螺栓扭转强度测试

技术概述

螺栓是机械设备与工程结构中应用最广泛的紧固件之一，其连接可靠性直接决定了整体结构的安全水平。在装配拧紧过程中，螺栓同时承受轴向拉应力与扭转切应力的复合作用；在服役状态下，振动、横向载荷以及温度变化也可能使螺栓承受附加扭矩。当扭转载荷超出材料的承受极限时，螺栓会出现螺纹脱扣、杆部塑性扭转甚至扭断等失效形式，进而造成连接松动、结构失稳等严重后果。因此，开展螺栓扭转强度测试，系统评估螺栓在扭转载荷下的力学行为，是紧固件质量控制与工程安全评估的重要环节。

螺栓扭转强度测试是指通过专用加载装置对螺栓或螺栓连接副施加扭矩，并同步测量扭矩、转角、夹紧力（轴力）等参数，从而获得螺栓扭转承载能力及相关连接性能的试验技术。通过该测试可以获得扭矩-转角曲线、扭矩-夹紧力曲线、破坏扭矩、极限扭转强度、扭矩系数、摩擦系数等关键指标，能够全面表征螺栓的材料强度、螺纹加工质量、表面处理状态与润滑条件，为装配工艺参数制定、紧固件选型以及失效分析提供科学依据。

在标准化体系方面，国内外已形成较为完善的螺栓扭转试验规范。GB/T 3098系列与ISO 898系列规定了螺栓、螺钉和螺柱的机械性能要求，其中GB/T 3098.13针对不能进行轴向拉力试验的螺栓螺钉给出了破坏扭矩试验方法；ISO 16047、DIN 946以及GB/T 16823.3等标准则规范了紧固件扭矩-夹紧力综合测试与摩擦系数测定方法；对于钢结构用高强度大六角头螺栓连接副，相关标准对扭矩系数及其标准偏差也作出了明确规定。依据上述标准开展测试，可以确保检测结果的科学性、可比性与性。

检测样品

螺栓扭转强度测试适用的样品范围十分广泛，涵盖各类头部形式、螺纹规格、材料等级与表面处理状态的螺栓及其连接副，主要包括：

• 六角头螺栓、六角法兰面螺栓、内六角圆柱头螺钉、沉头螺钉等各类头部结构的螺栓与螺钉；
• 钢结构用高强度大六角头螺栓连接副（含螺栓、螺母、垫圈配套组合）；
• 扭剪型高强度螺栓连接副；
• 车轮螺栓、轮毂螺栓、发动机缸盖螺栓等汽车专用紧固件；
• 地脚螺栓、锚栓、U型螺栓、双头螺柱等特殊结构紧固件；
• 不同性能等级的样品，如4.8级、5.6级、8.8级、10.9级、12.9级等；
• 采用不同表面处理工艺的样品，如热镀锌、电镀锌、达克罗、磷化、发黑等；
• 不同螺纹规格的样品，从小规格的M1至大规格的M64及以上均可开展相应测试。

送检时建议客户提供螺栓的规格型号、性能等级、表面处理方式以及预期用途等信息，并按照标准要求准备足够数量的样品，以保证测试结果的代表性与统计分析的有效性。对于成套供应的连接副，应保证螺栓、螺母、垫圈的批次匹配性，避免因配套不当影响测试结论的准确性。

检测项目

围绕螺栓扭转承载能力与连接性能，可开展的检测项目主要包括以下几类：

• 破坏扭矩测试：测定螺栓拧紧至破坏时的最大扭矩值，评估其极限扭转承载能力；
• 极限扭转强度与屈服扭矩测试：确定螺栓发生屈服和断裂时所对应的扭矩水平；
• 扭矩系数测试：测定扭矩与夹紧力之间的比例关系及其离散性，为拧紧工艺参数制定提供依据；
• 摩擦系数测试：包括总摩擦系数、螺纹摩擦系数与支承面摩擦系数的分别测定；
• 夹紧力性能测试：包括初始预紧力、屈服夹紧力、极限夹紧力等指标的测定；
• 扭矩-转角关系测试：绘制完整的拧紧曲线，分析弹性段、屈服段与破坏段的特征；
• 拧断扭矩测试：针对扭剪型高强度螺栓梅花头的拧断特性进行验证；
• 旋出扭矩与防松性能测试：评估螺纹连接在振动等条件下的抗松弛能力；
• 应力松弛与扭矩保持性能测试：考察长期服役条件下预紧力的衰减规律。

