扭矩扳手准确性的影响因素探析

王甜 武汉中车株机轨道交通装备有限公司

一、引言

加工制造技术的进步，使得机械设备具备的功能不断得到完善，控制好机械设备功能模块安装质量，可以进一步提高机械设备整体质量，提升功能模块的安装质量离不开准确的螺纹安装扭矩。螺纹作为重要的安装工序，需要良好地连接紧密性，这就需要在使用过程中减小扭矩误差，规范工人员的操作方法，达到螺栓连接质量控制要求，满足机械设备对密封性的要求。所以，深入研究扭矩扳手准确性，提高螺栓安装操作精度，满足对安装质量控制要求。

二、扭矩扳手工作原理和优点

扭矩扳手也是根据物理学中杠杆原理，操作人员通过对扳手施加扭矩来使机械构件产生转动，使得螺帽与螺栓形成对等力，可以达到设定的力学平衡点。扭矩扳手与普通扳手有所不同，采用人体工学特点进行设计，使用过程中具有更好的握持舒适感，可以减少使用产生的疲劳感，只需要设定好扭矩刻度，就可以保证施加力达到规定值，工作人员通过手柄可感受到产生的振动，防止施加的扭矩过大或过小，不能达到紧密性连接的要求。通过设定扭矩后进行操作，可以在达到扭矩以后听到咔哒声，工作人员应该停止继续施加扭矩。市面上扭矩扳手的类型比较多，主要有指针式、数显式等，工作人员的使用过程中查看具体的扭矩值，但很多扭矩板手的精度都达不到要求，还需要采取人工方式来设定扭矩值，以人工或物理计算方式进行扭矩设计。

扭矩＝力×力臂

图1 扭矩示意图

三、扭矩扳手准确性影响因素分析

（一）工作人员专业水平

工作人员具备的专业水平会对扭矩扳手准确性产生较大的影响，对扭矩扳手是否了解会对施加力矩取值形成影响，比如，施工加的扭矩速度、角度等，如果角度太大，存在的单边摩擦就会相应的变大，而施加扭矩速度不均则会存在波动，需要工作人员严格控制好施力角度与速度，防止产生冲击扭矩。在进行螺栓紧固操作时，应该确定好初始预紧力，再根据装配工艺要求进行设计，制定科学合理的扭紧办法，控制好会使用过程中的力度。使用扭矩手的时候，工作人员必须用手握住扭矩扳手的手柄用力进行操作，如握住扭矩扳手的其他部位进行操作将会对产生的扭矩值造成影响。

图2 扭矩扳手的不正确使用造成的影响

（二）螺栓摩擦影响

螺纹连接件相互间上存在着摩擦力，但无法对摩损损耗进行准确测定，会导致扭矩扳手在使用时存在取值不准确的问题。在进行扭紧操作过程中，施工加的预紧力与扭矩间存在着正比例关系，螺栓受力及工况会对预紧力产生影响。普遍情况下，当螺栓完全拧紧以后，施加预紧力不可以超过材料屈服极限的80%，螺栓头部、底部和表面摩擦只有50%扭矩左右，余下的扭矩会被螺丝摩擦所消耗，约有10%扭矩被应用到锁紧。螺栓制作的表面工况、润滑程度和摩擦系数也会对预紧力产生影响，螺帽及工件结合面相互影响会使摩擦半径发生改变，因此，很多扭矩锁紧不会采用垫圈。为降低摩擦力，多采用二硫化钼、石墨材料等制作成润滑脂，多应用于特殊锁紧力要求工况下，要不然则会使预紧力变大，螺栓由于过度受力而产生断裂。如果想采用较小预紧力达到理想的预紧效果，可采用润滑脂减小连接件摩擦力。螺栓与紧固件间的摩擦力可以防止机械设备受到震动而松动，可应用双螺母或涂胶等方式，使锁紧力达到设计要求。螺栓表面进行电镀处理，也会对扭矩及摩擦系数产生影响，接触面、螺纹副间摩擦系数也会对扭矩值产生影响，在进行螺纹连接以前需要对选用的螺栓材质、热处理情况进行检查与了解，核实是否存在裂纹、断扣等问题，可以更好地保证螺栓与紧固件间的配合。

图3 螺纹连接件之间存在摩擦力

（三）读数影响

指针扭矩扳手会通过宽度、刻度间距比来获取到实际的力矩值，准确度会受到读数影响，需要工作人员事先进行估读，这样可以降低读数误差，而数显扳手读数误差主要会受到数据波动影响。读数误差约占扳手示值误差50%，而测量扭矩值变大会使读数误差有所降低，测量扭矩扳手下限部位易产生读数误差，需要由两名工作人员进行重复读数，这样可以提高读数的准确性。

