摘要：螺栓作为人们生产生活中经常见到的基础零部件，在性能测试上往往要经历多种测试方法。机械性能、负荷能力与扭转力矩等测试参数的获取往往要破坏掉螺栓，因此会造成材料的浪费与成本的增加，因此本文将主要探讨螺栓的无损检测方式。螺栓常见的检测方式有超声波螺栓检测、磁粉探伤检测、磁记忆检测与压电阻抗检测等，通过开展新型的检测手段可以提高检测效率，实现螺栓在无损检测领域的发展。
关键词：螺栓；机械性能；无损检测；分析
引言
现如今随着科技的进步，新材料与新工艺的不断革新，螺栓也迎来了巨大挑战，无论是交通、电力、军事、航天航空或是工业生产中，都离不开小小的连接件-螺栓。螺栓的出现，给重要设备的气密性、连接强度与连接性能起到很好的加强，螺栓的寿命、性能和应力与设备的安全性息息相关。无损检测可以提高测试数据的精度，而且不会损害螺栓的内部结构，缩小测试周期，具有很好的应用前景。
1螺栓性能的检测与验收
螺栓作为常见的连接件，螺栓的性能决定了设备的密封性与整体强度。螺栓的形成往往要经过选材-毛坯-检测-搓丝-淬火与表面处理等工序，其中螺栓的检测包含目视检测与机器检测两大类。人工检测多用于生产线上的目视观察，通过人员的经验判断螺栓外观是否符合要求；机器检测则可以对螺栓外观及内部性能进行全方位测试，现在全自动检测方式可以实现对10.9级高强螺栓与抗拉等强度方面的检测。特别是高强度螺栓的检测需要满足全方位性能的检验，相关检测项目分为：
1.1强度检测。螺栓的强度是选择螺栓的基础，它决定了螺栓的应用范围。因此是检测的重要项目，实际检测中往往要通过选取测试点、检测延伸率、检测断面收缩率与极限强度检测等过程，以上项目合格后才能判定抗拉强度是否满足要求。
1.2硬度检测。这里的硬度检测主要检测的对象是螺栓表面，选取点往往是头部、杆件主体与尾部，螺栓示意图见下。
图1 螺栓示意图
实际的检测中，要根据材料局部抵抗硬物挤压的能力选择布氏、洛氏或维氏检测方式，三者之间没有明显区别，可以通过一定的换算方式转换，在螺栓硬度验收中若有争议情况，则出现往往选择维氏硬度作为检测标准。
2螺栓无损检测分类与应用
由于螺栓的外形与材质存在很大差异，因此在螺栓的无损检测领域出现了多种检测手段，超声波检测与磁粉探伤检测是常见的检测手段.
2.1.螺栓超声无损检测。
2.1.1螺栓超声检测原理。
螺栓超声检测主要利用了超声波的反射原理，在超声波发出后一旦遇到障碍物会进行反射。当螺栓尺寸小于波长时，声波会采取绕过并进行继续传送；可障碍物尺寸一旦超过波长限制，就会将声波反射回发出端。因此一旦螺栓的螺纹或螺帽处存在裂纹，就增加了该位置对超声波的反射作用，导致声波被阻碍反射，形成的声波波形高于同类位置的反射值，该类缺陷波可以用来确定缺陷的位置。
2.1.2检测过程的分析。
根据螺栓的直径与长度的差异在检测时往往先要选取合适的探头频率，超声波可能会受到螺栓边缘面的影响，导致结果出现差异，因此在检测时，应将声波发出端口垂直于螺栓的端面，保证检测结果的有效性。超声检测的灵敏度要按规定探伤距离进行相应的换算，不然对测试精度会造成影响，常规的声波频率为5Mhz，探头的晶片直径一般控制在10~12mm之间。检测时先要对检测数据进行记录，然后通过绘制波幅与距离的曲线图或根据缺陷的当量值的计算结果进行评定，当量值的记录结果一般为直径超过标准数值时的波幅与对应位置，并同时对底波变化进行统计。但是如果螺栓近表面的缺陷比较小，超声波的灵敏度不能进行准确的显示，可以通过磁粉检测。
2.1.3螺栓超声检测方法的总结。无损探伤中较多的采用了超声波检测，该方式反应灵敏，操作简单，节约成本，而且随着智能设备的发展，超声检测手段也日趋智能化。但是，超声检测中，难以避免底波、缺陷波波长小、螺纹反射波与人为判断等方面的影响，影响了超声波的准确性，因此超声检测手段仍需不断改进完善。
