Der Spannungszustand von Schrauben als Kernbauteil einer mechanischen Verbindung wirkt sich direkt auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anlage aus. Die Schraubenspannungsmessgeräte erkennen die Vorspannung, die axiale Spannung und die Ermüdungsschäden von Schrauben durch technische Mittel wie Ultraschall, Spannungs- oder Drehmomentmethoden. Die Genauigkeit der Prüfergebnisse wird jedoch von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die nachfolgend in Bezug auf die Geräteleistung, die Umweltbedingungen, die Betriebsvorschriften, die Materialeigenschaften und die Installationsbedingungen analysiert werden.
Instrumentleistung und Kalibrierung
Genauigkeit und Stabilität der Sensoren
Die Genauigkeit der Kernkomponenten des Detektors, wie z. B. Ultraschallsonden, Spannungsschalten oder Drehmomentsensoren, beeinflusst direkt die Messergebnisse. Zum Beispiel basiert die Ultraschallmethode auf der Spannungsberechnung der Ausbreitungszeit der Langwelle in einem Schrauben, was zu Zeitmessfehlern führen kann, wenn die Sensorfrequenz nicht ausreichend reagiert oder die Signalaufnahme verzögert wird, was die Spannungsberechnungsergebnisse beeinflusst. Darüber hinaus kann der Sensor nach langem Gebrauch altern oder driften und muss regelmäßig kalibriert werden.
2. Kalibrierungsmethoden und Standardteile
Kalibrierung ist der Schlüssel zur Genauigkeit der Geräte. Wenn die bei der Kalibrierung verwendeten Referenzproben (z. B. Standardschrauben mit bekannter Spannung) mit dem tatsächlichen Testschrauben unterschiedlich sind, kann das Kalibriermodell ausfallen. Zum Beispiel ist die Schallgeschwindigkeit in der Ultraschallmethode mit den Eigenschaften des Materials verbunden, der Unterschied in der Schallgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Stahlen kann 5% erreichen, wenn das Kalibrierteil nicht mit dem Material des gemessenen Teils übereinstimmt, wird der Fehler deutlich erhöht.
3. Datenerfassungs- und Verarbeitungssysteme
Moderne Detektoren verwenden meist die digitale Verarbeitung, und die Rationalität des Algorithmus (wie die Erkennung von Ultraschall-Reflexionswellen, die Geräuschfilterung) beeinflusst das Ergebnis direkt. Zum Beispiel kann ein niederfrequentes Rauschen das wahre Echosignal verbergen und zu falschen Urteilen führen; Überfilterung kann effektive Signaldetails verlieren. Darüber hinaus muss die Anwendbarkeit von Softwarekompensationsmodellen (z. B. Temperaturkorrektur, nicht-lineare Korrektur von Materialien) überprüft werden.
II. Auswirkungen der Umweltbedingungen
1. Temperatureffekt
Die Temperatur hat einen erheblichen Einfluss auf das Elastizitätsmodul des Schraubenmaterials, die Schallgeschwindigkeit und die Gerätelektronik. Beispielsweise verringert sich das Elastizitätsmodul des Stahls mit der Erhöhung der Temperatur (etwa 3-5% pro Erhöhung von 100 ° C), und wenn bei der Detektion keine Temperaturkompensation durchgeführt wird, können die Spannungsberechnungswerte von der Wirklichkeit abweichen. Bei der Ultraschallmethode wird die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur stärker beeinflusst, bei normaler Temperatur ändert sich die Schallgeschwindigkeit um etwa 0,5%.
2. Feuchtigkeit und Korrosion
Eine hohe Luftfeuchtigkeit kann zu Rost oder Korrosion der Schraubenoberfläche führen, die ihre Schnittgrößen und Materialeigenschaften verändert. Zum Beispiel verringert Rost die wirksame Schnittfläche des Schraubes, was zu einer erhöhten tatsächlichen Spannung führt, während der Detektor aufgrund der erhöhten Oberflächenrauheit möglicherweise nicht genau messen kann. Darüber hinaus kann eine feuchte Umgebung die Isolationseigenschaften der elektronischen Komponenten beeinflussen und Messgeräusche auslösen.
3. Vibrationen und elektromagnetische Störungen
Bei Baumaschinen oder dynamischen Lastszenarien können äußere Vibrationen zu instabilem Kontakt des Sensors mit dem Schrauben führen (z. B. eine schlechte Ultraschallkopplung), die eine Pseudowellenform erzeugt. Elektromagnetische Störungen (z. B. Motoren in der Nähe, Frequenzumrichter) können das Spannungssignal oder die drahtlose Datenübertragung der Spannungsveränderung beeinflussen und müssen über eine Schirmleitung oder eine Filterschaltung behoben werden.
Betriebsvorschriften und menschliche Faktoren
1. Installation und Kopplungsqualität
Die Ultraschallmethode muss ein Kupplungsmittel (wie Vaseline) auf der Schraubenseite auftragen, wenn die Kopplung schlecht ist (wie Blasen oder Ölverschmutzung), kann die Signalverdämpfung bis zu mehr als 30% sein, was zu einer unzureichenden Echomarge führt. Bei der Beanspruchungsmethode können Abweichungen der Plastpositionen oder unfeste Verklebung zu Biegespannungsfehlern führen. Beispielsweise enthält die gemessene Spannung eine Biegekomponente, die durch eine Brückenkompensation korrigiert werden muss, wenn die Spannungsschnitte nicht auf die Schraubachse ausgerichtet ist.
