一种高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法与流程

本发明涉及建筑钢结构和表面改性
技术领域：
，尤其涉及一种高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法。
背景技术：
：不锈钢因其良好的耐腐蚀性能、焊接性能和加工成型性能等优点越来越受到建筑师和结构工程师的青睐。随着不锈钢产量的提高以及设计规范的出现，已经有越来越多的国家将不锈钢作为建筑结构中的重要建筑材料。我国不锈钢在建筑行业的应用起步较晚，近些年来发展迅速，例如不锈钢屋顶、不锈钢的幕墙结构、不锈钢桥梁等。目前，国内外的研究主要存在以下问题：(1)国内针对不锈钢连接节点的研究还很少；(2)虽然国外对不锈钢螺栓连接节点进行了一定的研究，但是研究重点在承压型螺栓连接方式上，缺少对高强螺栓摩擦型连接方式的研究。摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接相比，其连接整体性和连接刚度好，变形小，受力可靠，耐疲劳，实际强度储备大，主要用于重要的结构或承受动力荷载的结构。高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓预紧力所提供的可能最大摩擦力为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内，外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形(螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量)。因此摩擦型螺栓连接的承载力主要与螺栓预紧力值和摩擦面的抗滑移系数有关。然而，目前不锈钢摩擦连接时，其摩擦表面在不进行处理或进行喷砂、拉丝或割痕等常规处理方法的情况下，其抗滑移系数仅为0.2左右，例如，清华大学土木工程系王元清等人在《不锈钢构件螺栓连接摩擦面抗滑移系数试验》中公布的研究结果显示，现有常规方法处理的不锈钢摩擦面抗滑移系数在0.167-0.217之间，均值为0.19，远远不能满足钢结构标准中对高强螺栓摩擦型连接摩擦面抗滑移系数不小于0.45的要求，也就是说，如果基于普通的不锈钢摩擦表面处理方法，是不能将高强螺栓摩擦型连接方式应用于不锈钢钢结构中。因此，急需提供一种特殊的处理方法使不锈钢钢结构高强螺栓摩擦型连接时，其摩擦面的抗滑移系数达到或超过0.45，以实现将高强螺栓摩擦型连接方式应用于不锈钢钢结构中。技术实现要素：鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，用以解决现有处理方法由于不锈钢钢结构螺栓连接表面的抗滑移系数达不到钢结构标准中对高强螺栓摩擦型连接抗滑移系数不小于0.45的要求，使高强螺栓摩擦型连接方式不能应用于不锈钢钢结构中的问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，对高强螺栓连接的两个不锈钢板件的接触面a、接触面b分别进行喷丸处理和超音速火焰热喷涂处理。进一步地，对接触面a进行喷丸处理，使其表面粗糙度为ra5-10μm。进一步地，喷丸操作时，空压机气压为0.2mpa-0.65mpa，气压变幅为0.05mpa-0.1mpa；喷嘴到接触面a的距离为100-300mm，喷射方向与接触面a的法线夹角为30°-40°。进一步地，对接触面a喷丸处理采用的金属磨料为不锈钢铸钢丸或钢丝切丸，磨料粒度为1.2-2.0mm。进一步地，对接触面b进行超音速火焰热喷涂处理，喷涂粉末为不锈钢粉末，涂层厚度为100-150μm。进一步地，对接触面b进行超音速火焰热喷涂处理包括如下步骤：步骤s1：对不锈钢接触面b进行喷砂除锈预处理；步骤s2：对接触面b进行超音速火焰热喷涂处理。进一步地，步骤s2中，喷涂技术参数包括：氧气流量500-700nlpm，燃油流量15～22l/h，载气流量4～5nlpm，辅助冷却空气压力3～5bar，喷涂距离250～350mm，送粉量40～80g/min。