紧固件、螺栓、螺钉、螺柱和螺母检测

紧固件检测：螺栓、螺钉、螺柱与螺母的关键质量控制

紧固件作为连接结构的“基石”，其质量直接关系到机械设备、建筑结构乃至整个系统的安全性与可靠性。为确保这些看似微小的零件发挥巨大作用，一套科学、严格的检测体系必不可少。本文将聚焦核心检测项目，涵盖螺栓、螺钉、螺柱和螺母等常见类型。

核心检测项目类别

紧固件检测主要集中在三大方面：

1. 尺寸与几何精度检测： 确保零件能与配合件精确装配。
2. 力学性能检测： 验证零件在受力环境下能否安全承载。
3. 表面质量与防护层检测： 评估外观、防腐能力及安装顺畅性。

详细检测项目

一、尺寸与几何精度检测

1. 螺纹检测 (核心项目)：

   • 螺纹通止规检验： 使用精确的螺纹通规（应能顺利旋合）和止规（旋入量不超过规定圈数）综合检验螺纹的作用中径、单一中径、大径、小径和螺距偏差。这是螺纹互换性的基础。
   • 螺纹大径测量： 使用外径千分尺或专用量规测量。
   • 螺纹中径测量： 使用螺纹千分尺、三针法配合精密量仪测量或通过精密光学投影仪/影像测量仪测量。
   • 螺纹螺距测量： 使用螺距规、工具显微镜或影像测量仪测量。
   • 螺纹牙型角测量： 通常在工具显微镜或投影仪上观察测量半角误差。
   • 螺纹长度测量： 确保符合图纸或标准要求的旋合长度或总螺纹长度。

2. 主要尺寸检测：

   • 长度测量： 螺栓、螺钉、螺柱的总长、螺纹长度、无螺纹杆部长度；螺母的高度/厚度。
   • 头部尺寸：
     • 对边宽度（S值） - 使用卡尺或专用量规。
     • 对角尺寸（e值） - 使用卡尺。
     • 头部高度（K值） - 使用高度尺或卡尺。
     • 头部直径（D值，如适用） - 使用卡尺。
   • 杆部直径： 光杆部分直径（d值）。
   • 支承面直径/垫圈面直径： 对于带法兰面或大支承面的紧固件。
   • 内孔/槽型尺寸：
     • 内六角宽度（s值）及深度。
     • 十字槽型号及尺寸（深度、宽度）。
     • 开槽宽度及深度。
     • 内梅花（Torx）尺寸。
   • 螺母尺寸：
     • 对边宽度（S值）。
     • 对角尺寸（e值）。
     • 高度/厚度（m值）。
     • 内螺纹尺寸（同样需螺纹通止规检验）。
     • 法兰面/凸缘尺寸（如适用）。

3. 形位公差检测 (日益重要)：

   • 直线度： 杆部或螺纹部分的弯曲程度。
   • 垂直度： 头部支承面对螺杆轴线的垂直度。
   • 同轴度/跳动： 螺纹相对于杆部或头部支承面的偏移/跳动量。常用百分表、V型块或专用检具测量。
   • 对称度： 头部驱动特征（如内六角、十字槽）相对于轴线的对称性。

二、力学性能检测

1. 硬度测试： 最常用的快速力学性能筛查方法。

   • 洛氏硬度 (HRC, HRB)： 常用于高强度螺栓或热处理后表面硬度测量。
   • 布氏硬度 (HBW)： 适用于较软材料或需要较大压痕平均值的场合。
   • 维氏硬度 (HV)： 精度高，适用于小零件、薄层或特定区域的硬度测试。
   • 检测部位： 通常在头部顶面、螺杆末端或侧面（需打磨平整）。需注意避开脱碳层。

2. 拉伸试验 (螺栓、螺钉、螺柱)： 最核心的力学性能测试。

   • 抗拉强度 (Rm)： 试样拉断前承受的最大载荷除以原始横截面积。
   • 规定非比例延伸强度 (Rp0.2)： 产生0.2%塑性变形时的应力，相当于屈服强度。
   • 断后伸长率 (A)： 试样拉断后的塑性变形能力指标。
   • 断面收缩率 (Z)： 衡量材料塑性的另一指标。
   • 破坏载荷： 试样断裂时的载荷。
   • 楔负载试验： 螺栓/螺钉/螺柱在带规定角度楔垫的夹具中进行拉伸，考核其头部与杆部过渡区域的强度及韧性。观察断裂位置（应在螺杆或螺纹部分，不应在头杆结合处断裂）和载荷是否达标。

