高強(qiáng)度螺栓加工工藝

高強(qiáng)度螺栓鍍前工藝

熱軋盤條－（冷撥）－球化（軟化）退火－機(jī)械除磷－酸洗－冷撥－冷鍛成形－螺紋加工－熱處理－檢驗(yàn)

1、鋼材設(shè)計(jì)

在緊固件制造中，正確選用緊固件材料是重要一環(huán)，因?yàn)榫o固件的性能和其材料有著密切的關(guān)系。如材料選擇不當(dāng)或不正確，可能造成性能達(dá)不到要求，使用壽命縮短，甚至發(fā)生意外或加工困難，制造成本高等，因此緊固件材料的選用是非常重要的環(huán)節(jié)。 冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產(chǎn)的互換性較高的緊固件用鋼。由于它是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個(gè)零件的變形量很大，承受的變形速度也高，因此，對(duì)冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴(yán)格。 在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和用戶使用調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合 GB/T6478-2001 《冷鐓和冷擠壓用鋼技術(shù)條件》 GB/T699-1999 《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》及目標(biāo) JISG3507-1991 《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》的特點(diǎn)，以 8.8 級(jí)， 9.8 級(jí)螺栓螺釘?shù)牟牧弦鬄槔鞣N化學(xué)元素的確定。 C 含量過(guò)高，冷成形性能將降低；太低則無(wú)法滿足零件機(jī)械性能的要求，因此定為 0.25 %－ 0.55 %。 Mn 能提高鋼的滲透性，但添加過(guò)多則會(huì)強(qiáng)化基體組織而影響冷成形性能；在零件調(diào)質(zhì)時(shí)有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向，故在國(guó)際的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高，定為 0.45 %－ 0.80 %。 Si 能強(qiáng)化鐵素體，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定為 Si 小于等于 0.30 %。 S.P. 為雜質(zhì)元素，它們的存在會(huì)沿晶界產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致晶界脆化，損害鋼材的機(jī)械性能，應(yīng)盡可能降低，定為 P 小于等于 0.030 %， S 小于等于 0.035 %。 B. 含硼量最大值均為 0.005 %，因?yàn)榕鹪仉m然具有顯著提高鋼材滲透性等作用，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼材脆性增加。含硼量過(guò)高，對(duì)螺栓，螺釘和螺柱這類需要良好綜合機(jī)械性能的工件是十分不利的。

2、球化退火

沉頭螺釘，內(nèi)六角圓柱頭螺栓采用冷鐓工藝生產(chǎn)時(shí)，鋼材的原始組織會(huì)直接影響著冷鐓加工時(shí)的成形能力。冷鐓過(guò)程中局部區(qū)域的塑性變形可達(dá) 60 %－ 80 %，為此要求鋼材必須具有良好的塑性。當(dāng)鋼材的化學(xué)成分一定時(shí)，金相組織就是決定塑性優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素，通常認(rèn)為粗大片狀珠光體不利于冷鐓成形，而細(xì)小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。 對(duì)高強(qiáng)度螺栓用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷鐓前進(jìn)行球化（軟化）退火，以便獲得均勻細(xì)致的球化珠光體，以更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。 對(duì)中碳鋼盤條軟化退火而言，其加熱溫度多選擇在該鋼材臨界點(diǎn)上下保溫，加熱溫度一般不能太高，否則會(huì)產(chǎn)生三次滲碳體沿晶界析出，造成冷鐓開(kāi)裂，而對(duì)于中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火，在 AC1 (20-30%) 加熱后，爐冷到略低于 Ar1 ，溫度約 700 攝氏度等溫一段時(shí)間，然后爐冷至 500 攝氏度左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細(xì)，由片狀變球狀，冷鐓開(kāi)裂率將大大減少。 35\45\ML35\SWRCH35K 鋼軟化退火溫度一般區(qū)域?yàn)?715 － 735 攝氏度；而 SCM435\40Cr\SCR435 鋼球化退火加熱溫度一般區(qū)域?yàn)?740 － 770 攝氏度，等溫溫度 680 － 700 攝氏度。

3、剝殼除磷

冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序?yàn)閯兞?，除磷，有機(jī)械除磷和化學(xué)酸洗兩種方法。用機(jī)械除磷取代盤條的化學(xué)酸洗工序，既提高了生產(chǎn)率，又減少了環(huán)境污染。此除磷過(guò)程包括彎曲法（普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條），噴九法等，除磷效果較好，但不能使殘余鐵磷去凈（氧化鐵皮清除率為 97 %），尤其是氧化鐵皮粘附性很強(qiáng)時(shí)，因此，機(jī)械除磷受鐵皮厚度，結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)的影響，使用于低強(qiáng)度緊固件（小于等于 6.8 級(jí)）用的碳鋼盤條。高強(qiáng)度螺栓（大于等于 8.8 級(jí)）用盤條在機(jī)械除磷后，為除凈所有的氧化鐵皮，再經(jīng)化學(xué)酸洗工序即復(fù)合除磷。 對(duì)低碳鋼盤條而言，機(jī)械除磷殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當(dāng)粒拔?？子捎诒P條鋼絲摩擦外溫時(shí)粘附上鐵皮，使盤條鋼絲表面產(chǎn)生縱向粒痕，盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時(shí)，頭部出現(xiàn)微裂紋的原因， 95 %以上是鋼絲表面在拉拔過(guò)程中產(chǎn)生的劃痕所引起。因此，機(jī)械除磷法不宜用來(lái)高速拉拔。

