一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法

本发明涉及分析及测量控制，特别是指一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法。

背景技术：

1、螺纹联接是可拆卸联接，在工程领域应用极其广泛。设备的零部件有60％以上是通过螺纹联接。但在实际循环装配和拆卸过程中，由于设计、工艺、操作不当等因素，螺栓与配套螺母的螺纹摩擦副的摩擦力逐渐增大，材料温度上升，螺纹发生磨损甚至塑性变形，从而导致金属粘连和咬死。咬死故障的出现将导致工程设备故障和经济损失，甚至影响汽轮机、航天器等平台的使用安全。

2、为了降低螺纹紧固件的咬死风险，工程技术人员通过实验、计算模拟等方法从螺纹结构设计、螺纹受力状态等方面对螺纹摩擦副的防咬死机理进行研究，并提出通过涂层设计、预紧力、装配力矩、装配速度等优化设计降低螺纹紧固件的咬死风险。譬如，在钛合金螺栓表面涂敷脉冲阳极化层及二硫化钼润滑层可以有效降低咬死风险。通过螺纹扭转实验等研究装配过程中摩擦力和摩擦系数等变化预测螺纹结构发生咬死的概率和次数等。

3、虽然现有方法和措施能在一定程度下降低咬死风险，但是实际装配过程中无法测量螺纹副摩擦力、摩擦系数、拧入力矩等咬死的控制因素；操作人员的操作习惯、对中偏差等会带来额外的咬死风险。实际装配过程中螺纹磨损行为及咬死风险的无法实时跟踪。因此，亟需一种手段快速、及时监测螺纹紧固件实际使用过程中的咬死风险，这对于保障设备安全使用有着重要工程意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，以解决实际装配过程中螺纹磨损行为及咬死风险的无法实时跟踪的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其中，所述螺纹紧固件包括相适配的螺栓和螺母，所述螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法包括：

4、将未涂敷涂层的螺栓和螺母装配在一起，组成螺纹紧固件，并利用电阻测量仪器测量此时螺纹紧固件的电阻，得到螺纹紧固件本体材料的电阻值r0；

5、在螺栓和螺母的螺牙表面分别涂敷预设类型的涂层；

6、将涂敷涂层后的螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，并在每次装配完成后，分别利用电阻测量仪器测量装配完成的螺纹紧固件的电阻，以得到随着螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值；

7、将不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值与螺纹紧固件本体材料的电阻值r0进行比较，根据比较结果确定螺纹紧固件是否存在咬死风险。

8、进一步地，利用电阻测量仪器测量螺纹紧固件的电阻的方式为：

9、在螺纹紧固件正确装配后，将电阻测量仪器的一个电极连接螺栓，另一个电极连接螺母，然后启动电阻测量仪器进行测量，得到螺纹紧固件的电阻。

10、进一步地，所述涂层绝缘或导电性弱于螺纹紧固件的本体材料。

11、进一步地，将涂敷涂层后的螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，并在每次装配完成后，分别利用电阻测量仪器测量装配完成的螺纹紧固件的电阻，以得到随着螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值，包括：

12、步骤1，实际装配前，首先检查螺栓和螺母螺纹部位的螺牙结构以及涂层的完整性，检查是否有裸露的螺纹副基体；

13、步骤2，在检查通过后，将螺栓按照操作规程首次拧入螺母，在此过程中，螺栓和螺母的螺牙表面涂层发生局部脱落而使得螺栓和螺母形成闭合回路，利用电阻测量仪器测量此时螺纹紧固件的电阻值r1，并将螺栓和螺母拆卸开来；

14、步骤3，再次将螺栓按照操作规程拧入螺母，然后利用电阻测量仪器测量此时螺纹紧固件的电阻值，并将螺栓和螺母再次拆卸开来；

15、步骤4，重复执行步骤3，得到不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值。

16、进一步地，螺纹紧固件的电阻值随着装配次数的增加，呈现出先增大再减小的趋势；当螺栓和螺母的螺牙表面涂层完全脱落，且涂层脱落物也完全排出螺纹间隙后，此时测得的螺纹紧固件的电阻值与本体材料的电阻值r0相当。

17、进一步地，将不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值与本体材料的电阻值r0进行比较，根据比较结果确定螺纹紧固件是否存在咬死风险，包括：

