提升閥扭力檢測問題探討

多誠寶

摘 要：提升閥產(chǎn)品檢測扭力時螺紋堵頭容易拉斷，這主要受螺紋堵頭材料和接觸面積的影響，通過對其影響因素進(jìn)行分析，減少螺紋堵頭的損壞，提高檢測效率。

關(guān)鍵詞：提升閥；扭力；檢測

1、前言

提升閥產(chǎn)品的內(nèi)螺紋部分為鋼件，與合金部分釬焊焊接而成，客戶要求對其鋼件的焊接強(qiáng)度要進(jìn)行扭力檢測（80N·M不松動和脫落）。扭力的檢測在車床上進(jìn)行，先產(chǎn)品裝在夾具體內(nèi)，再將螺紋堵頭旋緊，最后用數(shù)顯式扭力扳手進(jìn)行檢測。但在檢測過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)螺紋堵頭在螺紋退刀槽處斷裂的情況，斷裂部分無法取出導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，重新制作螺紋堵頭又耽誤時間，嚴(yán)重影響了檢測效率和產(chǎn)品合格率。本文通過對其斷裂原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)措施，解決了螺紋堵頭經(jīng)常斷裂的問題。

2、預(yù)緊力與拉應(yīng)力分析

這種扭力檢測方式與螺栓聯(lián)接時采用扭力扳手控制預(yù)緊力類似，可通過螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力和拉應(yīng)力計(jì)算方式來確定扭力檢測時螺紋部位承受的預(yù)緊力和拉應(yīng)力大小，螺紋堵頭斷裂應(yīng)是其承受的拉應(yīng)力過大導(dǎo)致，具體可通過計(jì)算來進(jìn)行驗(yàn)證。

由上面的計(jì)算公式可以看出，在擰緊力矩不變的情況下，對預(yù)緊力和拉應(yīng)力影響最大的是壓塊環(huán)形端面外徑和內(nèi)徑尺寸，若環(huán)形端面外徑保持不變，環(huán)形端面內(nèi)徑逐漸變小會使預(yù)緊力和拉應(yīng)力逐漸變大，若環(huán)形端面內(nèi)徑保持不變，環(huán)形端面外徑逐漸變小也會使預(yù)緊力和拉應(yīng)力逐漸變大。下面分兩種情況進(jìn)行驗(yàn)證：一種是內(nèi)螺紋鋼件部分未被拉出，螺紋堵頭端面未接觸到鋼件端面；另一種是內(nèi)螺紋鋼件被拉出。

（1）內(nèi)螺紋鋼件部分未被拉出，螺紋堵頭環(huán)形端面未接觸到鋼件端面

①若環(huán)形端面外徑不變，環(huán)形端面內(nèi)徑逐漸變小，帶入公式（1）和（2）計(jì)算結(jié)果如下表1所示。

②若環(huán)形端面內(nèi)徑不變，環(huán)形端面外徑逐漸變小，帶入公式（1）和（2）計(jì)算結(jié)果如下表2所示。

由第四強(qiáng)度理論可知，預(yù)緊狀態(tài)的危險(xiǎn)截面拉應(yīng)力應(yīng)滿足：

[σ]：許用拉應(yīng)力，單位：MPa

σs ：材料的屈服極限，單位：MPa

S：安全系數(shù)，一般取1.2～1.5（本次計(jì)算取1.3）

由表1結(jié)合公式（3）、（4）可以得出，在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最窄時，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1107.31MPa，符合條件的常用材料有17-4PH；在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)最寬時，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥982.07MPa，符合條件的常用材料有42CrMo和17-4PH。

參考用戶的檢測和裝配方式，環(huán)形端面外徑約為30，內(nèi)徑約為20，經(jīng)計(jì)算得出預(yù)緊力 =28620.17N，拉應(yīng)力σ=819.69MPa，若要保證檢測扭力達(dá)到80N·m，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1065.59MPa，適合做螺紋堵頭的常用材料有17-4PH。

（2）內(nèi)螺紋鋼件部分被拉出

當(dāng)內(nèi)螺紋鋼件部分被拉出，則螺紋堵頭環(huán)形端面的接觸面積變大，此時環(huán)形端面內(nèi)徑為10，隨著環(huán)形端面外徑逐漸變小，預(yù)緊力和拉應(yīng)力將逐漸增大。在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最窄時，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1769.46MPa，符合條件的材料非常少，常用材料基本都被拉斷；在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最寬時，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1204.23MPa，符合條件的常用材料有45CrNiMoVA。

參考用戶的檢測和裝配方式，環(huán)形端面外徑約為30，經(jīng)計(jì)算得出預(yù)緊力F0 =31743.12N，拉應(yīng)力σ=909.13MPa，若要保證檢測扭力達(dá)到80N·m，螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1181.87MPa，適合做螺紋堵頭的常用材料有45CrNiMoVA。

雖然可以選用屈服強(qiáng)度大的材料做螺紋堵頭，但當(dāng)內(nèi)螺紋鋼件被拉出后，不論環(huán)形端面接觸面積大小如何，危險(xiǎn)截面處的拉應(yīng)力都比螺紋堵頭環(huán)形端面未接觸到鋼件端面時的預(yù)緊力和拉應(yīng)力大很多。所以，應(yīng)避免鋼件被拉出，若鋼件可能被拉出，也要學(xué)會判斷，當(dāng)鋼件已被拉出，就不要再繼續(xù)施加扭力，否則螺紋堵頭就會被拉斷。

4、結(jié)束語

通過對扭力檢測過程進(jìn)行分析，了解了接觸面面積與預(yù)緊力和拉應(yīng)力關(guān)系，目前解決了檢測過程中螺紋堵頭斷裂的問題，但是如何保證鋼件與合金的焊接強(qiáng)度才是下一步研究的重點(diǎn)方向。