2.2螺栓磁粉无损检测。
2.2.1磁粉检测原理
磁粉检测充分利用了铁磁性材料对磁粉的吸附与缺陷部位漏磁场对磁粉的吸附特性，根据吸附差异生成磁痕的不同。因此磁粉检测可以实现微米级缺陷的判断，检测精度较高，还可以将缺陷直观显示在屏幕上，线圈法、感应电流法与直接通电磁化法是常见的磁粉检测方式。
2.2.2磁粉检测的注意事项
磁粉检测法在实验前要采取必要的处理方式：对螺栓的螺纹进行深入清理，避免存在杂质影响到磁粉生成磁痕的形状，以免出现漏检、错检情况；对采取磁粉检测后的螺栓，要采取必要的退磁过程，避免在纵向磁化过程中造成的剩磁残留，这些剩磁会存在螺栓的两端面，不进行及时的退磁就会吸附大量的磁粉与铁屑等金属物质，导致螺栓在后续的应用中出现磨损。因此磁粉检测对高压类螺栓具有较高的灵敏度，但是对螺纹较小或其他加工不圆滑的位置检测时，会造成磁悬浮液体流动的滞后性，造成液体的堆积，影响判断的准确性。
磁粉检测优缺点：磁粉检测精度高、显示直观，但容易受材料的局限性，而且检测后的退磁问题需要特别注意。
3新型螺栓无损检测方法
超声检测容易受杂质与人为因素的干扰，磁粉检测局限于铁磁性材料与磁粉的干扰，所以出现了许多新型的无损检测方法。
螺栓的磁记忆无损检测。该方法主要利用了铁磁性物质受地球磁场作用的原理，一旦存在外部受力的影响，在形变与应力产生位置会出现磁畴组织的重新定向的现象。这种重新定向是不可逆的，而且会在螺栓内部形成新的磁状态。这种磁状态可以反映出原来的应力集中区域与缺陷位置所在。该方式在检测手段与理论方面存在很大的完善空间，需要进行大量的研究与完善。
螺栓的压电阻抗无损检测。主要利用螺栓在连接应用后的应力变化，当螺栓的预紧力逐渐增加时，会导致螺纹接触面积的增加，导致超声波反射的强度信号的增加，聚焦后产生的波长幅值也就月明显，因此通过信号的幅度变化可以得出螺栓预紧力的变化，以此得出螺栓连接的稳定性。该方法前景广阔，但在影响因素与超声波收连接面的影响规律上仍存在很大不足，需要不断的研究加以确定。
螺栓的固有频率无损检测。主要利用结构件自身的固有频率，一旦当结构存在缺陷时会因此频率的变化。大型工程较多的采用该方式，在检测时要考虑位置以及局部刚度造成的影响。通过分析可知，一旦螺栓的内部存在缺陷，最终形成的频率与固有频率必然存在差异。
螺栓的敲击无损检测。利用敲击力检测螺栓的松紧程度，通过设计敲击装置，采用激振器保证对螺栓敲击力的稳定性，可以准确确定出螺栓松脱时的应力变化及松脱程度。
此外，高强螺栓的氢脆检测、螺栓连接的归一化能量检测、螺栓内氢含量的检测与螺母角度传感测试法都是螺栓无损检测领域的研究方向。这些新型的检测方式具备很大的潜力，检测手段也更加先进，但是由于研究的深度不够，导致了检测方法的局限性与检测效率的有限性。
4结束语
螺栓作为常见的固定件与密封件，一旦出现故障会危及设备乃至人员的安全。因此螺栓的检测对保证螺栓的质量来说是必不可少的，螺栓的无损检测技术发展迅速，并呈现出良好的发展趋势。各种新型的检测手段弥补了超声波与磁粉检测的不足，通过多种手段相结合必将促进螺栓无损检测在精度与标准上的不断提高，随着无损检测手段不断的系统化，会大大提高检测效率。
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论文作者:王晓明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/2/27
标签：螺栓论文; 磁粉论文; 超声波论文; 超声论文; 缺陷论文; 方式论文; 声波论文; 《基层建设》2018年第35期论文;