4、拉拔

拉拔工序有兩個(gè)目的，一是改制原材料的尺寸；二是通過(guò)變形強(qiáng)化作用使緊固件獲得基本的機(jī)械性能，對(duì)于中碳鋼，中碳合金鋼還有一個(gè)目的，即是使盤條控冷后得到的片狀滲碳體在拉拔過(guò)程中盡可能的破解，為隨后的球化（軟化）退火得到粒狀滲碳體做好準(zhǔn)備，然而，有些廠家為降低成本，任意減少拉拔道次，過(guò)大的減面率增加了盤條鋼絲的加工硬化傾向，直接影響了盤條鋼絲的冷鐓性能。 如果各道次的減面率分配不合適，也會(huì)使盤條鋼絲在拉拔過(guò)程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)裂紋，這種沿鋼絲縱向分布，周期一定的裂紋在鋼絲冷鐓過(guò)程中暴露。此外，拉拔過(guò)程中如潤(rùn)滑不好，也可造成冷拔盤條鋼絲有規(guī)律地出現(xiàn)橫裂紋。 盤條鋼絲出出粒絲?？谏暇硗瑫r(shí)的切線方向與拉絲模不同心，會(huì)造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇，使內(nèi)孔失圓，造成鋼絲圓周方向的拉拔變形不均勻，使鋼絲的圓度超差，在冷鐓過(guò)程中鋼絲橫截面應(yīng)力不均勻而影響冷鐓合格率。 盤條鋼絲拉拔過(guò)程中，過(guò)大的部分減面率使鋼絲的表面質(zhì)量惡化，而過(guò)低的減面率卻不利于片狀滲碳體的破碎，難以獲得盡可能多的粒狀滲碳體，即滲碳體的球化率低，對(duì)鋼絲的冷鐓性能極為不利，采用拉拔方式生產(chǎn)的棒料和盤條鋼絲，部分減面率直控制在 10 %－ 15 %的范圍內(nèi)。

5、冷鍛成形

通常，螺栓頭部的成形采用冷鐓塑性加工，同切削加工相比，金屬纖維（金屬留線）沿產(chǎn)品形狀呈連續(xù)狀，中間無(wú)切斷，因而提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，特別是機(jī)械性能優(yōu)良。 冷鐓成形工藝包括切料與成形，分單工位單擊，雙擊冷鐓和多工位自動(dòng)冷鐓。一臺(tái)自動(dòng)冷鐓機(jī)分別在幾個(gè)成型凹模里進(jìn)行沖壓，鐓鍛，擠壓和縮徑等多工位工藝。 單工位或多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)使用的原始毛坯的加工特點(diǎn)是由材料尺寸長(zhǎng) 5 － 6 米的棒料或重量為 1900 － 2000KG 的盤條鋼絲的尺寸決定的，即加工工藝的特點(diǎn)在于冷鐓成型不是采用預(yù)先切好的單件毛坯，而是采用自動(dòng)冷鐓機(jī)本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的（必要時(shí)）毛坯。 在擠壓型腔之前，毛坯必須進(jìn)行整形。通過(guò)整形可得到符合工藝要求的毛坯。在鐓鍛，縮徑和正擠壓之前，毛坯不需整形。毛坯切斷后，送到鐓粗整形工位。該工位可提高毛坯的質(zhì)量，可使下一個(gè)工位的成型力降低 15 － 17 %，并能延長(zhǎng)模具壽命，制造螺栓可采用多次縮徑。 冷鐓成型所能達(dá)到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關(guān)。此外，它還取決于所用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝特點(diǎn)及其狀態(tài)，工模具精度，壽命和磨損程度。 冷鐓成型和擠壓使用的高合金鋼，硬質(zhì)合金模具的工作表面粗糙度不應(yīng)大 Ra=0.2um， 這類模具工作表面的粗糙度達(dá)到 Ra=0.025-0.050um 時(shí)，具有最高壽命。

