高温用不锈钢螺栓高温拉伸测试机构

 螺栓失效是导致工程机械故障的主要因素。在 250℃环 境下使用的螺栓，必须考虑使用寿命进行特殊设计 [1]，需分析材料高温变化对螺栓连接性能的影响。当螺栓连 接承受高温时，选择合适的紧固件、垫圈以及螺母材料至关重要。一般企业都推荐了常见标准件的*高使用环境温 度。标准件在使用时不超过建议的温度极限，可以显著降低蠕变和局部屈服的影响。 

1　高温环境对螺栓性能的影响 

1.1　屈服强度 

    螺栓连接中每种材料的屈服强度会随着温度的升高而 降低。在许多情况下，当螺栓连接副暴露于高温时，屈服强度下降会导致局部压缩屈服。这是因为在装配过程中， 螺栓在高温下不能维持室温下产生的接触应力，降低了材料的屈服强度，容易发生压缩屈服，直到紧固件的夹紧负 载下降到足以承受每个界面处的接触应力为止。 

1.2　热膨胀 

热膨胀系数随温度和材料的变化而变化。如果夹持件比紧固件膨胀得多，则夹紧负荷将随着温度的升高而增加。如果紧固件的热膨胀程度超过连接件，则将导致夹紧负荷降低。在实际生产中，热膨胀的影响非常复杂，如果没有 详细的有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）很难进行预测。热膨胀系数主要和以下两个因素有关 [2]：一是在 瞬态和稳态条件下，由于整个连接副温度不均匀而导致的热传导较复杂；二是整个紧固件和夹持件的温度不均匀， 影响热膨胀计算精度。

1.3　弹性模量 

    弹性模量随温度升高而降低，导致夹持件和紧固件刚度降低。紧固件通常被描述为类似于非常坚硬的弹簧。在高温 下，紧固件材料弹性模量的下降会降低紧固件的刚度，从而减少夹紧载荷[3]。这种影响通常很小，但对于给定的 外部负载，紧固件的循环应力会随着温度的升高而变化。 

1.4　疲劳性能 

    紧固件的使用寿命会受到外部载荷和热循环的周期性 应力影响[4]。为了量化紧固件的疲劳能力，可在室温和高 温下进行一系列的疲劳测试。疲劳测试以恒定的平均应力（相当于紧固件的标准应力）施加循环正弦轴向载荷，通 过测试实际的紧固件（而不是紧固件材料样本）评估头部下方和螺纹的应力集中情况。该测试不能使用从抛光样本 生成的疲劳数据来量化紧固件的疲劳性能。 

2　高温导致的屈服试验 

    在案例研究中，切开涡轮增压器与歧气管法兰的连接 处，如图 1所示，使用螺柱（能够测量夹持力）将两个件 装配在一起，并在 700℃的烤箱中烘烤 4h。加热前后，分别在室温下测量紧固件的夹持力和一系列几何尺寸。结果 发现，在加热期间，紧固件损失了大约 75%的夹紧载荷。随后将组件沿每个螺柱的轴线纵向剖开，并用显微镜检查， 以识别和量化夹紧载荷损失的来源。