拆卸条件下快速检测腐蚀失效的重要工程方法。

目前，国内螺栓类标准件检测有机械性能检测和宏微观形貌检测，机械性能检测主要是检测螺栓出厂的性能合格指标，宏微观形貌检测作为实验室研究螺栓腐蚀后性能指标的手段，不能有效指导修理厂判断标准件是否失效。特别是对口飞机，船舶，桥梁等大量的修理厂，面临着大批量标准件的更换问题，没有一种快速有效检测螺栓类标准件失效的方法，近些年形成了一些检测标准件腐蚀失效的方法，如涡流检测法，超声检测法，但这些方法对于修理厂来说，操作过于麻烦，检测效率低，同时不能和修理过程结合统一起来，往往造成了性能满足要求的标准件大量更换，加大了维修厂的成本的同时，造成了资源的浪费。同时螺栓类标准件宏微观检测和力学性能检测等试验室方法无法快速简单地检测工程上大批量螺栓性能检测，不能向修理厂及时提供是否更换螺栓类标准件的信息，给修理厂造成了极大的不便，能否快速有效的检测螺栓类标准件腐蚀程度对于修理厂有重要意义。

发明内容

针对现有涡流检测法、超声检测法等无损检测方法的不足，本发明提供一种易上手、操作简单、便于携带的螺栓类标准件腐蚀检测方法。

一种螺栓类标准件腐蚀检测方法，包括以下步骤：

步骤1：按照不同型号螺栓标准件实验室环境数据，编制腐蚀程度-性能检测表，

首先针对需要检测的螺栓螺母标准件类型做好前期记录工作，主要包括螺栓螺母型号，尺寸大小、材质、表面处理，同时参照各大厂家出具的螺栓螺母拧紧标准力矩值，确定实验室环境试验螺栓螺母初始力矩值；

其次，按照螺栓螺母标准件海洋环境特点编制实验室加速环境谱，开展环境试验，记录螺栓螺母标准件在不同周期的腐蚀程度，包括腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积、拆卸次数、力矩和对应力学强度值，分别采用统计学方法，分别对螺栓螺母标准件腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积、力矩、力学强度值求均值、方差和正态分布检测，推荐Shapiro-Wilk法，剔除误差较大试验数据，最终分析查找螺栓螺母标准件力学强度失效值对应的腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积和力矩值m，即为力矩失效判据值，按照相同方法得到不同型号螺栓螺母的腐蚀失效力矩判据值m，形成不同螺栓螺母腐蚀程度-性能检测表。

步骤2：记录螺栓螺母初始安装拧紧力矩大小，按照螺栓螺母安装要求和规范、拧紧力矩要求，采用力矩法拧紧螺栓螺母，准确测得初始安装拧紧力矩大小，初始安装拧紧力矩大小；

步骤3：在螺栓螺母拆卸过程中，检测螺栓螺母表面状态，去除影响力矩测试的因素：

如果螺栓螺母表面腐蚀产物多，且力矩值远超过初始力矩值，可以直接判定螺栓螺母已经失效；

如果螺栓外观良好，需要采用螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪进行检测，在检测之前需要检查工程仪是否通电，仪器表盘数字是否清晰正常，如仪器一切正常，可以进行力矩测试。

步骤4：在螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪检测过程中，首先输入初始力矩值大小M0，拆卸次数N、力矩失效判断阈值m，按照螺栓拆卸要求拆卸螺栓，检测拧紧力矩大小M1，在拆卸过程中需要先将螺栓螺母松脱90°左右，然后沿着反向拧紧中检测拧紧力矩值M，其中初始拧紧力矩M0、螺栓螺母实测拧紧力矩M，力矩的差值ΔM＝M-M0，通过拧紧力矩的大小判断螺栓螺母是否失效：