6、螺紋加工

螺栓螺紋一般采用冷加工，使一定直徑范圍內(nèi)的螺紋坯料通過(guò)搓（滾）絲板（模），由絲板（滾模）壓力使螺紋成形?？色@得螺紋部分的塑性流線不被切斷，強(qiáng)度增加，精度高，質(zhì)量均一的產(chǎn)品，因而被廣泛采用。 為了制出最終產(chǎn)品的螺紋外徑，所需要的螺紋坯徑是不同的，因?yàn)樗苈菁y精度，材料有無(wú)鍍層等因素限制。 滾（搓）壓螺紋是指利用塑性變形使螺紋牙成形的加工方法。它是用帶有和被加工的螺紋同樣螺距和牙形的滾壓（搓絲板）模具，一邊擠壓圓柱形螺坯，一邊使螺坯轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將滾壓模具上的牙形轉(zhuǎn)移到螺坯上，使螺紋成形。 滾（搓）壓螺紋加工的共同點(diǎn)是滾動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)不必太多，如果過(guò)多，則效率低，螺紋牙表面容易產(chǎn)生分離現(xiàn)象或者亂扣現(xiàn)象。反之，如果轉(zhuǎn)數(shù)太少，螺紋直徑容易失圓，滾壓初期壓力異常增高，造成模具壽命縮短。滾壓螺紋常見(jiàn)的缺陷：螺紋部分表面裂紋或劃傷；亂扣；螺紋部分失圓。這些缺陷若大量發(fā)生，就會(huì)在加工階段被發(fā)現(xiàn)。如果發(fā)生的數(shù)量較少，生產(chǎn)過(guò)程注意不到這些缺陷就會(huì)流通到用戶，造成麻煩。因此，應(yīng)歸納加工條件的關(guān)鍵問(wèn)題，在生產(chǎn)過(guò)程控制這些關(guān)鍵因素。

7、處理

高強(qiáng)度緊固件根據(jù)技術(shù)要求都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。熱處理調(diào)質(zhì)是為了提高緊固件的綜合機(jī)械性能，以滿足產(chǎn)品規(guī)定的抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比。 熱處理工藝對(duì)高強(qiáng)度緊固件尤其是它的內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，因此，要想生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度緊固件，必須要有先進(jìn)的熱處理技術(shù)裝備。 由于高強(qiáng)度螺栓生產(chǎn)量大，價(jià)格低廉，螺紋部分又是比較細(xì)微相對(duì)精密的結(jié)構(gòu)，因此，要求熱處理設(shè)備必須具備生產(chǎn)能力大，自動(dòng)化程度高，熱處理質(zhì)量好的能力。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)帶有保護(hù)氣氛的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線已占主導(dǎo)地位，震底式，網(wǎng)帶爐尤其適用于中小規(guī)格緊固件的熱處理調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)線除了爐子密封性能好以外，還具有先進(jìn)的氣氛，溫度和工藝參數(shù)計(jì)算機(jī)控制，設(shè)備故障報(bào)警和顯示功能。高強(qiáng)度緊固件從上料－清洗－加熱－淬火－清洗－回火－著色到下線，全部自動(dòng)控制運(yùn)行，有效保證了熱處理質(zhì)量。 螺紋的脫碳會(huì)導(dǎo)致緊固件在未達(dá)到機(jī)械性能要求的抗力時(shí)先發(fā)生脫扣，使螺紋緊固件失效，縮短使用壽命。由于原料的脫碳，如果退火不當(dāng)，更會(huì)使原材料脫碳層加深。調(diào)質(zhì)熱處理過(guò)程中，一般會(huì)從爐外帶進(jìn)來(lái)一些氧化氣體。棒料鋼絲的鐵銹或冷拔后盤條鋼絲表面上的殘留物，入爐加熱后也會(huì)分解，反應(yīng)生成一些氧化性氣體。例如，鋼絲的表面鐵銹，它的成分是碳酸鐵及氫氧化物，在加熱后將分解成CO?及H?O，從而加重了脫碳。研究表明，中碳合金鋼的脫碳程度較碳鋼嚴(yán)重，而最快的脫碳溫度在 700 － 800 攝氏度之間。由于鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成二氧化碳和水的速度很快，如果連續(xù)式網(wǎng)帶爐爐氣控制不當(dāng)，也會(huì)造成螺絲脫碳超差。 高強(qiáng)度螺栓當(dāng)采用冷鐓成形時(shí)，原材料和退火的脫碳層不但仍然存在，而且被擠壓到螺紋的頂部，對(duì)于需要淬火的緊固件表面，得不到所要求的硬度，其機(jī)械性能（特別是強(qiáng)度和耐磨性）降低。另外，鋼絲表面脫碳，表層與內(nèi)部組織不同而具有不同的膨脹系數(shù)，淬火時(shí)有可能產(chǎn)生表面裂紋。 為此，在淬火加熱時(shí)要保護(hù)螺紋頂部不脫碳，還要對(duì)原材料已脫碳的緊固件進(jìn)行適度的覆碳，把網(wǎng)帶爐中的保護(hù)氣氛的優(yōu)勢(shì)調(diào)到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脫碳的緊固件慢慢恢復(fù)到原來(lái)的含碳量，碳勢(shì)設(shè)定在 0.42 %－ 0.48 %為宜，覆碳溫度與淬火加熱相同，不能在高溫下進(jìn)行，以免晶粒粗大，影響機(jī)械性能。 緊固件在調(diào)質(zhì)淬火過(guò)程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題主要有：淬火態(tài)硬度不足；淬火態(tài)硬度不均；淬火變形超差；淬火開(kāi)裂?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的這類問(wèn)題往往與原材料，淬火加熱和淬火冷卻有關(guān)，正確制訂熱處理工藝，規(guī)范生產(chǎn)操作過(guò)程，往往可以避免此類質(zhì)量事故。

