[發(fā)明專利]高強(qiáng)螺栓軸力超聲雙波快速校準(zhǔn)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010861311.2
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112033597B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧富斌;曹博;田鋒;趙陽;邸小慧;李坤;楊龍;朱緒祥;沈宇平
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州博昇科技有限公司;北京金風(fēng)慧能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)螺栓軸力超聲雙波快速校準(zhǔn)檢測方法，包括：將同一檢測區(qū)域的多個螺栓編號；在設(shè)備數(shù)據(jù)庫中查找規(guī)格數(shù)據(jù)全部或者部分相同的螺栓的超聲橫波縱波聲時在零應(yīng)力狀態(tài)下的初始比值R₀的校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)值R_0e，或者螺栓拉力隨橫波縱波聲時比值的變化斜率k的校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)值k_e；測量多個高強(qiáng)螺栓的超聲波橫波縱波聲時比值R_i；獲取預(yù)緊軸力值，使用預(yù)緊軸力值代替多個螺栓的拉力平均值，計算得到校準(zhǔn)的另一參數(shù)k_e或R_0e；根據(jù)校準(zhǔn)的參數(shù)k_e和R_0e計算螺栓的軸力。該方法使用預(yù)緊軸力值代替多個樣本的軸力平均值，校準(zhǔn)R₀或k，不需要通過拉力機(jī)就可以進(jìn)行校準(zhǔn)，可以快速挑選出軸力較低以及軸力較高的螺栓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及螺栓軸力檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種高強(qiáng)螺栓軸力的超聲雙波快速校準(zhǔn)檢測方法。

背景技術(shù)

高強(qiáng)螺栓在很多工業(yè)領(lǐng)域有大量的應(yīng)用，比較典型的大批量應(yīng)用領(lǐng)域包括風(fēng)電風(fēng)機(jī)塔筒和葉片的固定，高速鐵路鐵軌與軌枕的固定，以及公路橋梁橋梁部件的連接等等。

以風(fēng)電風(fēng)機(jī)為例，風(fēng)機(jī)的支撐一般采用塔筒進(jìn)行支撐，塔筒安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響著風(fēng)機(jī)的使用壽命。風(fēng)機(jī)使用了大量的高強(qiáng)螺栓，一臺風(fēng)機(jī)一般包含至少6個以上的法蘭面，每個法蘭面包含大約100根量級的高強(qiáng)螺栓。風(fēng)機(jī)高強(qiáng)螺栓的軸力(軸向力)或者說拉力以及拉力分布與風(fēng)機(jī)的安全和可靠性息息相關(guān)。風(fēng)機(jī)的每個葉片與輪轂也大多用一個法蘭面的高強(qiáng)螺栓連接。這樣一臺風(fēng)機(jī)使用的高強(qiáng)螺栓數(shù)量在1000顆數(shù)量級。

以高速鐵路鐵軌為例。高速鐵路一般都采用無砟軌道，這種軌道一般使用高強(qiáng)螺栓將鐵軌鎖定在鋼筋混泥土的軌枕上，通常軌枕的間距是40公分，每根軌枕上至少4顆螺栓，這樣每公里高速鐵路就有上萬顆螺栓。

高強(qiáng)螺栓在施工時一般是用力矩扳手將螺栓鎖緊，每個螺栓都被打到預(yù)期的力矩值。由于力矩值可以被力矩扳手控制在一定的范圍，人們通常假設(shè)螺栓軸力值也會控制在一定的范圍。

在假設(shè)力矩值與軸力值存在固定的線性關(guān)系時，螺栓被打到一定的力矩值我們就認(rèn)為螺栓達(dá)到了一定的軸力值。但是通常螺栓的軸力值與力矩值的關(guān)系并不是線性關(guān)系，或者是線性關(guān)系但是線性系數(shù)變化較大。由于不可能對每顆螺栓都校準(zhǔn)力矩值和軸力值之間的線性系數(shù)，通常在施工過程中人們選取一個認(rèn)為合理的或者同批次其它螺栓校準(zhǔn)過的線性系數(shù)。高強(qiáng)螺栓重復(fù)使用時有可能會影響這種線性關(guān)系，行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)甚至通常因?yàn)檫@個原因禁止高強(qiáng)螺栓重復(fù)使用。所以力矩的平均值與軸力值的平均值可以有很好的以至于非常地準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系。但是軸力值與力矩值的概念不同，高強(qiáng)螺栓被扭矩扳手施工以后，軸力值的分布均方差通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于力矩值的分布均方差。高強(qiáng)螺栓還有一種施工方法，叫做拉伸施工法，這種方法施工的軸力平均值可以很好地給出，但是軸力分布均方差依然較大，通常會達(dá)到扭矩扳手施工方法的一半左右。不管是哪種施工方法，施工過后，施工方和監(jiān)督檢驗(yàn)方都只知道施工過后的同一批次大量螺栓平均軸力是多少，對于每個具體的螺栓的軸力，以前工程施工或者監(jiān)督檢測方都沒有什么比較成熟可靠和快速經(jīng)濟(jì)的方法來判定。

由于對每顆螺栓軸力值的不確定，風(fēng)機(jī)安裝后通常每半年到幾年就會被重新打一次螺栓力矩，這個過程耗費(fèi)了大量的人力成本，但是并沒有從根本上解決相關(guān)的安全問題。而且由于不知道螺栓的真實(shí)軸力狀態(tài)，正常軸力范圍的螺栓被再次加打力矩時可能會減少螺栓的使用壽命。鐵路上的螺栓軸力目前也沒有好的檢測手段，以至于高速鐵軌為了安全按照一定的時間周期直接報廢換新，這無疑增加了成本。公路橋梁上的螺栓軸力也缺乏有效的檢測監(jiān)測手段，通常是采用振動傳感器檢測監(jiān)測橋梁局部過大的振動來推斷和懷疑周邊螺栓軸力異常。而且即使是懷疑軸力異常后在工程上的補(bǔ)救方法也是用扭矩扳手將螺栓按扭矩擰緊而不是將軸力打到預(yù)設(shè)值。