过屈服拧紧：这些细节，决定了你的装配质量

在工业零部件装配中，螺栓过屈服拧紧是一个近些年发展起来的拧紧策略，尤其在需要高预紧力的场合，如汽车发动机、航空航天设备和重型机械等。然而，过屈服拧紧并非简单的“拧得更紧”，它涉及到材料特性、拧紧设备精度、装配工艺等多个方面的细节。这些细节的把控，直接决定了装配质量的优劣。今天，我们将探讨螺栓过屈服拧紧的关键细节，帮助你优化装配工艺，确保装配质量。

螺栓过屈服拧紧是指在拧紧过程中，螺栓被拧紧到超过其屈服强度的范围，使其发生塑性变形。完整的拧紧装配曲线如下图所示，包括关键参数点有：贴合扭矩、门槛扭矩、屈服扭矩，工艺扭矩点和断裂点。而螺栓过屈服拧紧的工艺扭矩点介于屈服扭矩点和断裂点之间。

而实现过屈服拧紧的最常用的方法是扭矩转角法，相比于扭矩法，其轴力的精度和数值会显著提高。

01 决定装配质量的细节

1.1 门槛扭矩要高于贴合扭矩

在扭矩转角法中，门槛扭矩需要高于贴合扭矩，这是因为门槛扭矩的作用是克服连接件的初始阻力（如间隙、自锁、涂胶等），使连接件完全贴合，为后续的转角控制提供基础。如果门槛扭矩设置过低，连接件可能无法完全贴合，导致转角控制无法有效转化为夹紧力，从而影响拧紧质量。

门槛扭矩的设置要求：

门槛扭矩的最小值：

需高于连接副的贴合扭矩（即Mth> MJ ）,以确保紧固件拧紧的转角能有效转化为夹紧力。

门槛扭矩的最大值：

不超过线性最大扭矩的0.9倍（即 Mth ≤ 0.9 × Mlin），以增加转角法拧紧的优势和安全余量。

1.2 合适的过屈服角度

从屈服点至工艺点的角度为过屈服角度，过屈服角度太小，可能会导致部分拧紧无法过屈服；过屈服角度太大，螺纹被过度拉伸，螺栓有断裂失效风险。经验值为过屈服角度大于0.1倍工艺角度，小于0.1倍屈服扭矩点至断裂点的角度值。

为了保证合适的过屈服角度，应设计合适的工艺角度，其数值大小通常根据螺栓的夹持长度和连接件的特性来设计。通常选择45°、90°和180°作为首选角度。当被夹紧件的长度较短时（如小于1倍螺纹直径），拧紧角度可设置为45°；当夹紧件长度在1-4倍螺纹直径之间时，可选择90°；当夹紧件长度大于4倍螺纹直径时，可选择180°。

1.3 性能稳定性的被连接件

例如当被连接件的刚度波动时，会影响装配曲线，从而影响拧紧角度的确定。如果刚度波动较大，可能导致无法设计出合适的工艺角度，影响拧紧质量。

此外，被连接件的接触区域平面度、粗糙度等质量特性会影响拧紧过程中的贴合扭矩和夹紧力。平面度不合格可能导致夹紧力不均匀，影响连接的可靠性。

对于被连接件有间隙和翘曲时，在拧紧过程中，需要施加一个起始扭矩来消除被夹紧零件间的间隙和翘曲，使后续拧紧时扭矩与转角呈线性关系。

软连接的拧紧点，从门槛扭矩至屈服点的角度数值大，误差也大。很难设计合适的工艺角度值，因此，软连接的拧紧点，采用扭矩法拧紧更合适。

1.4 足够的螺纹连接啮合长度

螺纹连接强度匹配设计原则要求在过载拧紧时失效型式应是螺杆断裂，因为内螺纹的破坏不易发现，且内螺纹的损坏带来的损失较大。过屈服拧紧时，螺栓利用率达到100%，产生的轴力较高，为了保证内外螺纹的承载能力，要保证螺纹有足够的啮合长度。

内外螺纹的承载能力随着啮合长度的增加而线性增长。当到达一个临界的啮合长度情况下，内外螺纹的剪切力和螺栓断裂力是相等的。需要保证螺纹的啮合长度大于临界值，内外螺纹抗剪切能力大于螺栓断裂力，当出现过载的情况下，就会出现螺栓断裂，而不是螺纹拉脱。

1.5 返工时要更换螺栓

过屈服拧紧会使螺栓发生塑性变形，超出弹性阶段，无法恢复到原状态。这种情况下，螺栓的塑性会下降，再次使用时可能导致螺栓断裂或连接失效。

对于过屈服拧紧的螺栓，建议仅使用一次。如果拧紧过程中出现监控窗口报警等问题需要返工，应更换新的螺栓。返工时，需完全退出原拧紧的螺栓，观察螺纹和对手件的表面状态，确认无损伤后才能继续用新螺栓拧紧。