8、檢驗(yàn)

綜上所述，影響高強(qiáng)度緊固件品質(zhì)的工藝因素有鋼材設(shè)計(jì)，球化退火，剝殼除磷，拉撥，冷鐓成形，螺紋加工，熱處理等方面，有時(shí)則是諸種因素的疊加。

高強(qiáng)度螺栓工藝流程

高強(qiáng)度螺栓鎳磷鍍的工藝流程由三部分組成：

第一部分是前處理工序，包括高強(qiáng)度螺栓鍍前的精度和外觀檢查、手工除油、浸泡除油、酸洗、電活化和閃鍍鎳等工序；

第二部分化學(xué)鍍鎳處理工序；

第三部分是后處理工序，包括驅(qū)氫熱處理、拋光和成品檢查等工序。如下：

螺栓化學(xué)成分檢查→螺栓鍍前精度、外觀檢查→手工除油→外觀檢查→浸泡除油→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→電活化→冷水洗→閃鍍鎳→冷水洗→去離子水洗→化學(xué)鍍鎳→去離子水洗→冷水洗→驅(qū)氫→拋光→成品檢查。

高強(qiáng)度螺栓關(guān)鍵工序

前處理工藝是決定高強(qiáng)度螺栓鎳磷鍍質(zhì)量的關(guān)鍵工序，此工序的目的是去除螺栓表面鈍化層并阻止鈍化膜的再生。該工序的執(zhí)行狀況直接決定了基體與鍍層結(jié)合的好壞程度。針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量事故大部分是由于螺栓前處理不良造成。在施鍍前必須認(rèn)真地除盡螺栓表面附著的油污、銹跡和氧化皮；與電鍍的區(qū)別是應(yīng)更仔細(xì)檢驗(yàn)，對(duì)處理不凈的螺栓絕對(duì)不允許鍍覆。

①螺栓的檢查；目測(cè)檢查螺栓表面質(zhì)量，要求任何加工留下的毛刺必須去除，尖銳的棱角邊緣須倒圓。

②手工除油；保證基體表面無(wú)油漬。

③浸泡除油；將螺栓放入堿水煮以去除表面油污。

④酸洗；為防止堿性除油溶液污染閃鍍鎳鍍槽，在閃鍍鎳前用酸洗液進(jìn)行電活化處理。

⑤電活化；用酸溶液進(jìn)行電活化處理。

⑥閃鍍鎳；對(duì)低合金鋼都應(yīng)該采用閃鍍鎳，以增加鍍層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。

高強(qiáng)度螺栓后工序

鎳磷鍍后處理包括驅(qū)氫、拋光兩個(gè)主要工序。

①驅(qū)氫；按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，鍍后驅(qū)氫溫度為200±10℃，處理時(shí)間2h。200℃有利于消除氫脆，松弛內(nèi)應(yīng)力，提高鍍層與基體的結(jié)合力，改善鍍層的耐腐蝕性能。

②拋光；拋光的螺栓外觀光亮，但為更好地提高鍍層質(zhì)量，平整微小的痕跡，得到光亮似鏡面的表面，需用拋光機(jī)拋光鍍層。

當(dāng)今大飛機(jī)、大型發(fā)電設(shè)備、汽車、高速火車、大型船舶、大型成套設(shè)備等為代表的先進(jìn)制造已將進(jìn)入重要的發(fā)展方向。由此，緊固件將進(jìn)入重要的發(fā)展階段。高強(qiáng)度螺栓用于重要機(jī)械的連接，反復(fù)的拆裝或各式的安裝扭矩法對(duì)高強(qiáng)度螺栓要求極高。因此，對(duì)其表面狀況及螺紋精度的好壞，將直接影響主機(jī)的使用壽命及安全。為了改善摩擦系數(shù)，避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)銹蝕、咬死或卡住，技術(shù)要求規(guī)定其表面應(yīng)進(jìn)行鎳磷鍍處理。鍍層厚度保證在0.02～0.03mm范圍內(nèi)，鍍層均勻，致密、無(wú)針孔等。

螺栓材料為：18Cr2Ni4W、25Cr2MoV鋼；螺栓規(guī)格：M27～M48。由于該類鋼容易在表面形成一層鈍化膜，而此鈍化膜將使螺栓不能獲得附著力良好的化學(xué)鎳磷層，所以必須采取特殊的前處理措施將膜先行除去，并且應(yīng)采取措施阻止其再生成，才能保證鍍后的鍍層與基體之間具有良好的結(jié)合力。同時(shí)由于該螺栓幾何尺寸大，都給鎳磷鍍處理及過(guò)程的品質(zhì)檢測(cè)增加了難度。

