（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(dòng)，機(jī)件或裝備運(yùn)行振動(dòng)過(guò)大，螺栓在長(zhǎng)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(guò)關(guān)，設(shè)計(jì)制造過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題；其次，就是在安裝及維護(hù)過(guò)程中螺栓預(yù)緊力不足，運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)造成的。

　　在螺栓斷裂失效的案例中，通過(guò)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(wèn)題。排除了安裝現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中，如果螺栓預(yù)載荷超過(guò)了范圍上限，螺栓會(huì)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(huì)產(chǎn)生縫隙，在運(yùn)行過(guò)程中，特別是惡劣工況時(shí)，機(jī)件的應(yīng)力比正常時(shí)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(duì)螺栓現(xiàn)狀，必須對(duì)已安裝的螺栓進(jìn)行軸力檢測(cè)；且勞動(dòng)強(qiáng)度大、預(yù)緊力測(cè)量的誤差等原因，造成螺栓發(fā)生事故。

（二）、軸力檢測(cè)的超聲波測(cè)量法的基本原理

　　人們?cè)诶碚撋蠈?duì)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(chǎng)上已有了螺栓軸力超聲波測(cè)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?xún)?nèi)，材料的伸長(zhǎng)量與施加的張力呈正比，應(yīng)力與伸長(zhǎng)量的比值是一個(gè)常數(shù)，等于彈性模量E。

  超聲測(cè)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(gè)聲脈沖穿過(guò)螺栓的整個(gè)長(zhǎng)度，在另一側(cè)被反射回超聲波探頭，測(cè)量脈沖信號(hào)的傳播時(shí)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(shí)間、螺栓伸長(zhǎng)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(shí)，其聲速會(huì)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(cè)量伸長(zhǎng)量大約是物理伸長(zhǎng)量的三倍。

（三）、軸力檢測(cè)的超聲波測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)

    近年由于超聲波應(yīng)力測(cè)量方法可直接測(cè)量，尤其是可以在役狀態(tài)的螺栓進(jìn)行定期跟蹤檢測(cè)，所以發(fā)展較快。具有以下特點(diǎn)：

①精度高；②測(cè)量簡(jiǎn)便；③誤差極小。

螺栓軸力超聲波測(cè)試系統(tǒng)將迎來(lái)越來(lái)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(cè)試系統(tǒng)

TCH-800C螺栓軸力超聲波測(cè)試系統(tǒng) ↑

簡(jiǎn)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(shí)測(cè)量, 智能螺栓系統(tǒng)發(fā)射和接收超聲波脈沖電信號(hào)、測(cè)量并計(jì)算發(fā)射和回波電信號(hào)之間時(shí)間差，即聲時(shí)差。

國(guó)內(nèi)成功研制用于螺栓軸向緊固力測(cè)試的超聲波測(cè)試儀和系統(tǒng)，*自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，該測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)超聲波橫波、縱波聲時(shí)與溫度和螺栓軸力變形的關(guān)系曲線(xiàn)，實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)試儀廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、航天、鐵路、風(fēng)力發(fā)電、核能等裝配測(cè)試領(lǐng)域，已經(jīng)成為螺栓緊固系統(tǒng)測(cè)試和制定螺栓裝配工藝必要檢測(cè)儀器，為螺栓產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)提供有力的保障，同時(shí)可以實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)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(shí)測(cè)量部分，橫波聲時(shí)測(cè)量部分，溫度測(cè)量部分，單片機(jī)系統(tǒng)、測(cè)試軟件等組成。系統(tǒng)中存儲(chǔ)了眾多螺栓材料的縱、橫波聲時(shí)與應(yīng)力、溫度的關(guān)系，可測(cè)量出常溫下各種已緊固的螺栓軸向應(yīng)力或安裝過(guò)程中的螺栓預(yù)緊力，并可根據(jù)需要自動(dòng)換算出螺栓的負(fù)載力或應(yīng)力引起的伸長(zhǎng)量。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)試范圍：M5--∞（無(wú)窮大）

可測(cè)量值：時(shí)間/伸長(zhǎng)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(chǎng)測(cè)量；

•多個(gè)螺栓預(yù)緊力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

•溫度：外接溫度探頭自動(dòng)跟蹤，或手動(dòng)溫度輸入；

•顯示類(lèi)型 波形圖象液晶顯示；

•在批量裝配中，100% 的螺栓旋緊監(jiān)控。