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扭轉(zhuǎn)力檢測

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發(fā)布時間：2025-08-10 06:00:08 更新時間：2025-08-09 06:00:09

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作者：中科光析科學技術(shù)研究所檢測中心

扭轉(zhuǎn)力檢測：確保機械部件性能的關(guān)鍵質(zhì)量保障

扭轉(zhuǎn)力，亦稱扭矩（Torque），是物體繞軸線旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的力矩，是機械工程、汽車制造、航空航天、精密儀器等領(lǐng)域的關(guān)鍵力學參數(shù)。扭轉(zhuǎn)力檢測的核心在于評估材料、部件或連接件在扭轉(zhuǎn)載荷下的性能表現(xiàn)，例如抗扭強度、扭轉(zhuǎn)剛度、疲勞壽命以及緊固件（如螺栓、螺絲）的裝配質(zhì)量。精確的扭轉(zhuǎn)力測試不僅能預防因扭矩不足導致的松動失效，也能避免因過載引發(fā)的結(jié)構(gòu)損傷（如軸斷裂、螺紋滑牙），對產(chǎn)品安全性、可靠性和使用壽命具有決定性影響。因此，建立科學、規(guī)范的扭轉(zhuǎn)力檢測體系是制造業(yè)質(zhì)量控制不可或缺的環(huán)節(jié)。

核心檢測項目

扭轉(zhuǎn)力檢測通常涵蓋以下關(guān)鍵項目：

靜態(tài)扭矩測試： 測量在緩慢、穩(wěn)定加載直至破壞或達到規(guī)定角度/位移時所能承受的最大扭矩（破壞扭矩）或屈服扭矩，評估材料的極限扭轉(zhuǎn)強度和塑性變形能力。
動態(tài)扭矩測試： 模擬實際工況下的交變扭轉(zhuǎn)載荷，測定部件的扭轉(zhuǎn)疲勞極限、壽命及在循環(huán)載荷下的剛度變化。
緊固件裝配扭矩與控制： 驗證螺栓、螺母等緊固件在裝配過程中施加的初始扭矩（安裝扭矩）是否達標，以及使用后的殘余扭矩（拆卸扭矩），確保連接的可靠性和防松性能。
扭轉(zhuǎn)剛度/柔度： 測量在彈性范圍內(nèi)，單位扭角所需的扭矩大小，反映部件抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。
扭轉(zhuǎn)變形與角度測量： 記錄扭矩加載過程中伴隨的扭轉(zhuǎn)角度變化，用于繪制扭矩-角度曲線，分析材料或結(jié)構(gòu)的力學行為。

主要檢測儀器

進行扭轉(zhuǎn)力檢測需依賴專用精密儀器：

扭轉(zhuǎn)試驗機： 核心設(shè)備，用于材料、軸類、桿件等的靜態(tài)和動態(tài)扭轉(zhuǎn)測試。一般由扭矩傳感器、角度編碼器、伺服加載系統(tǒng)（電動或液壓）及控制軟件組成。根據(jù)量程和精度可分為臺式小型試驗機和落地式大型試驗機。
扭矩扳手（測力扳手/表盤扳手/數(shù)顯扳手）： 最常用的緊固件裝配和檢測工具，可直接設(shè)定并顯示施加的扭矩值，用于安裝控制和扭矩校驗。
扭矩傳感器（動態(tài)/靜態(tài)）： 核心測量元件，可將扭力轉(zhuǎn)換為電信號輸出。類型包括應變片式、相位差式（磁彈性式）等，可集成于試驗機、生產(chǎn)線在線監(jiān)測系統(tǒng)或作為手持式測量工具（如扭矩測試儀）。
扭矩倍增器： 用于需要超大扭矩但空間受限或人工難以直接施力的場合。
在線扭矩監(jiān)控系統(tǒng)： 集成于自動化裝配線（如汽車發(fā)動機、變速箱生產(chǎn)線），實時監(jiān)控并記錄每個緊固點的裝配扭矩，實現(xiàn)過程控制和數(shù)據(jù)追溯。

常用檢測方法

根據(jù)測試目的和對象，主要采用以下方法：

靜態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗（破壞/非破壞）： 在試驗機上對試樣勻速施加扭矩，連續(xù)記錄扭矩和扭轉(zhuǎn)角直至試樣斷裂（破壞試驗）或達到預定值（非破壞試驗），獲取扭矩-角度曲線及各項強度、剛度指標。
動態(tài)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗： 對試樣施加周期性或隨機性的扭轉(zhuǎn)載荷（常為恒幅正弦波），直至發(fā)生疲勞失效，測定其疲勞壽命（S-N曲線）或疲勞極限。
扭矩校驗： 使用更高精度的標準扭矩測量裝置（如扭矩傳感器和標定儀）對扭矩扳手、試驗機等設(shè)備進行定期校準，確保其測量精度。
裝配扭矩測試：
- 安裝扭矩法： 使用經(jīng)過校準的扭矩工具（如扭矩扳手）按規(guī)范直接擰緊緊固件，并記錄最終扭矩值。
- 標記法（再擰緊法）： 先在緊固件和被連接件上做標記，將緊固件擰松一小角度（通常30°），再緩慢擰緊至標記重新對齊，記錄此過程中的最大扭矩值（即殘余扭矩）。
- 轉(zhuǎn)角控制法： 先施加一個較小的起始扭矩（貼合扭矩），再旋轉(zhuǎn)一個規(guī)定的角度，通過控制轉(zhuǎn)角來間接保證達到所需的軸向預緊力（常用于高強度螺栓連接）。

相關(guān)檢測標準

扭轉(zhuǎn)力檢測需嚴格遵循國際、國家或行業(yè)標準，確保結(jié)果的可比性和權(quán)威性：

材料力學性能測試標準：
- ISO 7800: 金屬材料線材單向扭轉(zhuǎn)試驗方法
- ISO 9649: 金屬材料線材雙向扭轉(zhuǎn)試驗方法
- ASTM E143: 室溫下剪切模量的標準試驗方法
- ASTM F1622: 緊固件用螺栓扭力試驗標準規(guī)程
- GB/T 10128: 金屬材料室溫扭轉(zhuǎn)試驗方法
- GB/T 239: 金屬材料線材扭轉(zhuǎn)試驗方法
緊固件裝配與檢測標準：
- ISO 16047: 緊固件扭矩/夾緊力試驗
- ISO 2320: 有效力矩型鋼鎖緊螺母機械和工作性能特性
- VDI 2230: 高強度螺栓連接的系統(tǒng)計算 (德國工程師協(xié)會標準，廣泛引用)
- GB/T 16823.1~3: 螺紋緊固件應力截面積和承載面積 / 扭矩-夾緊力試驗 / 有效力矩型鋼鎖緊螺母試驗方法
- JB/T 9370: 扭轉(zhuǎn)試驗機技術(shù)條件
行業(yè)特定標準： 如汽車行業(yè)的 ISO/TS 16949 雖為體系標準，但其中對關(guān)鍵裝配過程（如發(fā)動機、底盤螺栓連接）的扭矩監(jiān)控有嚴格要求，常引用具體產(chǎn)品標準和客戶工程規(guī)范（如各大車企的裝配工藝標準）。航空航天領(lǐng)域則有NASM 1312等更嚴苛的標準。
設(shè)備校準標準： JJG 797: 扭矩扳子檢定規(guī)程 (中國)， ISO 6789: 手動扭矩工具的設(shè)計、計量特性和測試方法 (國際)。