如果ΔM>m，继续连续测试三次ΔM均值>m，螺栓螺母失效；

如果ΔM>m，继续连续测试三次ΔM均值<m，螺栓螺母有效；

如果ΔM<m，螺栓螺母有效；

步骤5：螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪使用结束后，断电。

螺栓类标准件主要有螺栓、螺母、垫片等组成，主要通过拧紧螺栓螺母提供预紧力使两个构件连接在一起，其预紧力大小决定螺栓类标准件连接传力防止松动效率。螺栓类标准件的拧紧力矩大小由尺寸、材料、表面处理、预紧力大小等因素决定，螺栓拧紧力矩与预紧力的关系表达式为：

MA＝[d2/2(μg/cosα+tgβ)+dn/2μn]F/1000

其中，MA为拧紧力矩，F为螺栓所受预紧力，dn螺纹支承面摩擦力矩等效直径，α为螺纹半角，d2螺纹中经，β为螺纹升角，μg为螺旋副摩擦系数，μn支承面之间的摩擦系数，从公式可以看出来，在螺栓轴向螺栓所受预应拉力，dn螺纹支承面摩擦力矩等效直径，α为螺纹半角，d2螺纹中经，β为螺纹升角等不变情况下，所施加螺栓力矩大小由螺旋副摩擦系数μg，支承面之间的摩擦系数μn来决定。

螺栓预紧力与螺栓伸长量的关系表达式为：

F＝ΔL*E*S/L0

F为螺栓预紧力，E为螺栓材料弹性模量，S为螺栓应力面积，L0为螺栓有效计算长度，即螺栓伸长量。通过测试螺栓伸长量L0和螺栓应力面积S可以求出螺栓预紧力F。

对一个螺栓螺母而言，dn螺纹支承面摩擦力矩等效直径，α为螺纹半角，d2螺纹中经，β为螺纹升角都是一定的，μg和μn两个摩擦系数决定螺栓拧紧力矩大小，当螺栓连接部位受到腐蚀环境的影响发生腐蚀，导致螺栓螺纹部位，螺栓支承面部位表面处理、润滑情况、以及螺栓螺母自身和支撑面材料产生的腐蚀产物等导致μg和μn两个摩擦系数变大，从而导致螺栓螺母预紧力和强度等性能无法满足使用标准，通过试验研究表明螺栓螺母腐蚀产物质量、腐蚀蚀坑深度、腐蚀面积、以及单位面积内腐蚀数量、安装形式(螺栓螺母与连接结构安装拧紧，螺栓螺母自身安装(没有连接结构))、拆卸次数与μg和μn两个摩擦系数和螺栓螺母性能内在联系，以摩擦系数、腐蚀面积、腐蚀深度为中间量，建立螺栓螺母力矩差值(螺栓腐蚀检测拧紧力矩与螺栓未腐蚀拧紧力矩的差值)与螺栓螺母预紧力、强度性能指标的内在关系。在理论分析的基础上，借鉴大量螺栓螺母标准件环境试验数据，统计分析螺栓螺母标准件腐蚀数据(腐蚀面积、腐蚀深度)、力矩差值与强度性能指标的对应关系，编制不同型号螺栓标准件腐蚀程度-性能检测表。这是螺栓类标准件腐蚀检测工程方法运用的理论依据。

检查螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪，是在通用的数字力矩扳手基础上，通过一个单片机判断程序嵌入到数字力矩扳手中去，同时通过判断程序与测试结果比对判断螺栓是否腐蚀失效。是螺栓类标准件腐蚀检测工程方法运用的工具。