进一步地，步骤s1中，喷砂处理采用无水、无油压缩空气喷砂；喷砂后的表面洁净度达到sa2.5。进一步地，喷砂时压缩空气工作压力为0.6～0.8mpa，磨料喷射方向与接触面b法线之间的夹角为15～30°。进一步地，步骤s2中，采用喷涂粉末的主要成分为304不锈钢。进一步地，喷涂粉末的颗粒度为20-50μm。进一步地，喷涂前，对喷涂粉末进行烘干处理。与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：a)本发明提供的高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，通过对高强螺栓连接的两个不锈钢板件的接触面a、接触面b分别进行喷丸处理和超音速火焰热喷涂处理，能够使不锈钢摩擦接触面的抗滑移系数达到了0.45以上，解决了不锈钢钢结构高强螺栓连接的关键技术，使不锈钢钢结构高强螺栓摩擦型连接方式实现工程化应用，有利于不锈钢钢结构的应用和推广。b)本发明提供的高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，工艺步骤简单，工作效率高，成品率高，能够广泛应用于不锈钢钢结构的制造安装，减小不锈钢钢结构的安装变形，提高不锈钢钢结构连接的安全冗余。本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本发明实施例中两栓抗滑移系数测试试件的结构示意图。附图标记：1-盖板；2-内板。具体实施方式下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。本发明的一个具体实施例，公开了一种高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，分别对高强螺栓连接的两个不锈钢板件的接触面a和接触面b进行处理，包括如下步骤：对接触面a进行喷丸处理，使其表面粗糙度为ra5-10μm；对接触面b进行超音速火焰热喷涂处理，喷涂材料为不锈钢粉末。具体实施工艺如下：接触面a喷丸处理，喷丸前对接触面a采用除油剂或酒精擦拭去除油污。喷丸采用的金属磨料为不锈钢铸钢丸或钢丝切丸，磨料的硬度适中、有棱角、干燥(含水量＜2％)、无杂质，磨料粒度为1.2-2.0mm。喷丸用的压缩空气经冷却装置及油水分离器处理，以保证压缩空气干燥、无油；喷丸操作时，空压机气压为0.2mpa-0.65mpa，气压变幅为0.05mpa-0.1mpa。喷嘴到接触面a的距离为100-300mm。喷射方向与接触面a的法线夹角为30°-40°，采用与接触面a的法线夹角30°-40°的喷射角度能够避免垂直喷射造成对基体表面冲击过大，以及反射的丸粒对喷嘴的损伤。喷丸后，使金属结构表面清洁度达到sa2.5。接触面a喷丸处理后，使接触面a的表面粗糙度达到ra5-10μm。接触面b超音速火焰热喷涂不锈钢粉末，涂层厚度为100-150μm。步骤s1:对不锈钢接触面b进行喷砂除锈预处理。热喷涂前，对不锈钢接触面b进行表面预处理，使其表面清洁度达到sa2.5级。对不锈钢接触面b进行喷砂除锈的工艺为：先采用除油剂或酒精擦洗去除油污，然后进行喷砂处理。喷砂处理采用无水、无油、压缩空气喷砂，喷砂时压缩空气工作压力为0.6～0.8mpa，磨料喷射方向与接触面b法线之间的夹角为15～30°，喷嘴到接触面b的距离为100～300mm，磨料粒径为15～45目。所采用的压缩空气经冷却装置及油水分离器处理，保证压缩空气清洁、干燥、无油。步骤s2：超音速火焰热喷涂处理，在接触面b上喷涂厚度为100-150μm的涂层。在完成喷砂除锈的接触面b上喷涂厚度为100-150μm的涂层，涂层与基体结合力大于50mpa，孔隙率小于1.5％。喷涂技术参数包括：氧气流量500～700nlpm，燃油流量15～22l/h，载气流量4～5nlpm，辅助冷却空气压力3～5bar，喷涂距离250～350mm，送粉量40～80g/min。利用上述参数完成不锈钢接触面b表面的喷涂涂层，涂层无气泡、裂纹、流挂、脱落、漏涂等缺陷，且涂层色泽均匀一致。其中，在步骤s1中，对不锈钢接触面b进行喷砂除锈预处理，还包括对压缩空气含水油检测步骤。