「拧紧工艺专栏」装配曲线扭矩超监控窗口上限原因分析

对于KAT A和KAT B位置的拧紧曲线一般都需要多级监控（如下图所示，需经历预紧、找帽、高精枪预紧和终紧几个步骤），为了保证拧紧的螺栓安全可靠，每一步都需要设置监控窗口，只有扭矩和角度均在设置的监控窗口范围内，拧紧才算合格。

这样，可以有效防止异常因素导致拧紧失效。

但，往往由于各种异常因素的影响，会导致拧紧窗口出现一定比例的报警，这时就需要扭矩工程师详细分析导致扭矩报警的原因。

而其中扭矩超监控窗口上限的报警是比较常见的一种，今天，螺丝君就来分析下产生该类型报警的主要原因。

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扭矩超监控窗口报警的拧紧曲线

如下图所示，绿色框为扭矩和角度的监控窗口，而该拧紧曲线的拧紧角度还未到监控范围里，拧紧扭矩已经达到监控窗口的上限。

这种类型的曲线报警就是扭矩超窗口上限报警。产生该类型报警的原因多种多样，原理上是由于加在螺栓上的扭矩消耗在异常因素上了。

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紧固件的问题

2.1 摩擦系数偏高

摩擦系数高是扭矩超监控窗口最常见的原因。摩擦系数分为头部摩擦系数和螺纹摩擦系数，摩擦系数高的螺栓在拧紧时螺纹扭矩和头部扭矩都会比摩擦系数低的螺栓高，最终反应在拧紧曲线上就是扭矩超上限。

下图是高摩擦系数和低摩擦系数的拧紧曲线对比，高摩擦系数的屈服扭矩比低摩擦系数的屈服扭矩高约20Nm。

那为什么说是摩擦系数高是导致扭矩超上限的常见原因呢？因为扭矩报警往往是某个批次螺栓用上去后，扭矩突然就是超过一定比例超窗口报警。

而螺栓的摩擦系数和批次有很大的关系，波动较大。往往一个批次高，另一个批次就低，这主要是和螺栓涂润滑剂过程的稳定性有很大关系。这导致扭矩一旦出现报警，工程师首先要测试的项目就是摩擦系数。

2.2 紧固件的强度偏高

在螺栓未过屈服之前，螺栓转动相同的角度，强度高的螺栓所需的扭矩会高于强度低的螺栓。紧固件在热处理过程，如果过程稳定性不佳，螺栓的强度和硬度会出现一定的波动。如8.8级螺栓的硬度是250-320HV，10.9级螺栓的硬度是320-370HV。如果一个8.8级的螺栓，因为热处理不当，硬度接近了10.9级，拧紧螺栓时扭矩必然会出现超监控窗口上限报警。

2.3 紧固件的结构

螺纹的头下法兰面的结构也是影响扭矩的重要因素，如果在和对手件匹配拧紧时，头下倾角不合理，扭矩的必然会出现消耗较大，拧紧扭矩升高。

如果下图所示，在其它因素完全一样的状态下，头下凹面和头下凸面的拧紧扭矩完全是不一样。

此外，如螺栓长度过长，螺栓尺寸偏大，也会导致拧紧扭矩超监控窗口上限。

2.4 螺栓磕碰严重

螺栓在运输过程中，不可避免会出现磕碰伤，小的磕碰对拧紧扭矩影响不大。如果磕碰严重易导致螺栓出现扭矩超上限报警。

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被连接件的问题

3.1 被连接件盲孔长度不足

如果被连接件在设计或者加工过程中出现长度不足，那么螺栓在拧紧过程中就会出现螺栓顶住盲孔，进而导致螺栓扭矩急剧上升，超出监控的扭矩窗口。

3.2 被连接件螺栓孔中有异物或者尺寸偏小

被连接件螺栓孔、焊接螺母等，如螺纹孔中有异物或螺纹孔尺寸偏小，均消耗螺栓拧紧时的扭矩，导致最终拧紧扭矩偏高。

如某些内螺纹件或焊接螺母一般是需要经历焊接或者电泳的过程，焊渣和电泳的黏附会导致螺纹孔中出现异物，可以考虑对螺纹区域涂防焊渣电泳胶，防止异物对扭矩的影响。

3.3 被连接件的平整度不佳，表面粗糙度差

被连接件的平整度不佳，表面粗糙度差均会增加螺栓头下扭矩的消耗。头下扭矩的增加会导致拧紧的总扭矩偏大。

3.4 焊机螺母的对中性

被拧紧是焊接螺母类型尤其要考虑焊接螺母的对中性，倾斜程度。焊接螺母广泛应用在车身上，焊接过程中如果螺母的中心线和被连接件孔的中心线就会导致对中性不佳。

对中性不佳的焊接螺母在拧紧过程中会出现螺纹一边受力较大，这会导致螺纹部分消耗扭矩偏高进而导致扭矩报警。

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拧紧装配的问题

4.1 拧紧过程中出现枪或套筒出现干涉

拧紧枪或者套筒在拧紧时与其他零件出现干涉会导致扭矩无法完全加载在螺栓上，扭矩部分消耗在拧紧枪或者套筒上。消耗扭矩的增加会导致总的拧紧扭矩偏高。

4.2 拧紧过程中拧紧枪或套筒倾斜拧紧

对于部分需要采用长套筒才能拧紧的位置，拧紧枪或套筒是易出现倾斜的，倾斜后就会额外消耗扭矩扭矩在拧紧枪或套筒上。

4.3 未按照正确顺序拧紧

出现扭矩超上限报警的零件，一般为靠后拧紧的位置，此时如果拧紧的位置出现了翘曲，会与部分扭矩消耗在翘曲上，最终拧紧的扭矩就会偏高。

4.4 拧紧枪的终紧转速过高，拧紧枪是否按期标定

拧紧转速过快会引起扭矩过冲。此外，没有按期标定拧紧枪可能因为磨损等因素出现扭矩或角度准确性差。这些因素都有可能导致拧紧扭矩出现超监控窗口上限报警。

以上是螺丝君，从紧固件自身的问题、被连接件的问题和拧紧装配的问题，从三个方面分析扭矩超监控上限报警的可能原因，欢迎各位老铁留言交流。

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来源：GAF螺丝君