高强度螺栓新型水基薄膜润滑剂应用

2012年第9期

铁道建筑Railway Engineering

文章编号：1003-1995（2012）09-0141-03

高强度螺栓新型水基薄膜润滑剂应用研究

杨

瑞1，张鹏飞1，程季青2，房

昺1，赵建军

3

（1．北京航空材料研究院，北京100095；2．中国铁道科学研究院，北京100081；3．上海高强度螺栓厂，上海200090）

摘要：介绍了一种高强度螺栓新型水基薄膜润滑剂，通过该润滑剂对高强度螺栓连接副表面进行润滑处

理，处理后的螺栓连接副，与磷皂化工艺处理的螺栓连接副相比，其扭矩系数（或紧固轴力）受温度的影响明显减小，

在0ħ 60ħ的温度区间内，扭矩系数（或紧固轴力）均能够满足相关标准要求。关键词：高强度螺栓连接副扭矩系数紧固轴力润滑剂

中图分类号：U445.58+

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文献标识码：A DOI ：10．3969/j．issn．1003-1995．2012．09-43

收稿日期：2012-01-20；修回日期：2012-05-28

作者简介：杨瑞（1985—），男，湖北仙桃人，工程师，硕士。

高强度螺栓连接副是连接钢结构最常用的连接紧

固方法，主要用于桥梁、钢网架结构、工业厂房、高层民用建筑等重要场合，需求量很大

［1-4］

。高强度螺栓连

接副是关系到整体钢结构连接成功与否的关键，连接副的一些技术指标必须严格控制，对于大六角头螺栓连接副，GB 50205—2001，GB /T 1231—2006等标准［5-6］要求：同批螺栓连接副扭矩系数平均值应为0.110 0.150，扭矩系数的标准偏差应不大于0.010；对于扭剪型螺栓连接副，

GB /T 3632—2008，JSS Ⅱ09—1996等标准［7-8］对其紧固轴力及标准偏差也有规定。

1国内外连接副扭矩系数控制方法

为控制螺栓连接副的扭矩系数（或紧固轴力），目

前国内各高强度螺栓厂家一般采用铁道科学研究院研制的磷皂化处理工艺，即螺栓连接副表面磷化后再皂化的处理方式。一般来说，螺栓连接副在出厂时，制造厂家会提供其在一种温度下（一般为室温）的扭矩系数值供参考。但是当螺栓连接副到达施工现场时，可能会遇到各种温度条件，因此，在螺栓连接副出厂前，厂家一般会根据螺栓连接副的预计使用时间（如夏天或冬天，使用温度不同）来确定相应的皂化工艺，通过调整皂化膜的厚度来调节连接副的扭矩系数（或紧固轴力），以保证其能够适应于施工时的温度条件。但是，一旦连接副在预计时间没有使用（如施工延期等），在施工时该批连接副的扭矩系数（或紧固轴力）就有可能在标准规定的范围之外，就需要返厂重新调整皂化工艺以适应新的施工条件。出现这种问题的根本原因在于，

经过皂化处理的螺栓连接副其扭矩系数（或紧固轴力）受温度的影响太大。如普遍采用的磷皂化处理工艺，温度每升高（或降低）10ħ，其扭矩系数降低（或增加）约6.7%，处理后的螺栓连接副，其扭矩系数（或紧固轴力）不能保证在实际可能遇到的较大的温度区间（如0ħ 60ħ内）均满足标准要求。例如扭剪型螺栓，目前GB /T 3632—2008只对其在20ħ下的紧固轴力及标准偏差做了规定，但实际使用时，温度区间会很大，国外标准如JSS Ⅱ09—1996对其在0ħ 60ħ内的紧固轴力范围都做出了规定，而国内现有的表面处理技术很难满足其要求。

国内部分工程中也采用了国外的高强度螺栓连接副，其中日本和韩国的高强度螺栓连接副应用较多。研究发现，日本和韩国的高强度螺栓连接副在磷化（或发蓝等表面处理）后还经过了后处理，表面有一层有机薄膜，其中韩国的高强度螺栓连接副表面为半固体有机膜，日本的高强度螺栓连接副表面为油膜。相比于目前国内的表面处理工艺，国外经过后处理的螺栓连接副产品，其扭矩系数（或紧固轴力）受温度的影响相对要小，但仍不能保证在较大的温度区间（如0ħ 60ħ内）均满足相关标准要求。

因此，目前紧固件行业迫切需要一种新型的高强度螺栓连接副表面处理技术，能够控制连接副的扭矩系数（或紧固轴力），降低其温度敏感性，满足应用需求。本文作者开发了一种水基高强度螺栓薄膜润滑剂，通过该润滑剂对高强度螺栓连接副表面进行润滑处理后，能够使其扭矩系数（或紧固轴力）满足相关标准要求，且对温度敏感性小。