摩擦型高強(qiáng)度螺栓：適用于鋼框架結(jié)構(gòu)梁、柱連接，實(shí)腹梁連接，工業(yè)廠房的重型吊車梁連接，制動(dòng)系統(tǒng)和承受動(dòng)荷載的重要結(jié)構(gòu)的連接。

承壓型高強(qiáng)度螺栓：可用于允許產(chǎn)生少量滑動(dòng)的靜載結(jié)構(gòu)或間接承受動(dòng)荷載的構(gòu)件中的抗剪連接。

抗拉型高強(qiáng)度螺栓：螺栓受拉時(shí)，疲勞強(qiáng)度較低，在動(dòng)載作用下，其承載能力不易超過(guò)0.6P(P為螺栓的允許軸力)，因此，僅適用于靜載作用下使用，如受壓桿件的法蘭對(duì)接、T型接頭等。

關(guān)于高強(qiáng)度螺栓的幾個(gè)概念1.按規(guī)定螺栓的性能等級(jí)在8.8級(jí)以上者，稱為高強(qiáng)度螺栓.現(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只羅列到M39，對(duì)于大尺寸規(guī)格，特別是長(zhǎng)度大于10~15倍的高強(qiáng)度螺栓，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)尚屬短線。

高強(qiáng)螺栓與普通螺栓區(qū)別：

高強(qiáng)度螺栓就是可承受的載荷比同規(guī)格的普通螺栓要大。

普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。高強(qiáng)度螺栓的材料35#鋼或其它優(yōu)質(zhì)材料，制成后進(jìn)行熱處理，提高了強(qiáng)度。

兩者的區(qū)別是材料強(qiáng)度的不同。

從原材料看：

高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強(qiáng)鋼材制作，常用45號(hào)鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235（相當(dāng)于過(guò)去的A3）鋼制造。

從強(qiáng)度等級(jí)上看：高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，其中10.9級(jí)居多。普通螺栓強(qiáng)度等級(jí)要低，一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8級(jí)。

從受力特點(diǎn)來(lái)看：高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來(lái)傳遞剪力，擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)壓力很小，其影響可以忽略不計(jì)，而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外，還給螺栓施加很大預(yù)壓力，使連接構(gòu)件間產(chǎn)生擠壓力，從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力，而且預(yù)壓力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強(qiáng)螺栓的承載力。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12，常用M16~M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。

高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型連接的區(qū)別：

高強(qiáng)螺栓連接是通過(guò)螺栓桿內(nèi)很大的擰緊預(yù)壓力把連接板的板件夾緊，足以產(chǎn)生很大的摩擦力，從而提高連接的整體性和剛度，當(dāng)受剪力時(shí)，按照設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為高強(qiáng)螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)螺栓承壓型連接兩種，兩者的本質(zhì)區(qū)別是極限狀態(tài)不同，雖然是同一種螺栓，但是在計(jì)算方法、要求、適用范圍等方面都有很大的不同。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接是以外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力作為極限狀態(tài)，也即是保證連接在整個(gè)使用期間內(nèi)外剪力不超過(guò)最大摩擦力。板件不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移變形（螺桿和孔壁之間始終保持原有的空隙量），被連接板件按彈性整體受力。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓承壓型連接中允許外剪力超過(guò)最大摩擦力，這時(shí)被連接板件之間發(fā)生相對(duì)滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞作為連接受剪的極限狀態(tài)?？傊?，摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓實(shí)際上是同一種螺栓，只不過(guò)是設(shè)計(jì)是否考慮滑移。摩擦型高強(qiáng)螺栓絕對(duì)不能滑動(dòng)，螺栓不承受剪力，一旦滑移，設(shè)計(jì)就認(rèn)為達(dá)到破壞狀態(tài)，在技術(shù)上比較成熟；承壓型高強(qiáng)螺栓可以滑動(dòng)，螺栓也承受剪力，最終破壞相當(dāng)于普通螺栓破壞（螺栓剪壞或鋼板壓壞）。

從使用上看：

建筑結(jié)構(gòu)的主構(gòu)件的螺栓連接，一般均采用高強(qiáng)螺栓連接。普通螺栓可重復(fù)使用，高強(qiáng)螺栓不可重復(fù)使用。高強(qiáng)螺栓一般用于永久連接。

高強(qiáng)螺栓是預(yù)應(yīng)力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規(guī)定預(yù)應(yīng)力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用。普通螺栓只需擰緊即可。

普通螺栓一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8級(jí)。高強(qiáng)螺栓一般為8.8級(jí)和10.9級(jí)，其中10.9級(jí)居多。

