浅谈预防螺栓咬死及解决方法

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  【摘 要】 锁死常常发生在不锈钢,铝合金及钛合金制的紧固件上,当不锈钢紧固件被锁紧时,牙纹间所产生的压力与热力会破坏并抹去其间的氧化铬层,使得金属牙纹直接发生阻塞/剪切,进而发生黏着的现象。当黏着现象持续发生时(通常不超过一圈完整牙径),将使得紧固件完全锁死,再也无法卸下或锁上。通常这一系列的阻塞→剪切→黏着→锁死的一连串动作就发生在短短的几秒钟。为了提高生产效率,提升产品质量,本文主要从产生螺栓咬死的原因进行分析,进而找出预防措施,最终针对螺栓咬死的解决方法进行分析。
  【关键词】 螺栓;咬死;咬死原因;解决方法
  1、产生咬死现象的原因
  操作者没有正确选择产品,在使用前应先确认产品的机械性能是否满足使用需求(如螺栓的抗拉强度和螺母的安全负荷),另外螺栓的长度选择应恰当,以旋紧后露出螺母3~4个牙距为准。在工作过程中未能及时检查螺栓的工作状态。操作者欠缺基本的钳工知识,当螺栓不能继续旋入时未及时停止操作仍继续施加预紧力。施力方向角度错误,螺母必须垂直于螺栓的轴线进行旋合,切勿倾斜施拧,第二次装配前螺纹有过损伤或装配时未涂高温防烧剂、润滑剂或二硫化钼等而盲目地旋上螺母,导致螺纹咬死。拆卸时加热工艺不正确,使螺纹部分温度过高而涨死。螺栓长期在高温下工作,表面氧化皮较厚,螺栓与螺纹间较大的挤压力形成坚硬的氧化膜。氧化膜拉破时在螺纹表面拉出毛刺,造成螺纹咬死。
  螺栓加工质量不够高,粗糙度太差,螺纹间配合间隙小。螺栓头部标记的数字“88”“109”,分别代表螺栓的强度等级8.8级和10.9级。牙纹粗糙或有异物沾粘,如有焊点及其它金属屑夹在牙纹间,常会导致锁死。第二次装配时螺纹未清理干净,螺纹上有毛刺,表面粗糙。
  针对不锈钢螺栓,超过螺栓本身的力矩值,导致超拧。预紧速度过快导致螺栓咬死,尽可能选用扭力扳手或套筒扳手,避免使用活动扳手或电动扳手。因为电动扳手常导致紧固速度过快,温度急速上升而锁死。
  2、预防措施
  使用之前先确认产品的机械性能是否能满足使用要求(如螺栓的抗拉强度和螺母的安全负荷),按照工艺文件规定选择正确的螺栓等级。螺栓的长度选择应恰当,以旋紧后露出螺母3~4个牙距为准。螺纹必须保持清洁;按照工艺文件,使用前适当添加润滑剂。
  螺栓必须垂直于螺丝的轴线进行旋合,切勿倾斜;在旋紧过程中,施力必须均匀,用力不可超过安全扭力值;紧固不锈钢螺栓时,选用扭力扳手或套筒扳手,避免使用活动扳手或电动扳手;在高温状态下使用时必须冷卻,且使用时不要快速旋转,以免温度急速上升导致锁死(如电动扳手等)。在第二次装配前对每颗螺栓、每个螺母及底扣都应仔细地试验和检查,不留有任何毛刺。螺栓第二次装配前一定把原有的润滑剂等清洗干净,涂好润滑剂等再回装。在拆卸前4h左右,在螺纹处浇上煤油或松动剂等,润滑螺纹间的氧化物,便于拆卸。在拆卸后的检修阶段,对螺栓的氧化皮彻底清理。
  对新到螺栓进行仔细检查,发现螺纹不好或粗糙度不够,对螺栓的直线度也需要进一步检查,一旦发现不合格,应及时更换螺栓或进行再加工处理,合格后再使用。对已经咬死无法拆卸的螺母,请熟练的气焊工用割枪或角磨机割下螺母保护螺杆。螺杆损坏需更换,而螺杆无法卸下时,可用割枪在离法兰约10mm部位割断螺杆。钻2个孔,再用割枪通过螺杆割开,使螺纹脱开,也可使用大型手动扳钻工具拆卸。
  螺纹孔的清理:优先选用耐磨丝螺纹清理毛刷清理螺纹孔。耐磨丝螺纹清理毛刷规格:按照刷毛直径可分为φ36和φ45两种规格。φ36规格清理毛刷适用于M12~M30范围的螺孔清理,φ45规格清理毛刷适用于M30~M36范围的螺孔清理。