2

润滑处理对螺栓连接副扭矩系数的影响

2.1

处理对象及方法

批量处理用螺栓连接副采用上海高强度螺栓厂生

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铁道建筑September，2012

产的10.9S级M22ˑ75高强度大六角头及扭剪型螺栓连接副，螺栓材质为20MnTiB钢，螺母材质为35#钢，垫圈材质为45#钢。

采用北京航空材料研究院研制的W-6系列高强度螺栓薄膜润滑剂对连接副进行润滑处理，该系列薄膜润滑剂是含高分子聚合物的水乳液。处理时将螺栓、螺母或垫圈完全浸入乳液中，待表面完全润湿后取出沥干，采用热风吹干或自然干燥。连接副的扭矩系数（或紧固轴力）采用YJZ-500S型高强螺栓轴力扭矩复合检测仪进行测试。大六角头螺栓连接副每个条件下测试8套连接副（GB/T1231—2006），扭剪型螺栓连接副每个条件下测试5套连接副（JSSⅡ09—1996）。高、低温环境下的测试在自行设计的控温装置中进行。

2.2测试结果

2.2.1大六角头螺栓连接副

对于大六角头螺栓连接副，在处理时，连接副中螺母统一采用W-6系列高强度螺栓薄膜润滑剂进行润滑处理，螺栓和垫片的处理分以下三种形式：①磷化后螺栓、垫片均采用W-6系列高强度螺栓薄膜润滑剂进行润滑处理；②磷化后螺栓浸油，垫片皂化；③磷化后螺栓、垫片不再处理。结果如表1至表3所示。

表1大六角M22ˑ75（螺母、螺栓、垫片磷化后均W-6处理）

温度/ħ扭矩系数扭矩系数平均值标准偏差600.120，0.122，0.112，0.115，0.110，0.118，0.114，0.1080.1150.0049 200.145，0.130，0.142，0.136，0.133，0.131，0.130，0.1330.1350.0056

00.141，0.147，0.133，0.134，0.133，0.143，0.145，0.1230.1370.0080

表2大六角M22ˑ75（螺母磷化后W-6处理，螺栓磷化后浸油，垫片磷化后皂化）

温度/ħ扭矩系数扭矩系数平均值标准偏差600.123，0.115，0.109，0.116，0.104，0.115，0.115，0.1190.1150.0058 200.135，0.126，0.130，0.125，0.133，0.125，0.131，0.1360.1300.0044

00.141，0.139，0.132，0.133，0.134，0.128，0.138，0.1470.1370.0060

表3大六角M22ˑ75（螺母磷化后W-6处理，螺栓、垫片磷化后不处理）

温度/ħ扭矩系数扭矩系数平均值标准偏差600.112，0.114，0.112，0.114，0.112，0.113，0.110，0.1140.1130.0015 200.140，0.141，0.134，0.139，0.136，0.134，0.138，0.1400.1380.0028

00.150，0.149，0.138，0.147，0.153，0.147，0.140，0.1420.1460.0052

表1为螺母、螺栓及垫片均采用W-6系列润滑剂处理的情况，从0ħ 60ħ的温度区间来看，扭矩系数及标准偏差均能够满足GB/T1231—2006的要求。扭矩系数随温度的升高而降低，以0ħ的扭矩系数为基准，平均来看，温度每升高10ħ，扭矩系数降低（0.137－0.115）/（0.137ˑ6）=2.7%，说明在整个温度区间内扭矩系数受温度的影响并不大。

表2为通过W-6系列润滑剂处理后的螺母与浸油螺栓及皂化垫片配合使用的情况，测试结果与第①种情况差别不大，在0ħ 60ħ的温度区间内，扭矩系数及标准偏差均能够满足GB/T1231—2006的要求，扭矩系数随温度的升高而降低，温度每升高10ħ，扭矩系数降低2.7%。

从表3中可以看出，用W-6系列润滑剂进行处理，仅处理螺母，与磷化后螺栓及垫片配合使用，与前两种情况相比，在0ħ 60ħ的温度区间内，其高温段的扭矩系数变化不大，低温段的扭矩系数略有升高，但在整个温度区间内其扭矩系数及标准偏差也能够满足GB/T 1231—2006的要求。扭矩系数随温度的升高而降低，温度每升高10ħ，扭矩系数降低（0.146－0.113）/（0.146

ˑ6）=3.8%，较前两种情况下略有升高。

2.2.2扭剪型螺栓连接副

对于扭剪型螺栓连接副，GB/T3632—2008，JSS Ⅱ09—1996及其它相关标准都有规定，但各标准中紧固轴力允许范围及标准偏差并不统一，这里仅列出参照日本JSSⅡ09—1996标准的一组数据。

表4为JSSⅡ09—1996标准对于M22扭剪型螺栓连接副的紧固轴力及标准偏差的相关规定。

表4JSSⅡ09—1996标准（M22）kN

紧固轴力平均值标准偏差常温（10ħ 30ħ）212 256≤16 0ħ 60ħ205 268

表5为通过W-6系列润滑剂处理后的螺母与浸油螺栓及皂化垫片配合使用的情况，可以看出，在0ħ 60ħ的温度区间内，紧固轴力平均值都在JSSⅡ09—1996规定的范围内，标准偏差也远低于允许范围。说明采用W-6系列高强度螺栓薄膜润滑剂进行润滑处理后的扭剪型螺栓连接副，其紧固轴力受温度的影响较小，能够满足JSSⅡ09—1996的要求。

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