在工業零部件裝配中，螺栓過屈服擰緊是一個近些年發展起來的擰緊策略，尤其在需要高預緊力的場合，如汽車發動機、航空航天設備和重型機械等。然而，過屈服擰緊并非簡單的“擰得更緊”，它涉及到材料特性、擰緊設備精度、裝配工藝等多個方面的細節。這些細節的把控，直接決定了裝配質量的優劣。今天，我們將探討螺栓過屈服擰緊的關鍵細節，幫助你優化裝配工藝，確保裝配質量。

螺栓過屈服擰緊是指在擰緊過程中，螺栓被擰緊到超過其屈服強度的范圍，使其發生塑性變形。完整的擰緊裝配曲線如下圖所示，包括關鍵參數點有：貼合扭矩、門檻扭矩、屈服扭矩，工藝扭矩點和斷裂點。而螺栓過屈服擰緊的工藝扭矩點介于屈服扭矩點和斷裂點之間。

而實現過屈服擰緊的最常用的方法是扭矩轉角法，相比于扭矩法，其軸力的精度和數值會顯著提高。

01 決定裝配質量的細節

1.1 門檻扭矩要高于貼合扭矩

在扭矩轉角法中，門檻扭矩需要高于貼合扭矩，這是因為門檻扭矩的作用是克服連接件的初始阻力（如間隙、自鎖、涂膠等），使連接件完全貼合，為后續的轉角控制提供基礎。如果門檻扭矩設置過低，連接件可能無法完全貼合，導致轉角控制無法有效轉化為夾緊力，從而影響擰緊質量。

門檻扭矩的設置要求：

門檻扭矩的最小值：

需高于連接副的貼合扭矩（即Mth> MJ ）,以確保緊固件擰緊的轉角能有效轉化為夾緊力。

門檻扭矩的最大值：

不超過線性最大扭矩的0.9倍（即 Mth ≤ 0.9 × Mlin），以增加轉角法擰緊的優勢和安全余量。

1.2 合適的過屈服角度

從屈服點至工藝點的角度為過屈服角度，過屈服角度太小，可能會導致部分擰緊無法過屈服；過屈服角度太大，螺紋被過度拉伸，螺栓有斷裂失效風險。經驗值為過屈服角度大于0.1倍工藝角度，小于0.1倍屈服扭矩點至斷裂點的角度值。

為了保證合適的過屈服角度，應設計合適的工藝角度，其數值大小通常根據螺栓的夾持長度和連接件的特性來設計。通常選擇45°、90°和180°作為首選角度。當被夾緊件的長度較短時（如小于1倍螺紋直徑），擰緊角度可設置為45°；當夾緊件長度在1-4倍螺紋直徑之間時，可選擇90°；當夾緊件長度大于4倍螺紋直徑時，可選擇180°。

1.3 性能穩定性的被連接件

例如當被連接件的剛度波動時，會影響裝配曲線，從而影響擰緊角度的確定。如果剛度波動較大，可能導致無法設計出合適的工藝角度，影響擰緊質量。

此外，被連接件的接觸區域平面度、粗糙度等質量特性會影響擰緊過程中的貼合扭矩和夾緊力。平面度不合格可能導致夾緊力不均勻，影響連接的可靠性。

對于被連接件有間隙和翹曲時，在擰緊過程中，需要施加一個起始扭矩來消除被夾緊零件間的間隙和翹曲，使后續擰緊時扭矩與轉角呈線性關系。

軟連接的擰緊點，從門檻扭矩至屈服點的角度數值大，誤差也大。很難設計合適的工藝角度值，因此，軟連接的擰緊點，采用扭矩法擰緊更合適。

1.4 足夠的螺紋連接嚙合長度

螺紋連接強度匹配設計原則要求在過載擰緊時失效型式應是螺桿斷裂，因為內螺紋的破壞不易發現，且內螺紋的損壞帶來的損失較大。過屈服擰緊時，螺栓利用率達到100%，產生的軸力較高，為了保證內外螺紋的承載能力，要保證螺紋有足夠的嚙合長度。

內外螺紋的承載能力隨著嚙合長度的增加而線性增長。當到達一個臨界的嚙合長度情況下，內外螺紋的剪切力和螺栓斷裂力是相等的。需要保證螺紋的嚙合長度大于臨界值，內外螺紋抗剪切能力大于螺栓斷裂力，當出現過載的情況下，就會出現螺栓斷裂，而不是螺紋拉脫。

1.5 返工時要更換螺栓

過屈服擰緊會使螺栓發生塑性變形，超出彈性階段，無法恢復到原狀態。這種情況下，螺栓的塑性會下降，再次使用時可能導致螺栓斷裂或連接失效。

對于過屈服擰緊的螺栓，建議僅使用一次。如果擰緊過程中出現監控窗口報警等問題需要返工，應更換新的螺栓。返工時，需完全退出原擰緊的螺栓，觀察螺紋和對手件的表面狀態，確認無損傷后才能繼續用新螺栓擰緊。