螺栓类标准件腐蚀力矩检测方法通过不同螺栓标准件腐蚀形貌、力学性能的对应关系，以力矩值大小表征螺栓类标准件的性能腐蚀失效情况。通过对螺栓类标准件腐蚀程度、摩擦系数、力矩值三者内在关系进行理论分析，其次，在实验室检测统计不同腐蚀程度下螺栓标准件(包含尺寸大小，螺栓及支撑材料，表面处理，强度大小等)的力矩值大小和变化关系，螺栓失效力矩阈值等，整理形成不同型号螺栓标准件的腐蚀程度检测及预测表，最后结合螺栓类标准件初始拧紧力矩和维修松脱力矩值大小判断，对应检测表，能快速简单检测螺栓类标准件腐蚀失效，方便维修、节约维修成本，对飞机，船舶等大型工程的维修工作有着重要意义，同时螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程方法可以用在螺栓标准件工艺检测、性能指标鉴定以及飞机制造生产标准件选型等方面，综上所述，螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程方法有重要意义。具体来说有以下几点：

(1)大批量螺栓类标准件在修理过程中直接检测，不需要对螺栓拆卸后另行检测，节约了成本和时间，提高了工作效率。

(2)螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪操作简单，易于上手，便于携带；

(3)检测准确率高，能保证检测精度70％，同时能通过螺栓标准件的腐蚀程度—性能检测表和检测仪的结合使用，能够预测螺栓类标准件的使用寿命。

附图说明

图1螺栓类标准件腐蚀检测工程方法原理分析图；

图2螺栓螺纹处腐蚀照片。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明。

一种螺栓类标准件腐蚀检测方法，包括以下步骤：

步骤1：编制不同型号螺栓标准件的腐蚀程度-性能检测表，按照试验室环境试验结果，同时根据各大厂家出具的螺栓螺母的型号，尺寸大小、材质、表面处理等信息，编制不同型号螺栓标准件的腐蚀程度—性能检测表，主要包括螺栓螺母的型号，尺寸大小、材质、表面处理，力矩值范围、安装形式、腐蚀性能参数对应腐蚀深度、腐蚀面积等、力矩失效判断阈值、拆卸次数等数据。具体原理分析详见图1。

步骤2：螺栓类标准件腐蚀检测工程方法在应用过程中，首先需要记录螺栓螺母初始安装拧紧力矩大小，按照螺栓螺母安装要求和规范、拧紧力矩要求，采用力矩法拧紧螺栓螺母，准确测得初始安装拧紧力矩大小，初始安装拧紧力矩大小是后期判断螺栓腐蚀失效的基础。

步骤3：其次在螺栓螺母拆卸过程中，检测螺栓螺母表面状态，去除影响力矩测试的因素，如果螺栓螺母表面腐蚀产物多，且力矩值远超过初始力矩值，可以直接认为螺栓螺母已经失效。

步骤4：如果螺栓外观良好，需要采用螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪进行检测，螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪的的工作界面和判断程序。工程仪在检测之前需要检查工程仪是否通电，仪器表盘数字是否清晰正常，如仪器一切正常，可以进行力矩测试。

步骤5：在螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪检测过程中，首先输入初始力矩值大小，拆卸次数、力矩失效判断阈值，按照螺栓拆卸要求拆卸螺栓，检测拧紧力矩大小，在拆卸过程中需要先将螺栓螺母松脱90°左右，然后沿着反向拧紧中检测拧紧力矩值。通过拧紧力矩的大小判断螺栓螺母是否失效。

以下将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

通过实验室检测了内六角细牙螺栓，螺栓螺母按照标准规范组合配套，材质为不锈钢，强度为4.6级，螺栓规格为公称直径为6mm，表面处理为钝化，连接结构材料为T300复合材料，复合材料表面采用首先采用H01-101H清漆，其次采用H06-3底漆+H04-2面漆，力矩范围为4N.m～5N.m，腐蚀环境为湿热环境和盐雾环境。其中，湿热环境为：相对湿度RH＝95％～100％，温度T＝43℃，

时间7天，盐雾环境为：试验温度T＝35℃±2℃；盐溶液浓度为5％±1％；盐溶液pH值为3.5～4.0；盐雾沉降率为(1.0～2.0)mL/(80cm2·h)；喷雾方式：连续；试验时间为7天，试验周期为3个周期。每个周期后螺栓拆卸1次，在试验前检测螺栓初始力矩4.6N.m。