8.8級(jí) 與8.8S 是相同等級(jí)。普通螺栓與高強(qiáng)螺栓的受力性能與計(jì)算方法均有所區(qū)別的。高強(qiáng)螺栓的受力首先是通過(guò)在其內(nèi)部施加預(yù)拉力P，然后在被連接件之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦阻力來(lái)承受外荷載的，而普通螺栓則是直接承受外荷載的。

更具體的來(lái)說(shuō)：

高強(qiáng)度螺栓連接具有施工簡(jiǎn)單、受力性能好、可拆換、耐疲勞、以及在動(dòng)力荷載作用下不致松動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的連接方法。

高強(qiáng)度螺栓是用特制的扳手上緊螺帽，使螺栓產(chǎn)生巨大而又受控制的預(yù)拉力，通過(guò)螺帽和墊板，對(duì)被連接件也產(chǎn)生了同樣大小的預(yù)壓力。在預(yù)壓力作用下，沿被連接件表面就會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，顯然，只要軸力小于此摩擦力，構(gòu)件便不會(huì)滑移，連接就不會(huì)受到破壞，這就是高強(qiáng)度螺栓連接的原理。

高強(qiáng)度螺栓連接是靠連接件接觸面間的摩擦力來(lái)阻止其相互滑移的，為使接觸面有足夠的摩擦力，就必須提高構(gòu)件的夾緊力和增大構(gòu)件接觸面的摩擦系數(shù)。構(gòu)件間的夾緊力是靠對(duì)螺栓施加預(yù)拉力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以螺栓必須采用高強(qiáng)度鋼制造，這也就是稱為高強(qiáng)度螺栓連接的原因。

高強(qiáng)度螺栓連接中，摩擦系數(shù)的大小對(duì)承載力的影響很大。試驗(yàn)表明，摩擦系數(shù)主要受接觸面的形式和構(gòu)件的材質(zhì)影響。為了增大接觸面的摩擦系數(shù)，施工時(shí)常采用應(yīng)噴砂、用鋼絲刷清理等方法對(duì)連接范圍內(nèi)構(gòu)件接觸面進(jìn)行處理。

1 材料及主要機(jī)具：

1.1 螺栓、螺母、墊圈均應(yīng)附有質(zhì)量證明書(shū)，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

1.2 高強(qiáng)螺栓入庫(kù)應(yīng)按規(guī)格分類存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套，螺紋損傷時(shí)，不得使用。螺栓、螺母、墊圈有銹蝕，應(yīng)抽樣檢查緊固軸力，滿足要求后方可使用。

螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀態(tài)。必須按批號(hào)，同批內(nèi)配套使用，不得混放、混用。

1.3 主要機(jī)具：電動(dòng)扭矩扳手及控制儀、手動(dòng)扭矩扳手、手工扳手、鋼絲刷、工具袋等。

2 作業(yè)條件：

2.1 摩擦面處理：摩擦面采用噴砂、砂輪打磨等方法進(jìn)行處理，摩擦系數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求（一要求Q235 鋼為0.45 以上，16 錳鋼為0.55 以上）。摩擦面木允許有殘留氧化鐵皮，處理后的摩擦面可生成赤銹面后安裝螺栓（一般露天存10d 左右），用噴砂處理的摩擦面不必生銹即可安裝螺栓。采用砂輪打磨時(shí)，打磨范圍不小于螺栓直徑的4 倍，打磨方向與受力方向垂直，打磨后的摩擦面應(yīng)無(wú)明顯不平。摩擦面防止被油或油漆等污染，如污染應(yīng)徹底清理干凈。

2.2 檢查螺栓孔的孔徑尺寸，孔邊有毛刺必須清除掉。

2.3 同一批號(hào)、規(guī)格的螺栓、螺母、墊圈，應(yīng)配套裝箱待用。

2.4 電動(dòng)扳手及手動(dòng)扳手應(yīng)經(jīng)過(guò)標(biāo)定。

1　主題內(nèi)容與適用范圍

本技術(shù)要求規(guī)定了移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓副連接件在制造、安裝和檢驗(yàn)過(guò)程中的技術(shù)要求。本技術(shù)要求未規(guī)定的內(nèi)容，按有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

本技術(shù)要求適用于需要應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓連接的移動(dòng)機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)。本技術(shù)要求應(yīng)用于制造廠內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)安裝的質(zhì)量控制和施工方法。

2 結(jié)合面處理

2.1 摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，要求接頭處的結(jié)合面密貼，并具有足夠的摩擦系數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)圖樣對(duì)該結(jié)合面的處理要求未作規(guī)定時(shí)，按以下規(guī)定進(jìn)行處理：對(duì)高強(qiáng)度螺栓結(jié)合面進(jìn)行噴砂或拋丸處理，清除表面上鐵銹、油污等雜質(zhì)，達(dá)到Sa2.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，粗糙度50～75μm，其摩擦系數(shù)不得低于0.40。圖紙有規(guī)定時(shí)，按圖紙規(guī)定執(zhí)行。