18、在每次执行完步骤3，测得螺纹紧固件的电阻值后，将测得的螺纹紧固件的电阻值与螺纹紧固件本体材料的电阻值r0进行比较；

19、若在预设误差允许范围内，测得的螺纹紧固件的电阻值与螺纹紧固件本体材料的电阻值r0相当且测得的螺纹紧固件的电阻值小于r1；则说明螺栓和螺母直接接触，提示螺纹紧固件即将发生咬死，警示工程操作人员更换螺纹紧固件。

20、本发明利用了电阻对结构变化高敏感性的特点，电阻变化可以快速反应微观结构的改变，通过测量循环装配过程中电阻的改变，原位实时监测螺纹表面涂层失效过程，进而预测咬死风险。解决了目前工程场景下难以原位、即时、快速、准确评估螺纹表面涂层失效及咬死风险监测的难题。

21、与现有技术相比，本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

22、1、现有预防咬死的措施都不能原位、实时监测螺纹紧固件涂层失效过程，进而预测咬死风险。本发明利用电阻的高敏感性解决了目前现有预防咬死的措施的不足，实现了原位监测，并可规避螺纹紧固件的咬死现象，解决咬死带来的安全问题，降低经济损失。

23、2、本发明采用的电阻测量的装置简单，即使采用工业上常用的万用表也可准确测量电阻变化，成本低。

24、3、电阻对结构变化异常敏感，测量过程快速便捷，显著提升效率。

25、4、本发明方法适应性强，目前广泛应用的、带有表面涂层的不锈钢、合金钢、高温合金、钛合金等螺纹紧固件均适用。且本发明方法也不受螺牙、螺母形状和尺寸等因素限制，适用性好。

26、5、本发明工艺简单、操作方便，准确率高、灵活性好，对操作人员自身专业背景要求小，且对工程设备本身没有任何损伤，不具破坏性，具有很强的工程应用前景。通过螺纹紧固件咬死风险的监测，警示工程技术人员及时更换螺纹紧固件，降低由于螺纹咬死导致的设备故障和经济损失等风险。

技术特征：

1.一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其中，所述螺纹紧固件包括相适配的螺栓和螺母，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其特征在于，利用电阻测量仪器测量螺纹紧固件的电阻的方式为：

3.如权利要求1所述的螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其特征在于，所述涂层绝缘或导电性弱于螺纹紧固件的本体材料。

4.如权利要求1所述的螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其特征在于，将涂敷涂层后的螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，并在每次装配完成后，分别利用电阻测量仪器测量装配完成的螺纹紧固件的电阻，以得到随着螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值，包括：

5.如权利要求4所述的螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其特征在于，螺纹紧固件的电阻值随着装配次数的增加，呈现出先增大再减小的趋势；当螺栓和螺母的螺牙表面涂层完全脱落，且涂层脱落物也完全排出螺纹间隙后，此时测得的螺纹紧固件的电阻值与螺纹紧固件本体材料的电阻值r0相当。

6.如权利要求5所述的螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，其特征在于，将不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值与螺纹紧固件本体材料的电阻值r0进行比较，根据比较结果确定螺纹紧固件是否存在咬死风险，包括：

技术总结
本发明公开了一种螺纹紧固件咬死风险的原位电阻监测方法，属于分析及测量控制技术领域，所述方法包括：将未涂敷涂层的螺栓和螺母装配在一起，组成螺纹紧固件，并测量此时螺纹紧固件的电阻，得到螺纹紧固件本体材料的电阻值R<subgt;0</subgt;；在螺栓和螺母的螺牙表面分别涂敷涂层；将涂敷涂层后的螺栓和螺母反复进行装配和拆卸，并在每次装配完成后，分别测量装配完成的螺纹紧固件的电阻，以得到不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值；将不同装配次数所对应的螺纹紧固件的电阻值与电阻值R<subgt;0</subgt;进行比较，根据比较结果确定当前螺纹紧固件是否存在咬死风险。本发明解决了目前工程场景下难以原位、即时、快速、准确地评估螺纹表面涂层失效及咬死风险监测的难题。

技术研发人员：刘斌斌,叶丰,刘彩云,蔚鸾翀
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8