（四）扭矩扳手结构影响

预置可调式扭矩扳手不可以脱离开主弹簧，这是准确使用扭矩扳手的关键，弹簧材料应变会对扭矩扳手准确性产生影响，需要弹簧材料具备足够的强度、冲击韧性、塑性和弹性，疲劳极限达到使用要求，经过良好的热处理以后方可用于扭矩扳手。使用完预置式扭矩扳手以后，需要把扳手扭矩调整到最小值，完全释放掉弹簧力，可以延长弹簧的使用年限。在采用预置可调式扳手时，先将扳手进行预扭，不可以拆卸掉螺母、螺栓，也不可以在扳手尾部加延长套管，避免对扭矩扳手造成损伤。要据使用要求合理调整扭矩，应该平缓加载扭矩，不可以进行猛压或猛拉，防止过载操作使扭矩失去准确性，达到预置扭矩以后及时停止用力。

（五）维护管理

扭矩扳手使用频次比较高，为了进一步提高准确度，需要进行定期采用检定仪进行校准，可以达到1%的准确率。校准多在实验环境下进行，不同于现场使用条件，应该对校准与维护进行管理，避免受到不同场合的影响。在实际应用前需要检查扭矩扳手准确性，结合使用频次来确定维护频率，每年不少于一次校准。

四、扭矩扳手的正确使用方法

一些螺栓、螺母等紧固件对安装扭矩有较高要求的场合，都会应用到扭矩扳手，通过对施加扭矩的准确控制可以提高螺纹的紧固性，也不会由于力矩过大导致螺纹受损，操作前设置好固定扭矩值，施加到预置的力矩后会通过振动或咔哒报警声，需要停止继续施加外力，不可以采用冲击力，操作完成后将扳手中零件复位。工作人员需要将手握到手柄中间刻度线部位，要标注的方向上施加力矩，施力角度应该控制在±15°以下。严格根据紧固件强度及扭矩工艺要求选用合理量程的扭矩扳手，不可以超范围使用。指针式扭矩扳手在使用以前，需要进行检查与调零，在无荷载情况下指针应该归零，如果指针不归零应该进行调整或更换。为达到准确读数的要求，操作扳手手柄时保证拉力与扳手成90°，平稳地施加扭矩，不可以冲击或施加过大的力矩，避免出现力矩误差。使用完力矩扳手以后，需要将通过旋转将指针归于零位，为下次使用提从方便。采用预置可调式扳手对构件进行紧固，需要把扭矩值设定在使用区间的，同时，扭矩扳手也是一种计量工作，在使用过程中不可以丢掷、震动，避免由于使用不当造成读数不准。

五、扭矩扳手的检定

扭矩扳手作为计量器具，需要根据要求定期进行检定与校准，检验验测机构对扭矩扳手进行检定合格以后，会给扳手贴上合格标志。ISO 6789规定扭矩工具一年至少要校验一次，国家检定规程JJG 707-2014适用于扭矩扳手、含扭矩螺丝刀、及其他结构形式的带有扭矩测量机构的拧紧计量器具，国际通用标准ISO6789-2017规定了用于螺纹连接体控制拧紧的手动扭矩工具的要求，描述了其测试方法及标记方法。工作人员在使用扭矩扳手时，应该检查合格标识是否过期，查阅校准证书中对转接器与扭矩扳手配合使用要求，都给出那些警示信息，需要根据校准数值进行规范操作。在进行扭矩扳手检定时，需要保证扳手旋转面与水平面保持平行，将期放置于智能扭矩仪上，通过导轨托盘来对扳手高低进行调整，保证旋转面与水平面保持平行状态，使安装力矩数值可以准确无误。如果摆放位置达到准确要求，在对扳手施加作用力时，扳手自身尺寸及自重会对力矩分量产生影响，会使得检定精度达不到要求，需要严格控制扳手放置位置，才能更好地保证扳手精度。施加作用力的方向应该尽量保持与扳手保持垂直，如果超出允许偏差区域，扳手形成的力臂会低于实际力臂，扭矩值变小会对检定精度造成影响。施加的力需要作用到扳手中间区域，也就是保持在加力线附近，如果位置靠前会与视准器接近，严格情况下会损坏指示器，扭矩会低于实际值。如果位置太过于靠后，施加的力矩会超过实际值，力矩传感器则会受损，对扭矩精度造成影响。为防止传感器受力状态不好引起误差，需要使传感器与扭矩扳手保留一定的间隙，对扳手施加作用力时，传感器与扳手方头无法保持相同轴心，而实际显示数值为扳手示值扭矩、侧向扭矩、四方孔和套头摩控力矩和。所以，缩短扳头及四方孔间隙，采用较小摩擦力转接头，可以使输出扭矩值更为精准。

六、结语

为了保证扭矩扳手准确性，需要深入分析扭矩扳手原理与准确性影响因素，保证按规范要求合用扭矩扳手，如何进行准确地检定，从提高操作人员专业素养入手，更好地保证扭矩的稳定，减少摩擦带来的影响，可以进一步降低误差，提高扭矩扳手准确性。