在現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中，螺栓作為連接件發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尤其是高強(qiáng)度螺栓，因其具有優(yōu)異的機(jī)械性能和承載能力，廣泛應(yīng)用于橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、隧道等領(lǐng)域中。螺栓質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，任何微小的缺陷或失效都可能引發(fā)嚴(yán)重安全隱患。因此，高強(qiáng)度螺栓的性能檢測(cè)是確保連接安全性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。
目前，螺栓的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)形成了從傳統(tǒng)機(jī)械性能測(cè)試到現(xiàn)代化無損檢測(cè)技術(shù)的多元化體系。傳統(tǒng)的機(jī)械性能測(cè)試，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和沖擊韌性等，為評(píng)價(jià)螺栓材料性能提供了重要依據(jù)。然而，這些方法通常具有破壞性，無法適用于已安裝螺栓的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。而無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，則為在役螺栓的快速、高效檢測(cè)提供了技術(shù)支持，如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和紅外熱成像技術(shù)等，可以在不影響螺栓使用狀態(tài)的前提下，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其潛在缺陷。
盡管如此，當(dāng)前高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)工作仍面臨許多挑戰(zhàn)。一方面，隨著工程機(jī)械向超高層、大跨度和復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，高強(qiáng)度螺栓的工作環(huán)境愈發(fā)苛刻，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的精度和適用性提出了更高要求；另一方面，現(xiàn)有的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范在覆蓋范圍和執(zhí)行細(xì)節(jié)上尚存在不足，無法完全適應(yīng)新型材料和結(jié)構(gòu)形式的需求。
加強(qiáng)對(duì)高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)技術(shù)要求的研究，探索適應(yīng)不同工程環(huán)境的高效檢測(cè)方法，已成為提高連接可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
01/高強(qiáng)度螺栓性能檢測(cè)要求
高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)的技術(shù)要求涵蓋化學(xué)成分、機(jī)械性能以及連接強(qiáng)度等方面。這些技術(shù)要求旨在確保螺栓的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和使用規(guī)范，為工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和耐久性提供保障。
1化學(xué)成分分析
化學(xué)成分是決定螺栓材料力學(xué)性能和耐久性能的基礎(chǔ)。螺栓材料的化學(xué)成分檢測(cè)重點(diǎn)在以下元素：碳（C）、硫（S）、磷（P）和合金元素的含量。碳是螺栓強(qiáng)度的重要決定因素。低碳含量（如Q235鋼）提升塑性和韌性，適用于普通強(qiáng)度連接；中碳鋼（如45號(hào)鋼）在強(qiáng)度和韌性之間取得平衡，適用于高負(fù)荷連接。硫和磷是鋼材中的有害雜質(zhì)，過高的含量會(huì)導(dǎo)致材料脆性增加和焊接性能下降。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)分別小于0.045%和0.045%。添加錳（Mn）、硼（B）等元素可顯著提升材料的強(qiáng)度和耐磨性。例如，20MnTiB鋼因其高強(qiáng)度和韌性被廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度螺栓中。在化學(xué)元素的檢測(cè)方面，主要通過光譜分析儀和原子吸收光譜儀，可快速、精確地檢測(cè)多種元素含量。而化學(xué)滴定法作為傳統(tǒng)方法，適用于高精度實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。
