[发明专利]一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置

说明书

本发明公开一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置。检测方法包括：获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、与实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间‑轴力模型；根据螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、各实测轴力、超声波渡越时间和超声波渡越时间‑轴力模型确定软测量表达式；采用软测量表达式计算待测在役螺栓的轴力。本发明提供的检测方法不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响，可以有效的测量在役螺栓的轴力，测量误差小，精度高。

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，特别是涉及一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置。

背景技术

螺栓作为一种结构简单，拆装方便的固定连接结构，在桥梁、石化等大型基础设施和成套设备中大量使用。螺栓连接一旦发生失效，会造成结构失稳,甚至引发灾难性事故。因此，为确保连接结构的可靠性和安全性，必须严格控制连接螺栓的预紧力，必要时还要在线监测螺栓工作应力。螺栓连接的可靠性取决于螺栓的轴向预紧力(简称轴力)是否恰当。不恰当的轴力会导致螺母松脱或者螺栓断裂，而使得螺栓连接提前失效。因此准确测量螺栓轴力，能够有效提高螺栓连接可靠性和结构安全性。

目前，工程施工中一般采用扭矩扳手或者气动、液压、电动扳手进行螺栓安装，并由扭矩推算出螺栓的轴向应力。实践证明，许多情况下实际工况的诸多因素影响了螺纹副的摩擦，使得设定的施拧扭矩往往不能精确地得到一定的螺栓轴力。

近年来随着现代科学和工业检测技术的发展，各种直接检测高强度螺栓轴力的技术和方法不断的被提出来并在实际工程中得到应用。超声波测应力技术利用超声波灵敏地反映试验件内部的各种信息，用超声波参量来表征应力。超声检测应力对于工程实际应用具有适应狭小的检测空间，方便现场携带等优点，应用前景最为广泛。具体来讲，超声波本身就具备以下优点：第一、超声波检测不破坏被检测件样品，可以在施工现场对已经安装上的产品进行检测。第二、超声波节能、环保，只要使用普通干电池就能维持长时间的工作。第三、超声波已高度的集成化，各个模块的设备越来越小型化和便携化，其精度、体积和系统功能有利于施工现场检测。第四、超声波具有较好的穿透力，可以穿透数米的金属件，足够满足一般的紧固件产品检测需要。第五、超声测量速度快，超声测量可以迅速完成数据的采集，如能再配上高效的信号处理系统则能快速高效的进行测量，适合大批量同类型产品的检测。第六、超声对人体无伤害，对人体健康无害。因此，基于声弹性效应的螺栓轴力超声测量技术是一种低成本、快速、无损的螺栓轴力测量方法。

但是，目前现有的超声波测应力技术仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响而忽略了其他因素，导致现有的超声波测量方案存在测量误差大、测量精度低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在役螺栓轴力的检测方法及检测系统，不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响，测量误差小，测量精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种在役螺栓轴力的检测方法，所述检测方法包括：

获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格；

根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式；

采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。

可选的，所述超声波渡越时间-轴力模型为：