在汽車制造與質(zhì)量控制領(lǐng)域，關(guān)于螺紋連接一個(gè)普遍性的認(rèn)知誤區(qū)是：最終扭矩達(dá)到工藝設(shè)定值，便認(rèn)為連接是可靠的。
然而現(xiàn)實(shí)卻是，扭矩值僅僅反映了擰緊過(guò)程的輸入，而決定連接性能（防松、密封、抗疲勞）的核心，是緊固完成后實(shí)際殘留在螺栓中的軸向預(yù)緊力，其等效扭矩即“殘余力矩”。由于摩擦消耗、彈性交互和短期松弛，最高可達(dá)30%~40%的輸入扭矩并未轉(zhuǎn)化為有效夾緊力。
本文將歸納總結(jié)殘余力矩的測(cè)量，并揭示擰緊過(guò)程控制的實(shí)操流程。
01殘余力矩測(cè)量方法
主間接法和過(guò)程監(jiān)控法。
“超聲波軸向力測(cè)量法” 因其無(wú)損、高精度特性，被廣泛視為離線測(cè)量的權(quán)威基準(zhǔn)方法；
“擰緊曲線分析法” 則是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模在線預(yù)防性質(zhì)量控制的核心手段；
“扭矩扳手?jǐn)Q松法”“螺母轉(zhuǎn)角復(fù)位法”通常用于工程場(chǎng)景，在過(guò)程復(fù)檢、產(chǎn)品審核（定性）等場(chǎng)景中應(yīng)用較頻繁。必須指出，這種測(cè)量方法的精度較低，必須提升零部件的一致性，并定期校準(zhǔn)。
選擇何種測(cè)量方法，需基于測(cè)量目的（研發(fā)/生產(chǎn)/售后）、精度要求、成本約束及是否允許破壞進(jìn)行綜合決策。
02應(yīng)用場(chǎng)景與工藝策略
汽車連接按安全關(guān)鍵性可分為三級(jí)，對(duì)應(yīng)不同的測(cè)量策略：
最高級(jí)：安全關(guān)鍵連接
如：發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓、連桿螺栓、底盤轉(zhuǎn)向與懸掛連接點(diǎn)、乘員約束系統(tǒng)固定點(diǎn)、電池包高壓連接。
工藝策略：
研發(fā)階段：應(yīng)使用應(yīng)變片法或超聲波法，精確獲得載荷——變形曲線，優(yōu)化擰緊工藝（目標(biāo)扭矩、轉(zhuǎn)角序列）。
生產(chǎn)階段：100%采用具備曲線分析功能的高精度擰緊軸在線監(jiān)控。每班次/每生產(chǎn)批次，使用超聲波法對(duì)首件、末件及抽檢件進(jìn)行離線實(shí)測(cè)比對(duì)與驗(yàn)證。
數(shù)據(jù)管理：所有測(cè)量數(shù)據(jù)必須與車輛VIN碼綁定，實(shí)現(xiàn)終身可追溯。
次高級(jí)：重要功能連接
如：變速器殼體螺栓、一般支架固定螺栓、非安全相關(guān)的管路接頭。
工藝策略：
采用擰緊曲線在線監(jiān)控進(jìn)行100%控制。
制定統(tǒng)計(jì)抽樣計(jì)劃（如每班次2~4次），使用超聲波法或扭矩扳手?jǐn)Q松法/轉(zhuǎn)角復(fù)位法進(jìn)行離線審核，保障過(guò)程穩(wěn)定。
普通級(jí)：一般連接
如：內(nèi)飾件、線束固定卡扣等非承載連接。
工藝策略：通常采用普通扭矩扳手或電動(dòng)工具監(jiān)控最終扭矩，輔以定期的抽檢。
03標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)操流程——以超聲波法測(cè)量缸蓋螺栓為例
第一階段：測(cè)量前準(zhǔn)備（策劃與基準(zhǔn)建立）
1）定義標(biāo)準(zhǔn)： 依據(jù)圖紙與工藝文件，明確目標(biāo)軸向預(yù)緊力范圍及對(duì)應(yīng)的等效殘余力矩允許公差（如：目標(biāo)值±15%）。
2）設(shè)備校準(zhǔn)： 超聲波測(cè)量?jī)x及探頭必須在有效計(jì)量期內(nèi)，并使用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行當(dāng)日點(diǎn)檢。
3.）獲取“零應(yīng)力基準(zhǔn)”： 此為最關(guān)鍵步驟。從待測(cè)批次螺栓中抽取樣本（至少3根），在自由、無(wú)約束狀態(tài)下，測(cè)量并記錄其端部初始聲時(shí)（T0）。此批次螺栓的T0均值或每根螺栓的獨(dú)立T0值必須存檔，作為后續(xù)計(jì)算的基準(zhǔn)。
4）環(huán)境記錄： 記錄環(huán)境溫度，并在儀器中輸入以進(jìn)行聲速自動(dòng)補(bǔ)償。
第二階段：在線測(cè)量執(zhí)行
1）工藝執(zhí)行： 螺栓按既定工藝（如扭矩+轉(zhuǎn)角法）完成擰緊。
2）靜置穩(wěn)定： 擰緊后靜置至少5分鐘，以消除彈性交互和初期塑性嵌入的影響。
3.）清潔與耦合： 徹底清潔螺栓測(cè)量端面，均勻涂抹專用超聲耦合劑，確保聲波有效傳導(dǎo)。
4）數(shù)據(jù)采集： 將探頭垂直、穩(wěn)定地置于端面中心，獲得穩(wěn)定回波后，儀器直接讀取或計(jì)算顯示當(dāng)前軸向力（F） 或換算殘余力矩（T_res）。同一螺栓應(yīng)測(cè)量?jī)纱危Y(jié)果差異應(yīng)小于儀器重復(fù)性指標(biāo)。
第三階段：數(shù)據(jù)分析與過(guò)程響應(yīng)
1）單點(diǎn)判斷： 將實(shí)測(cè)值與工藝允許范圍對(duì)比，做出“合格/預(yù)警/不合格”判定。
2）過(guò)程控制（SPC）： 將連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)錄入統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)。監(jiān)控均值-極差（X-bar & R）控制圖，計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)（PpK, CpK）。
3）根本原因分析（RCCA）：
· 若殘余力矩普遍偏低：檢查擰緊工具精度、零件貼合面質(zhì)量、摩擦系數(shù)是否增大。
· 若殘余力矩離散度過(guò)大：檢查零件硬度一致性、涂層均勻性、擰緊策略是否對(duì)摩擦變異過(guò)于敏感。
第四階段：記錄與歸檔
所有測(cè)量數(shù)據(jù)（包括VIN、螺栓位置、目標(biāo)值、實(shí)測(cè)值、操作者、時(shí)間戳）必須自動(dòng)或手動(dòng)上傳至制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES） 或質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS），形成電子化質(zhì)量檔案。
04小結(jié)：從“擰緊控制”到“預(yù)緊力管理”
在汽車產(chǎn)業(yè)邁向零缺陷與高可靠性的進(jìn)程中，對(duì)螺栓連接的質(zhì)量要求已從簡(jiǎn)單的“扭矩合格”升維至全面的“預(yù)緊力保障”，建立以殘余力矩為最終評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量與控制體系，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)基石。
通過(guò)融合在線的實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控與離線的超聲波基準(zhǔn)測(cè)量，企業(yè)能夠構(gòu)建一個(gè)閉合的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的連接質(zhì)量管理閉環(huán)，從而從根本上提升產(chǎn)品的安全、耐久與可靠性。
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