2機(jī)械性能檢測(cè)
機(jī)械性能直接決定螺栓能否滿足設(shè)計(jì)荷載和安全要求，檢測(cè)內(nèi)容包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和沖擊韌性等?？估瓘?qiáng)度是螺栓在拉伸荷載作用下的最大承載能力，而屈服強(qiáng)度是材料發(fā)生塑性變形的臨界點(diǎn)。8.8級(jí)螺栓的抗拉強(qiáng)度要求≥800 MPa，屈服強(qiáng)度要求≥640 MPa。延伸率反映了螺栓的塑性變形能力。高延伸率的螺栓在超載時(shí)能提供一定的變形空間，減少斷裂風(fēng)險(xiǎn)。在低溫環(huán)境下，螺栓可能因脆性增加而斷裂。因此，沖擊試驗(yàn)在低溫條件下測(cè)量材料吸收的能量，以評(píng)估其韌性。在機(jī)械性能檢測(cè)方面，一般拉伸試驗(yàn)采用拉伸試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 228.1-2021標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。沖擊試驗(yàn)采用夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)在特定溫度下測(cè)試螺栓的抗沖擊能力。
3連接強(qiáng)度檢測(cè)
螺栓連接強(qiáng)度取決于其預(yù)緊力和承載力，對(duì)于高強(qiáng)度螺栓（如8.8級(jí)、10.9級(jí)），預(yù)緊力是確保連接穩(wěn)定性的關(guān)鍵。在預(yù)緊力檢測(cè)方面，由于預(yù)緊力是通過擰緊螺栓產(chǎn)生的軸向力，其不足可能導(dǎo)致松動(dòng)，而過大則可能損壞螺紋。一般使用轉(zhuǎn)矩扳手測(cè)量螺栓的擰緊力矩，間接評(píng)估預(yù)緊力。隨著技術(shù)的發(fā)展，也可以通過聲波傳播速度分析螺栓的實(shí)際預(yù)緊力。在承載力檢測(cè)方面，主要通過拉伸或剪切試驗(yàn)測(cè)量螺栓在使用狀態(tài)下的最大荷載。
4其他性能檢測(cè)
其他方面的檢測(cè)主要包括涂層厚度檢測(cè)和耐腐蝕性檢測(cè)。螺栓表面的涂層和耐腐蝕性能對(duì)其使用壽命至關(guān)重要，高強(qiáng)度螺栓通常采用熱鍍鋅、達(dá)克羅涂層等防腐措施。一般涂層厚度需滿足設(shè)計(jì)要求，例如熱鍍鋅螺栓的鍍層厚度一般要求≥75 μm。在實(shí)際檢測(cè)過程中一般采用涂層測(cè)厚儀測(cè)量鍍層的厚度。鹽霧試驗(yàn)是評(píng)估涂層耐腐蝕性能的主要方法，通過模擬鹽霧環(huán)境測(cè)試涂層的耐久性。在實(shí)際檢測(cè)過程中，主要通過鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行模擬腐蝕環(huán)境，評(píng)估涂層的耐腐蝕性。
02/高強(qiáng)度螺栓無損檢測(cè)技術(shù)
高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)破壞性檢測(cè)到現(xiàn)代無損檢測(cè)的演變，其目的在于以更高的效率和精度評(píng)估螺栓的質(zhì)量和狀態(tài)。無損檢測(cè)技術(shù)以其快速、經(jīng)濟(jì)且不破壞螺栓結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。以下是幾種常用無損檢測(cè)技術(shù)的原理、應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)劣勢(shì)分析。
1超聲波檢測(cè)
超聲波檢測(cè)利用聲波在介質(zhì)中的傳播特性，通過分析反射信號(hào)判斷螺栓內(nèi)部的缺陷、裂紋以及松動(dòng)狀態(tài)。一方面可以檢測(cè)螺栓內(nèi)部裂紋和疲勞損傷，另一方面可以通過聲波傳播時(shí)間計(jì)算螺栓的軸向力，評(píng)估螺栓的預(yù)緊力。在高強(qiáng)度螺栓的檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)利用高頻聲波在螺栓內(nèi)部和表面的傳播特性，能夠有效地發(fā)現(xiàn)螺栓內(nèi)部的裂紋、空洞、夾雜物及其他缺陷，從而確保其結(jié)構(gòu)完整性和承載能力。超聲波檢測(cè)高強(qiáng)度螺栓的基本原理是通過將超聲波探頭放置在螺栓表面，向螺栓內(nèi)部發(fā)射高頻聲波。當(dāng)聲波遇到材料內(nèi)部的缺陷或不均勻區(qū)域時(shí)，會(huì)發(fā)生反射或散射。探頭接收到從缺陷處反射回來的回波信號(hào)，并通過分析回波的時(shí)間、強(qiáng)度和波形等特征，判斷螺栓內(nèi)部的質(zhì)量和缺陷類型。通過這一過程，超聲波檢測(cè)能夠精確定位并評(píng)估螺栓中可能存在的缺陷，如微裂紋、氣孔或材料的不均勻性。