上述项目可根据产品标准要求、客户技术协议或具体工程需求进行组合选择，形成针对性的检测方案，满足从出厂检验到科研分析等不同层级的应用需要。

检测方法

螺栓扭转强度测试依据产品类型与评价目标的不同，主要采用以下几种方法：

破坏扭矩试验法。该方法依据GB/T 3098.13等标准执行，适用于公称直径较小（通常为1mm至10mm）或因头部结构、长度限制等原因无法进行轴向拉力试验的螺栓与螺钉。试验时将试件可靠装夹固定，以规定的加载速率对螺栓施加连续递增的扭矩，直至螺栓破坏或螺纹脱扣，记录整个过程中的最大扭矩值即为破坏扭矩。该方法操作简便、结果直观，是评价小规格螺栓扭转强度的常用手段。

扭矩-夹紧力综合测试法。该方法参照ISO 16047、DIN 946、GB/T 16823.3等标准执行，将螺栓、螺母与垫圈按实际装配状态安装在专用测力夹具上，采用连续加载方式拧紧，同步采集总扭矩、螺纹扭矩、支承面扭矩、夹紧力与转角信号，进而计算出扭矩系数、总摩擦系数、螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数以及屈服夹紧力、极限夹紧力等参数。该方法能够真实模拟螺栓的装配受力状态，是目前评价螺栓连接综合性能最全面、最贴近工程实际的测试方法。

扭矩系数测定法。针对钢结构用高强度螺栓连接副，将连接副安装在轴力计上，用施拧装置按规定的拧紧速度施加扭矩，同步测量所产生的夹紧力，计算扭矩系数K值，并基于标准规定的批次样品数量统计扭矩系数平均值与标准偏差，以评价连接副摩擦性能的均匀性与一致性，判断其能否满足工程验收要求。

分段加载法与台阶加载法。对于需要考察螺栓在多级扭矩下的力学响应、预紧力稳定性或松弛行为的场合，可采用分段或台阶式加载程序，在每一级扭矩下保持一定时间并记录参数变化，从而获得更丰富的性能信息，特别适用于工艺研究类测试需求。

无论采用何种方法，试验过程中的加载速率、夹持方式、润滑条件、环境温度等均需严格按照标准规定执行，以保证测试条件的一致性与结果的可比性。

检测仪器

螺栓扭转强度测试依托化的力学试验设备与高精度测量系统完成，主要仪器配置包括：

• 微机控制扭转试验机：提供稳定可控的扭矩加载，扭矩量程覆盖小规格螺栓到大规格高强度螺栓的测试需求；
• 扭矩-夹紧力综合测试系统：集成伺服驱动单元、扭矩传感器、轴力传感器与角度编码器，可同步完成拧紧模拟与多项参数测量；
• 高精度扭矩传感器与轴力（测力）传感器：保证扭矩与夹紧力信号的准确采集；
• 角度测量装置（光电编码器等）：用于转角的准确记录与扭矩-转角曲线的完整绘制；
• 数据采集与分析软件：实现试验过程控制、曲线绘制、特征点识别与结果自动计算；
• 数显扭矩扳手与专用施拧设备：用于扭矩系数测定与装配工艺验证试验；
• 专用夹具及辅助设备：满足不同头部形式、不同规格试件的可靠装夹与配套检测需求。

所有仪器设备均经过计量校准，并定期核查其精度与线性度，确保检测数据准确可靠、量值溯源清晰，为测试结论的有效性提供硬件保障。

应用领域

螺栓扭转强度测试在众多行业领域中发挥着重要作用：

• 汽车制造：发动机、变速箱、底盘、车身及车轮等关键部位螺栓连接的开发验证与来料检验；
• 钢结构建筑与桥梁：高强度螺栓连接副扭矩系数与连接性能的进场复验和工程验收；
• 风电与新能源：塔筒、机舱、叶片根部等部位大规格高强度螺栓的力学性能评估；
• 轨道交通：车体、转向架、轨道扣件等部位紧固件的性能检测；
• 航空航天：飞机装配用高可靠性紧固件的扭转与预紧性能研究；
• 工程机械与矿山设备：高载荷、强振动工况下螺栓连接的抗松与强度验证；
• 石油化工与压力容器：高温高压设备法兰连接螺栓的紧固性能评价；
• 电力装备：变压器、开关柜、铁塔等设备结构连接件的质量控制；
• 电子电器与精密仪器：小型精密螺钉的装配扭矩与破坏扭矩测试。

