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桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-30 01:17:22 更新時(shí)間：2025-07-29 01:17:23

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測

桿體尾部螺紋是各類工程構(gòu)件（如錨桿、支護(hù)桿、連接桿、鉆桿、油桿等）中極為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位，承擔(dān)著傳遞巨大拉力、扭矩或復(fù)合載荷的重任。其強(qiáng)度直接決定了整個連接系統(tǒng)的安全可靠性。若螺紋強(qiáng)度不足，在承受工作載荷時(shí)可能發(fā)生滑絲、脫扣、斷裂等災(zāi)難性失效，輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)停工，重則可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失。因此，對桿體尾部螺紋進(jìn)行嚴(yán)格、科學(xué)、有效的強(qiáng)度檢測，是確保構(gòu)件服役性能、提升工程安全、延長使用壽命不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)。通過檢測，可以驗(yàn)證螺紋的制造質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，評估其在預(yù)期工況下的承載能力極限，并為設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝改進(jìn)及質(zhì)量驗(yàn)收提供客觀、權(quán)威的依據(jù)。

檢測項(xiàng)目

桿體尾部螺紋強(qiáng)度的檢測主要圍繞其抵抗破壞的能力展開，核心項(xiàng)目包括：

1. 拉伸強(qiáng)度檢測： 評估螺紋在承受軸向拉力作用下的極限承載能力。這是最基礎(chǔ)也是最重要的項(xiàng)目，檢測螺紋在純拉伸載荷下是否會發(fā)生斷裂或螺紋脫扣失效。

2. 螺紋承載能力（螺紋脫扣強(qiáng)度）檢測： 專門測試螺紋副（桿體螺紋與相配合的螺母或接箍螺紋）在拉伸載荷作用下抵抗螺紋牙被剪斷或螺紋被拉脫（脫扣）的能力。這直接反映了螺紋連接的有效性。

3. 抗扭強(qiáng)度檢測： 對于需要傳遞扭矩的桿體（如鉆桿），檢測螺紋在承受純扭轉(zhuǎn)載荷或拉扭復(fù)合載荷下的極限承載能力，評估其抵抗扭斷的能力。

4. 疲勞強(qiáng)度檢測： 評估螺紋在交變載荷（如反復(fù)拉伸或拉扭循環(huán)）作用下的耐久性能，預(yù)測其在長期服役過程中的抗疲勞斷裂壽命。

5. 硬度檢測： 在螺紋牙頂、牙側(cè)、牙底及桿體基體等關(guān)鍵部位測量硬度值，評估材料的強(qiáng)度水平和熱處理均勻性，輔助判斷其承載能力和耐磨性。

檢測儀器

進(jìn)行桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測需要依賴專業(yè)的高精度力學(xué)測試設(shè)備：

1. 萬能材料試驗(yàn)機(jī)： 這是核心設(shè)備，應(yīng)具備高噸位（根據(jù)被測件尺寸規(guī)格確定，通常數(shù)百kN至數(shù)千kN）、高精度力值測量系統(tǒng)和精確的位移/變形控制能力。用于執(zhí)行拉伸強(qiáng)度、螺紋脫扣強(qiáng)度、部分復(fù)合載荷試驗(yàn)。液壓伺服試驗(yàn)機(jī)因其強(qiáng)大的承載能力和良好的動態(tài)性能而被廣泛采用。

2. 扭矩試驗(yàn)機(jī)： 專門用于施加和測量扭矩的設(shè)備，可進(jìn)行純扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)或與萬能試驗(yàn)機(jī)配合進(jìn)行拉扭復(fù)合試驗(yàn)。

3. 疲勞試驗(yàn)機(jī)： 能夠施加高頻次交變載荷（軸向或扭轉(zhuǎn)）的設(shè)備，用于評估螺紋的疲勞壽命。通常也采用電液伺服或電磁共振原理。

4. 專用螺紋連接夾具： 至關(guān)重要。夾具必須能精確、牢固地夾持被測桿體尾部和與之相配的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)螺母/接箍（通常由高強(qiáng)度合金鋼制成，硬度高于被測螺紋），確保載荷沿螺紋軸向傳遞，避免偏心加載導(dǎo)致結(jié)果失真。夾具的設(shè)計(jì)需考慮消除彎曲應(yīng)力。

5. 洛氏硬度計(jì)或布氏硬度計(jì)： 用于在螺紋指定部位進(jìn)行硬度測試。

6. 引伸計(jì)/應(yīng)變片： 精密測量螺紋關(guān)鍵區(qū)域的變形量，用于分析應(yīng)力分布或確定屈服點(diǎn)。

7. 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)： 實(shí)時(shí)記錄載荷、位移、變形、扭角等信號，生成精確的載荷-位移/變形曲線，計(jì)算各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)。

檢測方法

桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測需遵循嚴(yán)格的試驗(yàn)規(guī)程：

