残余扭矩的测量方法及适用场景
一、核心测量方法详解
1. 再拧紧扭矩法（分离扭矩法）
原理：在已拧紧的螺栓上继续施加扭矩并旋转小角度（通常10-15°），当螺栓从静摩擦转为动摩擦时，仪表显示的峰值扭矩即为残余扭矩值。
特点：
优势：无需破坏连接结构，操作简便，成本低（数显扳手价格约3000-8000元），在汽车主机厂装配线应用率达75%以上。
注意事项：需配合角度传感器控制转角精度（误差±3%以内），适用于大部分拧紧点，测试后无需返工。
适用场景：汽车总装线、批量生产中的快速检测。
2. 检测扭矩法（设定扭矩阈值法）
原理：设定工艺要求的检测扭矩阈值（如设计扭矩的85%），在持续施压过程中观察螺栓是否转动。若未转动则判定合格。
特点：
优势：尤其适合预涂胶螺栓（如乐泰243胶），避免破坏已固化的防松胶层。
注意事项：需提前进行扭矩-夹紧力标定试验，操作时间较再拧紧法增加约50%。
适用场景：预涂胶螺栓连接、需避免破坏胶层的场景。
3. 拧松法（松开法）
原理：用扭矩扳手缓慢松开螺栓，读取开始转动瞬间的扭矩值，并乘以系数（1.1-1.2）得到残余扭矩。
特点：
优势：操作简单，成本低。
注意事项：测量值偏小，需通过系数修正；重复拧松会导致螺栓夹紧力衰减（如三次后衰减15%），仅限维修检测场景。
适用场景：维修检测、非批量生产中的简单验证。
4. 超声波测量法
原理：基于声弹性效应，通过测量超声波在螺栓中的传播时间变化计算轴向应力，进而推导残余扭矩。
特点：
优势：非破坏性，精度高（夹紧力检测误差≤5%），适合高价值部件。
注意事项：设备成本超过20万元，需专业耦合剂处理表面，适用于实验室或组合检测。
适用场景：航空发动机、风电塔筒等高精度要求的研发或特殊工况。
5. 电阻应变片法
原理：在螺栓上粘贴电阻应变片，测量应变变化并计算扭矩。
特点：
优势：提供**测量结果，适用于高精度场景。
注意事项：需专业设备和技术支持，成本较高。
适用场景：研发阶段、需要**测量的小批量生产。
6. 标记法（划线法）
原理：在螺栓头部与被连接体划线标记，松开后重新拧紧至原位，读取扭矩值并乘以系数（0.9-1.1）。
特点：
优势：操作简单，无需专业设备。
注意事项：精度低，易受操作人员影响，仅建议用于拆解区域。
适用场景：拆解分析、简单验证。
7. 转角法（扭矩转角法）
原理：通过测量拧紧过程中的转角与扭矩关系，推断残余扭矩。需结合初始拧紧数据。
特点：
优势：适用于过屈服拧紧工艺，需设定扭矩转角监控窗口。
注意事项：动态扭矩法测量值约为初始紧固扭矩的70-85%（ISO 16047标准）。
适用场景：过屈服拧紧工艺、需要动态监控的场景。
二、行业应用与标准
1. 汽车行业
优先方法：
再拧紧法：成本效益比*优，适用于大部分拧紧点。
检测扭矩法：适合预涂胶螺栓（如乐泰243胶）。
案例：Atlas Copco的QST系列扳手集成残余扭矩自动补偿功能，使装配质量一致性提升至99.97%。
2. 航空航天
优先方法：超声波法获取**夹紧力数据。
案例：某航天机构实验数据显示，超声波法夹紧力检测误差≤5%。
3. 风电领域
优先方法：采用“松-紧”循环测量模式，对高摩擦系数连接副（μ≥0.18）的测量误差比直接测量降低40%。
三、精度提升与实践要点
1. 工具校准
数显扳手需每5000次或半年进行标定（参照JJG 707标准）。
2. 温度补偿
环境温度每变化10℃，压电式传感器需重新归零校正。
3. 操作规范
施力速度控制在5-15°/s以减少惯性误差。
4. 组合检测
案例：某工程机械企业针对液压管接头螺栓，先用再拧紧法初检，再对5%样本进行超声波复检，质量成本降低32%且保证0ppm泄漏不良率。
四、选择建议
| 场景 | 推荐方法 | 理由 |
|---|---|---|
| 批量生产现场 | 再拧紧法、检测扭矩法 | 成本低、操作简便，适合快速检测。 |
| 研发与高精度场景 | 超声波法、电阻应变片法 | 精度高，适合需要**数据的场景。 |
| 维修检测 | 拧松法、标记法 | 操作简单，但需注意操作规范以避免误差。 |
| 预涂胶螺栓 | 检测扭矩法 | 避免破坏已固化的防松胶层。 |
| 过屈服工艺 | 转角法 | 适用于需要动态监控的场景。 |
五、总结
残余扭矩的测量方法需根据具体场景选择，平衡精度、成本和操作复杂性。生产现场优先选择再拧紧法和检测扭矩法，研发场景推荐超声波法，维修检测可采用拧松法或标记法。同时，结合行业标准（如ISO 16047、VDI2645）和组合检测策略，可进一步提升测量可靠性和效率。