2.2經(jīng)處理后的高強(qiáng)度螺栓連接處摩擦面，應(yīng)采取保護(hù)措施，防止沾染臟物和油污。嚴(yán)禁在高強(qiáng)度螺栓連接處摩擦面上作任何標(biāo)記。在廠內(nèi)存放，或在運(yùn)輸，到安裝現(xiàn)場(chǎng)保管中要特別防止連接表面的污染。安裝單位要特別注意保護(hù)好高強(qiáng)度螺栓的連接板和母體的連接表面的清潔度摩擦表面的特性。不允許隨意使用砂輪機(jī)打磨連接板連接面和母體連接表面。

3 高強(qiáng)度螺栓摩擦面的抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)

抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)應(yīng)以鋼結(jié)構(gòu)制造批為單位，以單項(xiàng)工程每2000t為一制造批，不足2000t者視作一批，單項(xiàng)工程的構(gòu)件摩擦面選用兩種及兩種以上表面處理工藝時(shí)，則每種表面處理工藝均需檢驗(yàn)。每批三組試件。若連接處為擴(kuò)散到外部企業(yè)時(shí)，相應(yīng)的每個(gè)企業(yè)都應(yīng)做抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)。

3.1抗滑移系數(shù)試驗(yàn)用的試件應(yīng)由廠內(nèi)或擴(kuò)散企業(yè)加工，試件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)為同一材質(zhì)、同批制作、采用同一摩擦面處理工藝和具有相同的表面狀態(tài)，并應(yīng)用同批同一性能等級(jí)的高強(qiáng)度螺栓連接副，在同一環(huán)境條件下存放?？够葡禂?shù)試驗(yàn)按GB50205《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》試驗(yàn)方法進(jìn)行。

3.2抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)的最小值必須等于或大于設(shè)計(jì)規(guī)定值。當(dāng)不符合上述規(guī)定值時(shí)，構(gòu)件摩擦面應(yīng)重新處理。處理后的構(gòu)件摩擦面重新檢驗(yàn)。

4鋼結(jié)構(gòu)用摩擦型高強(qiáng)度螺栓的連接安裝

4.1安裝前的準(zhǔn)備工作

4.2選用檢驗(yàn)合格的螺栓、螺母和墊圈。其連接副扭矩系數(shù)保證期為自出廠之日起六個(gè)月。

4.3螺栓、螺母、墊圈有下列情況為不合格品，禁止使用。

a. 來(lái)源(制造廠)不明者；

b. 機(jī)械性能不明者；

c. 扭矩系數(shù)k不明者；

d. 有裂紋、傷痕 、毛刺、彎曲、鐵銹、螺紋磨損、油污、被水淋濕過(guò)或有缺陷者；

e. 未附帶性能試驗(yàn)報(bào)告者；

f. 與其它批號(hào)螺栓混合者；

g. 長(zhǎng)度不夠的螺栓，即擰緊后螺栓頭露不出螺母端面者。一般取伸出螺母端面的長(zhǎng)度以2～3扣螺紋為宜。

h. 連接副扭矩系數(shù)超過(guò)保證期的。

在運(yùn)輸和保管中要特別注意防水。

4.4大六角頭高強(qiáng)度螺栓施工前，應(yīng)按出廠批復(fù)驗(yàn)高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)，每批復(fù)驗(yàn)8套，8套扭矩系數(shù)的平均值應(yīng)在0.110～0.150范圍之內(nèi)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于0.010。其扭矩系數(shù)復(fù)檢方法按GB50205《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)后應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的安裝。

質(zhì)量方面注意事項(xiàng)

（1）表面浮銹、油污、螺栓孔壁有毛刺、焊瘤等均應(yīng)清理干凈。

（2）接觸摩擦面處理后要達(dá)到規(guī)定的抗劃移系數(shù)要求。使用的高強(qiáng)度螺栓應(yīng)有配套的螺母、墊圈，使用時(shí)按配套使用，不得互換。

（3）處理好的構(gòu)件摩擦面安裝時(shí)不允許沾油污、泥土等雜物。

（4）安裝時(shí)組件摩擦面應(yīng)保持干燥，不應(yīng)在雨中作業(yè)。

（5）在安裝前嚴(yán)格檢查并校正連接的鋼板的變形。

（6）安裝時(shí)禁止錘擊打入螺栓以防止螺栓絲扣受損。

（7）使用時(shí)定期檢測(cè)的電動(dòng)扳手，保證扭矩的準(zhǔn)確度，并按正確的扭緊順序操作。

主要安全技術(shù)措施

（1）使用活動(dòng)扳手的扳口尺寸應(yīng)于螺母的尺寸相符，不應(yīng)使用小扳手上加套管。高空中作業(yè)應(yīng)使用死扳手，如用活扳手時(shí)用用繩子拴牢，人要系好安全帶。