2. Lademethode und Grenzbedingungen
Wenn die Belastungsweise bei der Prüfung nicht mit den tatsächlichen Arbeitsbedingungen übereinstimmt (z. B. die Drehmomentmethode berücksichtigt den Gewindereibungskoeffizienten nicht), wird das Ergebnis von der tatsächlichen Spannung abweichen. Beispielsweise kann der Gewindereibungskoeffizient unter feuchter Umgebung reduziert werden und die Vorspannung, die durch das gleiche Drehmoment erzeugt wird, um 10-15% sinken. Darüber hinaus kann eine unzureichende Stützsteifheit (z. B. bei der Erkennung einer Verformung des Klemmens bei langen Schrauben) zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung führen.
3. Fähigkeiten des Bedieners
Menschliche Handlungen beeinflussen die Ergebnisse erheblich. Zum Beispiel kann ein ungleichmäßiger Druck der Ultraschallsonde zu einer Veränderung des Kopplungszustands führen; Bei der Spannungsmethode kann ein Verkabelungsfehler oder ein schlechtes Schweißen ein falsches Schweißen auslösen; Bei der Drehmomentmethode kann eine zu hohe Lastgeschwindigkeit aufgrund einer Verzögerungsdeformation der Schraube zu hohen Messungen führen. Durch Schulung müssen menschliche Fehler reduziert werden.
Materialeigenschaften und Schraubenzustand
1. Materialeinheitlichkeit und Wärmebehandlungszustand
Die Gleichmäßigkeit des Schraubenmaterials wirkt sich direkt auf die Spannungsverteilung aus. Beispielsweise können Unterschiede in der Ultraschallverbreitungsbahn bei ungleichmäßigen Härten in Kohlenstoffstahlschrauben zu Spannungsberechnungsfehlern führen. Auch Restspannungen (z. B. nicht vollständige Freisetzung nach Kaltbearbeitung oder Wärmebehandlung) können die Prüfergebnisse beeinträchtigen und müssen durch Abbrennen oder Veralterungsbehandlung beseitigt werden.
2. Gewindeparameter und Oberflächenzustand
Die Gewindebearbeitungsqualität (z. B. Schraubenabstandsfehler, Zahnseitenverschleiß) beeinflusst das Drehmoment-Spannungsverhältnis. Zum Beispiel verringert sich der tatsächliche Kontaktwinkel des Verschleißgewindes und die Vorspannung kann bei dem gleichen Drehmoment um 20% reduziert werden. Oberflächenbeschichtungen (z. B. Verzinkung, Dachro) verändern den Schraubdurchmesser und den Reibungskoeffizienten, die im Testmodell korrigiert werden müssen.
3. Müdigkeitsverletzungen und Kriechen
Im Einsatz stehende Schrauben können durch Müdigkeit kleine Risse auftreten, die zu einer Spannungskonzentration führen. Ultraschallmethoden erkennen Risse durch Reflexionswellen, aber frühe kleine Risse (Größe < 1 mm) können aufgrund von Wellenlängenbegrenzungen nicht erkannt werden. Bei hohen Temperaturen kann die Schraubenkriechung zu einer Spannungsauslastung führen, die mit dem Zeitfaktor korrigiert werden muss.
Installationsbedingungen und Grenzeffekte
1. Steifigkeit der Verbindungen
Die Kraftverteilung des Schraubes wird durch die Steifigkeit des Verbindungsteils beeinflusst. Wenn das Verbindungsteil beispielsweise ein weiches Material ist (z. B. eine Aluminiumlegierung), kann es bei der Belastung zu einer Verformung kommen, so dass der Schraube eine tatsächliche Belastung unter dem theoretischen Wert trägt. Der Detektor muss in Verbindung mit der Systemsteifheit korrigiert werden, sonst kann der Fehler bis zu 10% -30% betragen.
2. Vorspannungsverlust und Entspannung
Die Schrauben können bei langfristigem Gebrauch durch Entspannung oder Vibrationen zu einem Rückgang der Vorspannung führen. Der Detektor muss zwischen der restlichen Vorspannung und der ursprünglichen Vorspannung unterscheiden, sonst kann die restliche Lebensdauer falsch bestimmt werden. Zum Beispiel messen Ultraschallmethoden die aktuelle Spannung, während die Drehmomentmethoden möglicherweise aufgrund des Verschleißes des Gewindes den realen Zustand nicht widerspiegeln.
3. Wechselwirkung von Mehrschraubensystemen
Bei mehrschraubenverbindungen wie flanschen, lagersitzen und anderen können sich die spannungen der einzelnen schrauben durch die montierungsreihenfolge und die vorspannungsdifferenzen beeinflussen. Beispielsweise kann eine Überlastung benachbarter Schrauben zu einer Spannungskonzentration führen, während der Detektor bei der Messung eines einzelnen Schraubes die Gesamteffekte des Systems ignorieren kann.