超声波螺栓测量仪校准方法探索

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1、·32·计量、测试与校准2010年第30卷第2期超声波螺栓测量仪校准方法探索安兆亮，周子炜(上海市计量测试技术研究院，上海201203)摘要：针对超声波螺栓测量仪无法校准而影响实际使用的问题，提出了一种基于比较法的校准方法，为此类仪器的有效校准做了有益的探索。关键词：超声波；螺栓应力；校准方法中图分类号：TH823文献标识码：B文章编号：1674—5795(2010)02—0032—02ResearchonCalibratingMethodofUltrasonicBoltMonitorANZhaoliang．ZHOUZi

2、wei(ShanghaiInstituteofMeasurementandTestingTechnology，Shanghai201203，China)Abstract：Uhrasonicboltmonitorisanewtypeofinstrumentformeasuringboltload．Itsworkingprincipleisdifferentfromtraditionalin—struments，thushowtocalibrateitbecomesapuzzle．Inthispaper，acalibrati

3、onmethodbasedoncomparisionmethodisgiven．Keywords：uhrasonic；bolt1oad；calibrationmethodO序言波换能器置于紧固件的一端，发射声脉冲传人螺栓，螺栓联接广泛应用于机械、化工、交通、电力、这个脉冲径直穿过紧固件的整个长度。脉冲在另一端航空等部门的重要设备和结构中。对于这些设备或结被反射回来且被超声波换能器所接收，如图1所示。构中所使用的螺栓，其预紧力是否合适将直接关系到根据声弹性理论和非线性声学，当各向同性固体材料整个设备或结构工作的可靠性和安全

4、性。受某一方向应力且超声波同应力方向一致时，声速与国内通常采用的螺栓紧固力测试方法有扭矩扳手应力为线性关系。对于同种螺栓材料，螺栓受力后的法、电阻应变片电测法、光测力学法、磁敏电阻传感机械伸长量和超声纵波声程变化量的比值为一定值，器测量法等。在工程应用中广泛采用扭矩扳手控制螺与应力无关。因此，可分别在螺栓松弛和拧紧状态下栓预紧力和对施工质量进行检测，GB50205—2001精确测量超声纵波传播时间，并通过标定试验获得各《钢结构工程施工质量验收规范》中对钢结构工程中高种螺栓材料系数，计算螺栓受力后的机械伸长量，结强螺栓施工

5、质量检测的标准就是基于扭矩扳手法制定合螺栓联接几何尺寸的标称值间接获取螺栓的轴向应的。其余三种方法多应用于实验室条件下对螺栓拧紧力，并根据测试数据分析出螺栓应力承受限度。和工作状态下轴向应力的实验室测量和分析，具有测量精度高的优点。但由于设备复杂和工作条件苛刻，目前在工程施工和检测现场还没有得到广泛应用。入射采用超声波测量螺栓紧固力，不但具有无损、快速、方便的特点，而且具有较高的精度，由于是直接测量螺栓所承受的应力，因此不像扭矩扳手那样受摩螺栓头擦系数离散性的影响。1工作原理超声波螺栓测量仪使用脉冲一回波技术。将超声收稿

6、日期：2010—01—08图1超声波脉冲在螺栓中的传播方式作者简介：安光亮(198o一)，男，理学硕士，从事声学汁量工作。计测技术计量、测试与校准·33·2测试装置设计及校准方法采取比较法进行校准。校准装置借鉴浙江大学张俊等人的螺栓材料系数测定试验装置结构，用以实现超声波螺栓测量仪的校准，如图2所示。市面上可见的超声波螺栓测量仪标称测量精度均不高于±1％，拉力传感器的测量精度远高于此，可满足校准要求。图3超声螺栓检测仪换能器辅助定位装置多的进人螺栓，实际应用中一般选用机油作声耦合剂。3)测试中标准螺栓的选取。一般应选用钢

7、结构常用的高强度螺栓作为标准螺栓，主要是因为这种螺栓是超声螺栓检测仪的主要检测对象，也是GB50205—图2超声波螺栓测量仪校准装置2001《钢结构工程施工质量验收规范》中有详细规定的产品。为保证校准结果，螺栓表面平行度和轴线垂校准步骤可按下面进行：直度应维持在一定水平内，无明显歪曲。主要是对螺1)在超声波螺栓测量仪中设置标准螺栓技术参栓表面粗糙度的要求，依照工业超声探伤对超声进入数，包括螺栓的等级、材料、弹性模量、温度补偿系面的光洁度要求，螺栓的超声进入面表面粗糙度应达数、螺栓的长度、横截面和声速等参数。到3．2m，必

8、要时应对入射面进行处理。2)将温度传感器和超声换能器与超声波螺栓测量4校准案例和不确定度分析仪相连，稳定一段时间，对仪器调零。校准中选用拉力传感器等级0．5级；采取的待测3)按图2所示连接仪器，初始态为螺栓松弛状超声波螺栓检测仪为BOLTMikeⅢ，测量精度±2％，态。用扳手拧紧螺母对螺栓施加拉力，在拉力传感器校准中