（2）組裝鋼構(gòu)件連接螺栓時(shí)，嚴(yán)禁用手插連接面或探摸螺孔，取放墊鐵板時(shí)，手指應(yīng)放在墊鐵板的兩側(cè)。

《高強(qiáng)度螺栓連接設(shè)計(jì)與施工》共分10章，分別是：高強(qiáng)度螺栓連接及其分類、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力值確定及緊固原理、受剪作用的摩擦型連接接頭、受拉剪組合作用的摩擦型連接接頭、承壓型高強(qiáng)度螺栓連接、摩擦—承壓型受剪連接接頭變形準(zhǔn)則、高強(qiáng)度螺栓受拉連接接頭、高強(qiáng)度螺栓與焊縫并用連接、高強(qiáng)度螺栓連接施工、高強(qiáng)度螺栓連接施工質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收。

第1章高強(qiáng)度螺栓連接及其分類

1.1高強(qiáng)度螺栓連接機(jī)理及其特點(diǎn)

1.2高強(qiáng)度螺栓連接分類

1.3高強(qiáng)度螺栓連接副及其分類

第2章高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力值確定及其緊固原理

2.1高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力（緊固軸力）的確定

2.2大六角頭高強(qiáng)度螺栓扭矩緊固原理

2.3大六角頭高強(qiáng)度螺栓螺母轉(zhuǎn)角法緊固原理

2.4扭剪型高強(qiáng)度螺栓緊固原理

第3章受剪作用的摩擦型連接接頭

3.1連接板摩擦面處理及抗滑移系數(shù)

3.2涂層摩擦面抗滑移系數(shù)

3.3螺栓孔距對(duì)抗滑移系數(shù)的影響

3.4螺栓孔型系數(shù)

3.5連接接頭設(shè)計(jì)

第4章受拉剪組合作用的摩擦型連接接頭

4.1試驗(yàn)情況

4.2雙剪摩擦面接頭抗滑移試驗(yàn)

4.3單剪摩擦面接頭抗滑移試驗(yàn)

4.4拉剪組合作用下連接接頭抗滑移試驗(yàn)

4.5連接接頭設(shè)計(jì)建議

第5章承壓型高強(qiáng)度螺栓連接

5.1高強(qiáng)度螺栓的剪切強(qiáng)度

5.2連接鋼板的承壓強(qiáng)度

5.3帶孔板的受力性能

5.4承壓型連接接頭承載力

第6章摩擦—承壓型受剪連接接頭變形準(zhǔn)則

6.1變形準(zhǔn)則的基本原理及國(guó)內(nèi)外研究概況

6.2試驗(yàn)研究

6.3多栓接頭中螺栓不同時(shí)承壓?jiǎn)栴}的理論分析

6.4多栓接頭承壓力的理論分析和計(jì)算

6.5變形準(zhǔn)則在連接設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

6.6結(jié)論

第7章高強(qiáng)度螺栓受拉連接接頭

7.1高強(qiáng)度螺栓受拉連接的工作機(jī)理

7.2T形受拉件中高強(qiáng)度螺栓撬力（杠桿力）計(jì)算

7.3T形受拉連接接頭設(shè)計(jì)

7.4外伸式端板連接接頭設(shè)計(jì)

7.5軸向拉力作用下鋼管法蘭連接

第8章高強(qiáng)度螺栓與焊縫并用連接

8.1試驗(yàn)概況

8.2有限元分析及其與試驗(yàn)結(jié)果的比較

8.3栓焊并用連接節(jié)點(diǎn)承載力設(shè)計(jì)公式分析

8.4設(shè)計(jì)建議

第9章高強(qiáng)度螺栓連接施工

9.1連接件加工與制孔

9.2高強(qiáng)度螺栓連接安裝

9.3大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副扭矩法緊固

9.4扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副緊固

9.5高強(qiáng)度螺栓連接副轉(zhuǎn)角法緊固

9.6高強(qiáng)度螺栓連接副儲(chǔ)運(yùn)與保管

9.7高強(qiáng)度螺栓連接副轉(zhuǎn)角法緊固試驗(yàn)研究

第10章高強(qiáng)度螺栓連接施工質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收

10.1高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

10.2扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

10.3摩擦面抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)

10.4緊固質(zhì)量檢驗(yàn)

10.5施工質(zhì)量驗(yàn)收

附錄T形受拉連接接頭撬力（杠桿力）速算圖表

附1高強(qiáng)度螺栓連接副（10.9S） Q235連接板材

附2高強(qiáng)度螺栓連接副（8.8S） Q235連接板材

附3高強(qiáng)度螺栓連接副（10.9S） Q345連接板材

附4高強(qiáng)度螺栓連接副（8.8S） Q345連接板材

附5高強(qiáng)度螺栓連接副（10.9S） Q390連接板材

附6高強(qiáng)度螺栓連接副（8.8S） Q390連接板材

附7高強(qiáng)度螺栓連接副（10.9S） Q420連接板材

附8高強(qiáng)度螺栓連接副（8.8S） Q420連接板材

參考文獻(xiàn)