随着装备制造向高端化、精密化方向发展，各行业对螺栓连接可靠性的要求不断提高，扭转强度测试作为紧固件性能评价的核心手段之一，其应用范围仍在持续扩大。

常见问题

问题一：螺栓扭转强度测试的检测周期是多久？

螺栓扭转强度测试的检测周期一般为7-15个工作日。具体周期会受到多种因素的影响：首先是检测项目的数量与组合方式，若同时开展破坏扭矩、扭矩系数、摩擦系数等多个项目，所需时间会相应延长；其次是样品数量，批量样品的逐件测试需要更长的试验与数据处理时间；再次是测试方法的复杂程度，涉及多级加载、长时间保持或统计分析的试验耗时更久；此外，若样品需要进行前处理、状态调节或复测，周期也会有所增加。对于有紧急需求的客户，可与检测机构沟通加急安排，在保证数据质量的前提下尽量压缩交付时间。

问题二：螺栓扭转强度测试的检测价格是多少？

螺栓扭转强度测试的费用没有统一固定的标准，通常需要根据实际检测方案进行核算。影响价格的主要因素包括：所选检测项目的种类与数量，例如仅做破坏扭矩测试与开展全套扭矩-夹紧力综合测试的费用差异较大；所依据的测试方法与标准要求，方法越复杂、测量参数越多，投入的成本越高；送检样品的数量与规格，不同规格样品需要匹配不同的夹具与设备配置；检测周期要求，加急服务可能产生额外费用。建议客户在送检前与检测机构充分沟通检测需求，由人员根据项目组合、样品情况与时间要求提供针对性的报价方案。

问题三：螺栓扭转强度测试需要什么资质？

螺栓扭转强度测试应由具备相应检测资质与能力的机构承担。我们旗下拥有CMA和CNAS资质，能力范围覆盖紧固件力学性能测试的多个领域，螺栓扭转相关测试项目均在能力范围之内。同时，机构配备的技术团队与先进的扭转试验设备，测试人员具有丰富的紧固件检测经验，能够严格依据国家标准、国际标准及行业规范开展测试，并可在测试结束后提供规范的结果证明文件，为客户提供、公正、可靠的检测服务。

问题四：破坏扭矩测试适用于哪些螺栓？

破坏扭矩测试主要适用于公称直径为1mm至10mm、且因头部结构或长度限制等原因无法进行常规轴向拉力试验的螺栓与螺钉。此类小规格紧固件在拉力试验机上装夹困难，通过扭转方式可以更便捷地评价其承载能力。对于较大规格的螺栓，一般优先采用轴向拉力试验评价其机械性能，扭转测试则更多用于扭矩系数、摩擦系数等连接性能的评估与装配工艺验证。

问题五：扭矩系数与摩擦系数有什么区别和联系？

扭矩系数是施加扭矩与所产生的夹紧力之间的比例系数，综合反映了螺纹摩擦、支承面摩擦以及螺纹几何参数等因素的影响，是制定拧紧工艺参数的直接依据。摩擦系数则进一步将总摩擦分解为螺纹摩擦系数与支承面摩擦系数，通过分别测量螺纹扭矩与支承面扭矩获得，能够更深入地揭示连接副表面处理、润滑状态对扭矩传递效率的影响。两者密切相关：摩擦系数越低且越稳定，扭矩系数的离散性越小，装配所能获得的夹紧力一致性越好，连接质量也就越可靠。

问题六：螺栓扭转强度测试需要准备多少样品？

样品数量与检测项目和依据标准有关。一般性能验证类测试建议每种规格准备数件至十余件样品，以保证数据的统计有效性；对于钢结构用高强度螺栓连接副的扭矩系数测试，标准通常要求按批次抽取规定套数的连接副进行测定，并统计扭矩系数平均值与标准偏差。为确保测试顺利开展，建议客户在送检前与检测机构确认样品数量要求，并适当预留备件，防止个别试件装夹异常或数据异常时影响整体进度。

问题七：经过扭转强度测试的螺栓还能继续使用吗？

不能。螺栓扭转强度测试中的破坏扭矩试验、极限强度测试等项目属于破坏性试验，试件在试验过程中会发生塑性变形、螺纹损伤甚至断裂，测试后的样品已丧失正常的连接功能，严禁再次用于装配。即使是扭矩系数、摩擦系数等测试，试件在拧紧与拆卸过程中螺纹和支承面也会发生磨损与塑性变形，性能状态已经改变，同样不应重复使用。因此，所有经过扭转测试的样品仅用于检测分析，不可回流至生产或工程现场。