螺栓預緊力│₪₪↟、緊固軸力│₪₪↟、軸嚮應力│₪₪↟、可以採用超聲波直接實時測量☁₪, 智慧螺栓系統發射和接收超聲波脈衝電訊號│₪₪↟、測量並計算發射和回波電訊號之間時間差☁₪,即聲時差☁↟。螺栓軸力超聲波測試儀廣泛應用於汽車│₪₪↟、航空│₪₪↟、航天│₪₪↟、鐵路│₪₪↟、風力發電│₪₪↟、核能等裝配測試領域☁₪,已經成為螺栓緊固系統測試和制定螺栓裝配工藝必要檢測儀器☁₪,為螺栓產品研發和設計提供有力的保障☁₪,同時可以實時測試和監控緊固軸力變化☁↟。為螺栓緊固系統可靠安全執行提供保證☁↟。


  測試原理╃✘:

  根據聲彈理論☁₪,固體中的應力│₪₪↟、軸力將引起聲速的變化☁₪,聲速變化比率與應力│₪₪↟、軸力呈線性關係☁↟。

  嚴格地講☁₪,聲速變化比率與應力│₪₪↟、軸力的關係並非是完全線性的☁₪,而對工程應用而言則可將這種關係看作是線性關係╃✘:

  (Vs -Vo )/Vo= ΔV/Vo=Kσ

  聲速與應力│₪₪↟、軸力的關係曲線如下╃✘:



  超聲波有個特性╃✘:超聲波傳遞到兩邊密度差異較大的介面時會反彈☁↟。

  我們在螺栓頭部往杆部發出超聲波時開始計時☁₪,等到收到從杆端反彈回來的超聲波時再計時☁₪,計算時間差☁↟。超聲波的時間差代表了螺栓長度☁↟。

  在螺栓自由狀態下☁₪,記錄一個原始時間差Ts☁₪,在螺栓擰緊過程中☁₪,超聲裝置不停的傳送超聲波訊號並持續記錄時間差Tt ☁₪,螺栓伸長率=(Tt-Ts)/Ts☁↟。

  超聲波在鋼鐵中的傳播速度跟材質│₪₪↟、溫度│₪₪↟、密度│₪₪↟、彈性模量│₪₪↟、受力狀態等引數相關☁↟。

  通常在鋼鐵中傳播速度大約在6000m/s左右☁₪,6000m/s = 0.006mm/ns☁₪,假設M6螺栓長度為1倍直徑=6mm☁↟。非受力狀態下☁₪,超聲波在螺栓中的傳遞時間為╃✘:

  2倍*(6mm÷0.006mm/ns)=2000ns

  當螺栓發生0.2%非比例伸長時超聲波在螺栓中的傳遞時間為╃✘:

  1.002*2倍*(6mm÷0.006mm/ns)=2004ns

  超聲波訊號的延時增加量為4納秒☁₪,因此只有超聲系統的飛行時間精度小於4ns我們才能準確捕捉到0.2%非比例伸長☁↟。作為一款實時動態測量系統並且有時需要在螺栓彈性段使用☁₪,這就要求超聲波系統的飛行時間精度更小☁↟。因為在彈性段超聲波訊號的延時更小☁↟。


  彈性變形階段╃✘:

  透過螺栓伸長率和螺栓的彈性模量☁₪,可“近似”推匯出螺栓所受軸力☁↟。

  缺點╃✘:由於彈性模量是在拉力機上以純拉受力狀態下測得的☁₪,而在實際裝配時除了軸向拉力☁₪,螺栓還受到扭矩轉換過來的剪下力☁↟。受力狀態並不完全相同☁↟。因此☁₪,該方式得到的力值為近似值☁↟。


  塑性變形階段╃✘:

  無法透過螺栓伸長率和螺栓的彈性模量推導軸力☁↟。

  因此我們需要給螺栓動態施加拉力☁₪,並在此過程中記錄螺栓所受軸力和超聲波訊號☁₪,並建立一個超聲訊號和軸力訊號之間的一個比值關係☁↟。我們稱之為螺栓的“超聲波標定”☁↟。

  實物模擬擰緊相同特性的螺栓時☁₪,利用所測量的超聲訊號和“超聲波標定”時所獲得的超聲波和軸力的比值關係☁₪,反推出軸力資料☁↟。