若压缩空气含水油检测合格，方可使用，进行喷砂操作；若检测不合格，则对压缩空气重新进行冷却装置及油水分离器处理，直至检测合格，再进行喷砂操作。对不锈钢接触面b进行喷砂除锈工艺，还包括表面清洁度检测步骤。通过肉眼及显微镜观察喷砂除锈后的接触面b的表面，观察到经喷砂除锈处理后的基体表面呈现金属本色，无残存氧化皮、型砂、锈迹、焊渣及油污，并且表面清洁度至少达到sa2.5级，则表面清洁度合格，若不合格，则重新对不锈钢接触面b进行喷砂除锈处理，直至表面清洁度合格，进行下一步操作。其中，在步骤s2中，对接触面b进行超音速火焰热喷涂过程中，喷涂涂层间隔时间在6小时以内，当空气相对湿度高于60％时，喷涂涂层间隔时间在4小时以内。喷涂涂层间隔时间，是指涂层间的干燥时间，也即当一层涂层完成喷涂后、下一层涂层喷涂前的时间。如果在上述喷涂涂层间隔时间内未进行涂层涂装或接触面b出现返锈现象，重新彻底进行喷砂除锈处理。不锈钢接触面b进行喷砂除锈处理后，在已完成预处理的接触面b表面设置防护膜或防护罩，再进行搬运，能够避免在搬运过程中手上的油脂污染基体表面；或者，在搬运过程中，采用搬运工具进行搬运，搬运工具上设有吹风组件，吹风组件能够向接触面b吹风，防止空气中的灰尘颗粒落到接触面b上，进而避免已预处理接触面b的二次污染，同时，搬运工具与接触面b接触的部位均设置清洁隔层，清洁隔层能够防止搬运工具对接触面b进一步造成二次污染。喷涂前，将超音速火焰喷涂枪体固定于机械手上，并按喷涂要求编写机械手路径，使路径覆盖区域符合产品需喷涂区域要求。检查各个供气系统、燃油系统、冷却系统，确保各个供气系统、燃油系统、冷却系统等技术参数满足超音速火焰喷涂系统制备304不锈钢涂层要求。本实施例中，采用喷涂粉末的主要成分为304不锈钢，喷涂粉末的颗粒度为20-50μm。喷涂前，对喷涂粉末进行烘干处理，烘干温度为100℃，烘干时间为2小时，以避免喷涂过程中粉末结块、流动性减弱。参考我国jgj82-2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》中抗滑移系数质量验收要求，采用双摩擦面两栓连接的方式，如图1所示，内板2的两个接触面b均进行超音速火焰热喷涂处理，盖板1的接触面a进行喷丸处理，盖板1上设有4个螺栓孔，内板2的端部设有2个螺栓孔，两块内板2设置螺栓孔的一端对接后，内板2对接处的上下表面各安装一块盖板1，通过4个螺栓将内板2与盖板1固定。试件尺寸见表1，其中，试件的内板2采用奥氏体304不锈钢对接焊接q345普通钢，用以固定端头夹具，盖板1采用奥氏体304不锈钢。表1试件尺寸表盖板尺寸/mm内板尺寸/mm螺栓种类螺栓直径/mm313×100×10340×100×2010.9级工具螺栓20试验时，采用100吨液压式万能试验机进行加载，手动控制加载，速度控制在2～4kn/s，拉伸至试件发生滑动破坏，测得此时滑动荷载值nv，从而计算获得试件的抗滑移系数。抗滑移系数的计算公式为：其中，nv为滑动荷载值，kn；nf为传力摩擦面数目，由于采用双摩擦面两栓连接方式，nf取值为2；pi为第i号螺栓的预紧力单位kn；m为试件滑移一侧高强度螺栓数目。表2测试结果表表2示出了9个试件的测试结果，结果显示，利用本实施例提供的处理方法，抗滑移系数为0.45-0.69，均值为0.60，满足钢结构标准中对高强螺栓摩擦型连接摩擦面抗滑移系数不小于0.45的要求。因此，本实施例提供的摩擦面处理方法，能够将高强螺栓摩擦型连接方式应用于不锈钢钢结构中。与现有技术相比，本实施例提供的高强螺栓摩擦型连接摩擦接触面的处理方法，通过对接触面a进行喷丸处理，使其表面粗糙度为ra5-10μm、对接触面b进行超音速火焰热喷涂不锈钢粉末，能够使高强螺栓摩擦型连接摩擦面抗滑移系数大于等于0.45，进而实现不锈钢钢结构采用更可靠精度更高的安装连接方式-高强螺栓摩擦型连接，工艺步骤简单，工作效率高，成品率高，能够广泛应用于不锈钢钢结构的制造安装，减小不锈钢钢结构的安装变形，提高不锈钢钢结构连接的安全冗余。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12