  耐磨丝螺纹清理毛刷使用方法:清理毛刷可直接使用手电钻夹紧毛刷柄部或通过加强杆连接。使用时必须先旋转清理毛刷再将刷毛部分伸入螺孔内部,且在清理中要将毛刷绕螺孔圆周方向摆动,并在旋转中沿螺孔轴向拉动毛刷,确保螺纹部分全部被刷毛清理。使用螺旋清理毛刷后的螺孔必须使用压缩空气对螺孔进行吹拂处理,确保螺孔内清洁无异物。备注:为防止扭矩过大造成毛刷长时间使用时与手电钻连接的根部折断,可在使用时在毛刷柄部增加加强杆。
  在装配过程中,进行初始力矩紧固螺栓力矩时,当不易紧固牢固时,应将螺栓立即旋出,使用丝锥对其进行过丝,丝锥的选用及使用要求:过丝前将孔内油脂或异物清除。机用丝锥选用二锥;手用丝锥选用最后一锥(M6~M24的丝锥选用二锥,大于M24的丝锥选用三锥)。M12以下的仍需丝锥过丝。过丝:装配前按照螺纹孔的规格选用相应规格的丝锥(机用丝锥选用Ⅱ锥;手用丝锥用最后一锥(Ⅱ锥或Ⅲ丝锥)),用绞杠将所有的螺纹孔过丝(禁止使用手电钻等电动工具)。
  螺钉、螺栓和螺母紧固时严禁敲击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。同一零件用多个螺钉或螺栓连接时,各螺钉或螺栓应交叉、对称、逐步、均匀拧紧。100N.m以下的力矩值建议一次完全预紧100%。100N.m-300N.m的力矩值建议分两次预紧,第一次先预拧紧50%的力矩值,第二再完全次预拧紧100%的力矩值。300N.M以上的力矩值建议分三次拧紧,第一次先预拧紧50%的力矩值,第二次预拧紧75%的力矩值,第三再完全次预拧紧100%的力矩值这样保证连接受力均匀。如有定位销,应从定位销开始拧紧。
  3、解决方法
  适合于所有没完全咬死,可以旋转的螺栓,首先用煤油渗透,充分渗透后,用螺栓本身承受力矩的50%力矩值以下的力矩进行拆卸。如果拆卸不下来,应采用其它方法进行拆解,不能硬拆,防止螺纹孔内螺纹被拉伤。最后,用相应的丝锥进行过丝清理螺纹孔,经相关技术人员依据标准确认合格后,方可再次使用螺纹孔。
  电火花机适合于所有螺纹孔,可以取咬死或断在螺纹孔内的丝锥和螺栓等。采用便携式电火花机进行取除,其工作原理是采用电腐蚀原理去除折断丝锥、钻花、铰刀、螺栓等,非接触加工,加工中工件不受力,不会损伤工件。用相应的丝锥进行过丝清理螺纹孔。
  完全咬死情况,适合于M16以上的大螺栓,首先架起磁座钻先选择合适的钻头将其慢慢钻透,分两次或三次用不同的钻头慢慢进行扩孔,后用铣刀将螺栓铣薄,将螺栓铣成薄壁件(约0.5mm~1mm的薄壁件),用割枪逐段进行加热处理,割枪加热的速度要稳、快、准。将薄壁件加热,见薄壁件发红后,迅速用专用自制剃刀,将其慢慢撬起,将其剔除取出。每次取下一小部分,后将螺纹孔清理干净。再数次用割枪更换相对位置进行加热处理,慢慢取出螺纹孔内残余的螺栓,最后,用相应的丝锥进行过丝清理螺纹孔,经相关技术人员依据标准确认合格后,方可再次使用螺纹孔,防止加热过程中,工件本身尺寸受到影响或退火。此项工作需具备相应的操作技能操作证,方可进行,动作标准,方法正确,防止因操作不当,导致的工件本身被割伤。
  除上述方法处理外,也可采用下面的方法:采用反丝器,进行取出断的螺栓。对于断在螺纹孔内的断头螺栓,可用相应尺寸的钻头将螺栓钻出,再用相应的丝锥攻丝,拧出断头螺栓的剩余部分。
  参考文献:
  杨诚.GB/T19568—2004《风力发电机组装配和安装规范》[S].2004-06-09发布,2004-12-1实施,参考第1~2页
  华军.螺纹润滑状态改变对螺栓预紧力矩影响的分析[J].期刊名:机车车辆工艺,2009-06,参考第13~15页
  作者简介:侯智成(1984.11.21),男,籍贯:河南。工作单位全称:新疆金风科技股份有限公司。岗位:工艺工程师。研究方向:风力发电机组的装配工艺。职称:初级工程师。学位:学士学位。
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