1. 試樣制備： 選取符合標(biāo)準(zhǔn)的桿體成品或?qū)ｉT制作的試驗(yàn)短桿，其尾部螺紋應(yīng)代表實(shí)際產(chǎn)品狀態(tài)（包括加工工藝、熱處理、表面處理等）。確保螺紋無損傷、缺陷。清潔螺紋配合面。

2. 夾具安裝： 將桿體尾部牢固安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的下夾具中。將標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)螺母或接箍旋合到桿體螺紋上（通常旋合至規(guī)定長度或手緊后加一定圈數(shù)），并將其安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾具中。務(wù)必保證上、下夾具的同心度，使載荷嚴(yán)格沿螺紋軸線傳遞。

3. 測試執(zhí)行：

* 拉伸/螺紋脫扣試驗(yàn)： 以規(guī)定的平穩(wěn)速率（如1-5 mm/min）施加拉伸載荷，直至試樣發(fā)生斷裂或螺紋完全脫扣。連續(xù)記錄載荷-位移曲線。注意區(qū)分破壞模式（桿體斷裂、螺紋脫扣、復(fù)合失效）。

* 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)： 使用扭矩試驗(yàn)機(jī)或帶扭轉(zhuǎn)附件的萬能試驗(yàn)機(jī)，以恒定速率施加扭矩直至螺紋扭斷。

* 疲勞試驗(yàn)： 設(shè)定載荷幅值（最小載荷、最大載荷）、波形（正弦波、三角波等）和頻率，進(jìn)行循環(huán)加載直至試樣破壞或達(dá)到預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)（如10^7次）。

4. 數(shù)據(jù)記錄： 記錄最大破壞載荷（拉伸力、扭矩）、破壞位置、破壞模式（斷口形貌）、疲勞循環(huán)次數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對于拉伸/脫扣試驗(yàn)，從載荷-位移曲線上可獲取屈服載荷（若適用）、極限載荷、斷裂延伸率等信息。

5. 硬度測試： 在破壞后的試樣或同批次的試樣上，按標(biāo)準(zhǔn)要求在螺紋牙的不同位置進(jìn)行硬度測量。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測必須依據(jù)相關(guān)的國家、行業(yè)或國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確保檢測結(jié)果的規(guī)范性、可比性和權(quán)威性。常見的標(biāo)準(zhǔn)包括：

1. 國家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T)：

* GB/T 228.1 《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》 - 提供拉伸試驗(yàn)的基礎(chǔ)方法。 * GB/T 231.1 《金屬材料布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》 * GB/T 230.1 《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》 * GB/T 10128 《金屬材料室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法》 * GB/T 3075 《金屬材料疲勞試驗(yàn) 軸向力控制方法》 * 針對具體產(chǎn)品的螺紋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 20934 《鋼制管接頭》、GB標(biāo)準(zhǔn)中對錨桿、鉆桿螺紋的相關(guān)要求等）。

2. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 如煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (MT/T)、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (SY/T)、冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (YB) 等，這些標(biāo)準(zhǔn)通常包含對特定用途桿體（如礦用錨桿、石油鉆桿、支護(hù)構(gòu)件等）尾部螺紋強(qiáng)度的具體要求和試驗(yàn)方法。

3. 國際標(biāo)準(zhǔn) (ISO)：

* ISO 898-1 《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》 - 對螺紋緊固件有詳細(xì)規(guī)定，部分方法可借鑒。 * ISO 10407-1 《石油天然氣工業(yè) 旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備第1部分：鉆桿》 - 包含鉆桿螺紋連接試驗(yàn)要求。 * ISO 13679 《石油天然氣工業(yè) 套管和油管連接試驗(yàn)程序》 - 詳細(xì)規(guī)定了螺紋連接的復(fù)合載荷試驗(yàn)方法。

4. ASTM 標(biāo)準(zhǔn) (美國材料與試驗(yàn)協(xié)會)：

* ASTM A370 《鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》 - 包含拉伸、硬度和彎曲試驗(yàn)方法。 * ASTM E8/E8M 《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》 * ASTM E384 《材料顯微硬度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》 * ASTM E466 《金屬材料力控恒定振幅軸向疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》 * 針對特定產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM F606用于測試緊固件機(jī)械性能）。

在實(shí)際檢測中，需根據(jù)桿體的具體用途、材料、規(guī)格以及客戶或設(shè)計(jì)要求，選擇適用且現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中會明確規(guī)定試樣的要求、試驗(yàn)設(shè)備精度、夾具要求、試驗(yàn)速率、數(shù)據(jù)記錄方法、結(jié)果計(jì)算和判定準(zhǔn)則等。

結(jié)論： 桿體尾部螺紋強(qiáng)度檢測是一項(xiàng)綜合性、技術(shù)性極強(qiáng)的質(zhì)量檢驗(yàn)活動。通過科學(xué)設(shè)定檢測項(xiàng)目，選用高精度檢測儀器，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法，并依據(jù)權(quán)威的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)果判定，才能全面、真實(shí)地反映桿體尾部螺紋在極端工況下的承載能力與安全裕度。這是