工程師用超聲波為螺栓“體檢”
這種檢測(cè)技術(shù)適用于安裝后的螺栓，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，但檢測(cè)結(jié)果受操作技術(shù)和設(shè)備靈敏度影響較大，且對(duì)螺栓表面的光滑程度和耦合劑使用有一定要求。為了更好地發(fā)揮其作用，仍需要解決一些實(shí)際應(yīng)用中的問題，如操作技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)。
2磁粉檢測(cè)
磁粉檢測(cè)適用于檢測(cè)鐵磁性材料中表面和近表面的裂紋等缺陷及不均勻性，已廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)連接中的高強(qiáng)度螺栓檢查，特別是在橋梁、大型建筑、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，螺栓作為關(guān)鍵的承載部件，需要定期進(jìn)行磁粉檢測(cè)，以確保其表面沒有出現(xiàn)裂紋或其他影響性能的缺陷。磁粉檢測(cè)不僅能發(fā)現(xiàn)表面裂紋，還能通過磁粉的聚集情況幫助判斷缺陷的嚴(yán)重程度。其原理主要是利用磁場(chǎng)在螺栓表面和近表面缺陷處產(chǎn)生的漏磁效應(yīng)，通過磁粉聚集顯示缺陷位置。磁粉檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)螺栓表面和淺表層的裂紋、氣孔等缺陷，適用于高強(qiáng)度鋼螺栓的表面檢測(cè)，靈敏度高，能夠精確定位缺陷，且檢測(cè)設(shè)備便攜，適合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。但這種方法僅能檢測(cè)磁性材料，對(duì)非磁性螺栓無效，而且無法評(píng)估螺栓內(nèi)部的深層缺陷。
螺栓經(jīng)磁粉檢測(cè)后顯現(xiàn)出的裂紋缺陷
3紅外熱成像
紅外熱成像檢測(cè)通過測(cè)量物體表面溫度的變化來評(píng)估材料的狀態(tài)和性能。在高強(qiáng)度螺栓的檢測(cè)中，紅外熱成像技術(shù)主要利用螺栓表面溫度的分布變化，幫助發(fā)現(xiàn)螺栓內(nèi)部或表面的缺陷、應(yīng)力集中區(qū)或材料不均勻性等問題。紅外熱成像檢測(cè)的原理主要是通過分析螺栓受力后的熱分布，評(píng)估其預(yù)緊力狀態(tài)或檢測(cè)內(nèi)部缺陷。紅外熱成像檢測(cè)在大批量螺栓檢測(cè)中可用于快速篩查預(yù)緊力不足或松動(dòng)的螺栓，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離高空檢測(cè)或難以接近的螺栓連接。由于紅外熱成像檢測(cè)屬于非接觸檢測(cè)，比較適合復(fù)雜工況，且檢測(cè)速度快，適合大規(guī)模篩查。但這種技術(shù)受環(huán)境溫度和檢測(cè)角度影響較大，檢測(cè)結(jié)果精度相對(duì)較低，需結(jié)合其他方法驗(yàn)證。
220kV主變壓器本體螺栓發(fā)熱紅外熱圖像
紅外熱成像在高強(qiáng)度螺栓的檢測(cè)中，尤其在橋梁、建筑、鋼結(jié)構(gòu)等大型工程中具有重要應(yīng)用。在這些領(lǐng)域，螺栓往往承受較大的外力或受到較高的溫度變化影響，可能出現(xiàn)由于應(yīng)力集中而引發(fā)的裂紋或松動(dòng)。通過紅外熱成像，可以在早期階段發(fā)現(xiàn)這些缺陷，避免螺栓失效帶來的嚴(yán)重后果。
結(jié)論
高強(qiáng)度螺栓的檢測(cè)技術(shù)要求貫穿材料、機(jī)械性能、尺寸和耐腐蝕性能等多個(gè)方面。通過無損檢測(cè)技術(shù)和破壞性檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合，可以全面保障螺栓的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)安全。
未來，智能化和自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步提升螺栓檢測(cè)的精度和效率，同時(shí)多技術(shù)融合的綜合檢測(cè)體系將有效彌補(bǔ)單一方法的局限性。通過完善檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)新型檢測(cè)技術(shù)、推廣智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以為高強(qiáng)度螺栓的全生命周期管理提供可靠的技術(shù)支撐，從而確保工程機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的安全性和可靠性。
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