通过之前开展10组螺栓标准件的环境试验，期望、方差、分散性等方面通过统计学方法编制腐蚀程度—性能检测表，详见表1。

表1螺栓标准件的腐蚀程度—性能检测表

按照螺栓类标准件腐蚀检测工程方法，检查螺栓螺母表面有无腐蚀产物，检查螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪是否通电，仪器表盘数字是否清晰正常，按照表1，在工程仪上依次输入初始力矩值大小4.6N.m，拆卸次数3、力矩失效判断阈值7N.m，按照螺栓拆卸要求拆卸螺栓，在拆卸过程中需要先将螺栓螺母松脱90°左右，然后沿着反向拧紧中检测拧紧力矩值7.3N.m，大于力矩失效阈值，判定螺栓腐蚀失效。拆卸螺栓螺母后检测，螺栓螺纹处腐蚀腐蚀严重，在规定拧紧力矩范围内无法满足连接结构预紧力要求。腐蚀照片如图2所示。

Claims (1)

1.一种螺栓类标准件腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按照不同型号螺栓标准件实验室环境数据，编制腐蚀程度-性能检测表；

首先针对需要检测的螺栓螺母标准件类型做好前期记录工作，主要包括螺栓螺母型号，尺寸大小、材质、表面处理，同时参照各大厂家出具的螺栓螺母拧紧标准力矩值，确定实验室环境试验螺栓螺母初始力矩值；

其次，按照螺栓螺母标准件海洋环境特点编制实验室加速环境谱，开展环境试验，记录螺栓螺母标准件在不同周期的腐蚀程度，包括腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积、拆卸次数、力矩和对应力学强度值，分别采用统计学方法，分别对螺栓螺母标准件腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积、力矩、力学强度值求均值、方差和正态分布检测，剔除误差较大试验数据，最终分析查找螺栓螺母标准件力学强度失效值对应的腐蚀深度、腐蚀数量、腐蚀面积和力矩值m，即为力矩失效判据值，按照相同方法得到不同型号螺栓螺母的腐蚀失效力矩判据值m，形成不同螺栓螺母腐蚀程度-性能检测表；

步骤2：记录螺栓螺母初始安装拧紧力矩大小，按照螺栓螺母安装要求和规范、拧紧力矩要求，采用力矩法拧紧螺栓螺母，准确测得初始安装拧紧力矩大小，初始安装拧紧力矩大小；

步骤3：在螺栓螺母拆卸过程中，检测螺栓螺母表面状态，去除影响力矩测试的因素：

如果螺栓螺母表面腐蚀产物多，且力矩值远超过初始力矩值，可以直接判定螺栓螺母已经失效；

如果螺栓外观良好，需要采用螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪进行检测，在检测之前需要检查工程仪是否通电，仪器表盘数字是否清晰正常，如仪器一切正常，可以进行力矩测试；

步骤4：在螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪检测过程中，首先输入初始力矩值大小M0，拆卸次数N、力矩失效判断阈值m，按照螺栓拆卸要求拆卸螺栓，检测拧紧力矩大小M1，在拆卸过程中需要先将螺栓螺母松脱90°左右，然后沿着反向拧紧中检测拧紧力矩值M，其中初始拧紧力矩M0、螺栓螺母实测拧紧力矩M，力矩的差值ΔM＝M-M0，通过拧紧力矩的大小判断螺栓螺母是否失效：

如果ΔM>m，继续连续测试三次ΔM均值>m，螺栓螺母失效；

如果ΔM>m，继续连续测试三次ΔM均值<m，螺栓螺母有效；

如果ΔM<m，螺栓螺母有效；

步骤5：螺栓类标准件腐蚀力矩检测工程仪使用结束后，断电。

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