3. 保证载荷试验 (螺母)：

   • 对螺母施加标准规定的保证载荷（小于其最小破坏载荷），持续一段时间后卸荷。
   • 检查螺母应无裂纹、螺纹无脱扣，且能用手将螺纹量规（通规）旋合通过。主要考核螺母螺纹的承载能力和抗变形能力。

4. 扭矩性能测试 (装配模拟)：

   • 破坏扭矩 (螺钉)： 适用于公称直径≤M10、低强度或不能进行拉伸试验的螺钉（如自攻螺钉、木螺钉）。将螺钉拧入规定硬度的试验块直至断裂，记录最大扭矩值。
   • 有效力矩 (锁紧螺母)： 对锁紧螺母（尼龙嵌件、全金属锁紧结构等）进行反复拧入拧出试验，测量其防止松脱的阻力矩（有效力矩）是否满足要求。
   • 扭矩系数/夹紧力测试 (摩擦控制)： （虽非常规出厂检测，但对应用至关重要）通过精密设备测量施加的扭矩与在螺栓中产生的夹紧力（轴力）之间的关系，计算扭矩系数K值。用于指导关键连接的正确安装。

5. 韧性测试 (特殊要求)：

   • 冲击试验 (如夏比V型缺口)： 在低温或规定温度下进行，评估材料抵抗冲击载荷的能力（抗脆断能力），常用于严寒地区或重要结构件。

三、表面质量与防护层检测

1. 外观检查：

   • 表面缺陷： 目视或借助低倍放大镜检查裂纹、折叠、凹痕、毛刺、浮锈、氧化皮、磕碰伤等。
   • 头部成形： 检查头部是否饱满，棱角是否清晰。
   • 螺纹外观： 检查螺纹是否完整、光滑，有无烂牙、碰伤、锈蚀。
   • 镀/涂层外观： 检查颜色均匀性、光泽度、是否存在起泡、剥落、流挂、露底、麻点、污渍等缺陷。

2. 镀/涂层厚度测量：

   • 磁性法： 适用于钢基体上的非磁性涂层（如锌、铬）。
   • 涡流法： 适用于非磁性基体上的非导电涂层（如铝基体上的阳极氧化膜）或导电基体上的非导电涂层（特殊探头）。
   • 金相显微镜法： 破坏性测试，精度高，可测多层或复杂涂层。
   • 库仑法： 破坏性电化学溶解法，精度高。
   • X射线荧光光谱法 (XRF)： 无损，速度快，适用于多种基材和镀层（合金成分亦可分析）。

3. 表面处理相关性能：

   • 耐腐蚀性试验：
     • 中性盐雾试验： 加速腐蚀试验，评估涂层抗白锈、红锈的能力。记录首次出现红锈的时间。
     • 铜加速醋酸盐雾试验： 比中性盐雾更严苛的加速试验。
     • 循环腐蚀试验： 模拟更真实的自然环境（盐雾、干燥、湿润等循环），结果相关性更好。
   • 氢脆测试 (高强度紧固件/电镀后)： 如采用延迟破坏试验（持续加载一定比例抗拉强度的载荷，保持规定时间不断裂），或弯曲试验（评估缺口敏感性）。
   • 镀层附着力试验： 如摩擦抛光试验、划痕试验、弯曲试验、热震试验（加热骤冷）等，评估镀层与基体的结合强度是否合格。
   • 润滑层检查： 对于自带润滑层（如达克罗、几何防松涂层内含润滑剂）的紧固件，需检查其均匀性和覆盖性（有时通过测量摩擦系数间接反映）。

检测方法与设备

检测高度依赖精密的量具、仪器和试验设备：

• 尺寸几何： 卡尺、千分尺、高度尺、螺纹规（塞规、环规、通止规）、螺纹千分尺、三针、光学投影仪/工具显微镜、影像测量仪、三坐标测量机、专用的螺纹综合测量仪、形位公差检具（百分表、V型块）。
• 力学性能： 洛氏/布氏/维氏硬度计、万能材料试验机（配备拉伸、压缩、弯曲夹具及楔负载夹具）、扭矩试验机（破坏扭矩、有效力矩）、冲击试验机。
• 表面与镀层： 盐雾试验箱、测厚仪（磁性、涡流、XRF）、金相显微镜及相关制样设备、附着力测试工具、放大镜/体视显微镜。

结论

紧固件的质量绝非小事。通过严格执行涵盖尺寸几何、力学性能和表面防护的全面检测项目，制造商能够有效控制产品质量，确保每一枚螺栓、螺钉、螺柱和螺母都符合设计预期。用户在进行采购验收时，依据技术协议或公认标准对这些关键项目进行验证，是对自身设备与结构安全运行的最基本保障。科学严谨的检测流程，是连接可靠性的基石，更是安全防线的守护者。