[发明专利]一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓

说明书

本发明属于机械工程和土木工程等螺栓连接领域，本专利公开了一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，是一种能在装配过程中指示预紧力并在安装使用后对预紧力衰减示警的力致发光型智能螺栓。所述智能螺栓包括普通螺栓和力致发光型材料涂层；将力致发光型材料固化在螺栓头表面并且为圆环状，在安装过程中，当预紧力达到目标值时，涂层外环便发光提示；安装后的使用过程中，随着预紧力的衰减涂层发光圆环半径逐渐减小，当接近涂层内环或者发光圆环消失时则需重新拧紧，从而完成预紧力安装指示和衰减示警两项功能。本发明的智能螺栓便于批量生产和保证一致性，现场实用性强且无需破坏螺栓内部结构，具有无损、精度高等有益效果。

技术领域

本发明涉及土木工程和机械设备等紧固连接领域，特别涉及一种高端紧固件装配过程中安装预紧力指示与安装后预紧力衰减示警。

背景技术

螺栓连接广泛运用于机械、土木、能源和航空航天工程等领域。目前，螺栓现场装配是通过监测拧紧螺栓时的扭矩值来控制螺栓预紧力的大小，在拧紧过程中，输入的能量只有大约10%转化为螺栓的预紧力，而其它约90%的能量被螺纹牙面摩擦和螺母与被连接件的接触端面摩擦损耗，因此，牙面和端面摩擦系数即使有微小的波动，也将导致螺栓拧紧后产生一定的差异，预紧力一致性较差；虽然采用扭矩—转角法能够在一定程度上改善预紧力的一致性，但在拧紧过程中的扭矩段，仍会因端面和牙面摩擦系数的差异性导致实际预紧力与目标预紧力产生一定偏差。综上所述，如何准确控制螺栓拧紧预紧力是现场装配中急需解决的问题。

本发明提出的力致发光型智能螺栓尚未见相关文献。现场实际应用的测试技术主要有以下几种：

（1）CN 104568282B《一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法》、CN 103616118B《螺栓及其预紧力的检测系统、控制方法》及CN 104075831A《一种高强度螺栓预紧力测量装置》等专利公开了通过应变片测量螺栓预紧力的方法，该方法需要在每一个被测螺栓的螺杆上贴多个应变片，工序繁琐，同时螺栓与被连接件之间要留出足够的空间布置引线。该方法对螺栓有一定的损伤，且无法满足现场批量装配。

（2）CN 1156679C《超声波螺栓紧固力测试装置》、CN 105115652A《一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法》等专利公开了依据超声波在不同应力状态的螺栓内部传播速度不同的原理实现螺栓预紧力的测量。该方法需要对螺栓两个端面进行预处理，测量时需要耦合剂并且测量精度受操作者影响较大。

（3）CN 103323170B《一种螺栓组连接的预紧力测量系统及方法》、CN 204286667U《一种螺栓预紧力测量装置》等公开了在螺栓与被连接件间安装压力传感器直接测量螺栓预紧力，但是该方法适合检测、实验验证，不适于实际装配，因为安装压力传感器将影响被连接件的刚度，同时也影响结合面压力分布及使用过程的可靠性。

此外，也可用千分表测长仪和激光传感器直接测量螺栓伸长量，但在实际应用中都存在限制。

然而对于安装后在使用过程中的螺栓预紧力衰减问题，也有部分通过超声波测量、环形压电陶瓷检测等方法解决，但是在施工和安装存在一定的局限性。

发明内容

鉴于现有技术在现场螺栓装配应用中预紧力实时检测方面存在的不足，以及安装后的使用过程中预紧力衰减很难准确测量等问题,本发明提供一种能在装配过程中指示预紧力并在安装使用后对预紧力衰减示警的智能螺栓，即一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓。

本发明采用如下的技术方案：

一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，包括螺栓和力致发光型材料涂层；所述的力致发光型材料涂层在受到挤压、拉伸和摩擦等外力时便会产生持续亮光，当外力变小或消失时亮光熄灭，并且，所述的力致发光型材料涂层产生亮光时所需外力值要不大于安装预紧力目标值；所述的力致发光型材料涂层固化在普通螺栓的螺栓头表面。