螺栓抗拉试验测试

螺栓抗拉试验是评估螺栓承载能力、断裂行为及力学性能的核心测试方法，广泛应用于机械制造、建筑、航空航天等领域，其结果直接指导螺栓的选型、质量控制及结构安全设计。以下从测试原理、适用标准、测试设备、操作步骤、数据处理与结果分析等方面，提供详细且可执行的技术指南，兼顾理论与实操性：

一、测试核心原理

螺栓抗拉试验通过轴向静态拉伸加载，使螺栓沿轴线方向承受逐渐增大的拉力，直至发生屈服、颈缩或断裂，记录全程的 “拉力 - 位移” 曲线，进而推导屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等关键力学指标，反映螺栓在拉伸载荷下的承载能力、塑性变形能力及断裂韧性。

核心力学指标定义：

屈服强度（σₛ）：螺栓开始发生塑性变形时的临界应力（无明显屈服阶段的螺栓，采用规定非比例延伸强度 σᵣ₀.₂）；

抗拉强度（σᵦ）：螺栓能承受的最大拉应力（对应 “拉力 - 位移” 曲线的峰值载荷）；

断后伸长率（δ）：螺栓断裂后，标距段的伸长量与原始标距的百分比（反映塑性）；

断面收缩率（ψ）：螺栓断裂后，断口面积的缩减量与原始横截面积的百分比（反映局部塑性）；

断裂载荷（Fᵦ）：螺栓断裂时的最大拉力（直接反映承载极限）。

二、适用标准（国内外核心规范）

测试需严格遵循标准以保证结果有效性，常用标准如下：

标准类别

国内标准（GB）

国际标准（ISO）/ 欧美标准（ASTM）

核心适用场景

通用螺栓 GB/T 3098.1-2010 ISO 898-1:2014、ASTM A370-21 碳钢、合金钢螺栓（M1~M39）

不锈钢螺栓 GB/T 3098.6-2014 ISO 898-6:2014、ASTM A480/A480M-23 奥氏体、马氏体不锈钢螺栓

高强度螺栓 GB/T 1231-2006 ISO 6157-1:2011、ASTM F606/F606M-21 钢结构用高强度大六角头螺栓

测试方法通则 GB/T 228.1-2010 ISO 6892-1:2019、ASTM E8/E8M-21 金属材料室温拉伸试验方法

关键注意：标准明确规定了试样制备、标距标记、加载速率、环境温度等要求（如 GB/T 228.1 要求室温 23±5℃，加载速率随材料强度调整），需严格遵守。

三、测试设备与试样准备

1. 核心设备

拉力试验机：需满足螺栓最大载荷要求（常用量程 100kN~1000kN，精度等级≥1 级），具备力 - 位移 / 力 - 应变同步采集功能（采样频率≥10Hz）；

夹具：根据螺栓头部类型选择（如六角头用平钳口夹具、圆柱头用 V 型夹具），夹具需具备足够刚度，避免打滑或损伤螺栓头部；

测量工具：游标卡尺（精度 0.01mm）、千分尺（精度 0.001mm）、标距仪（用于标记标距段）；

辅助设备：引伸计（测量轴向应变，精度≥±0.5%，适用于需精确测量屈服强度的场景）、显微镜（观察断口形貌）。

2. 试样制备（关键步骤）

试样选取：从同一批次、同一规格的螺栓中随机抽取 3~5 个试样（标准要求最少 3 个），确保试样无表面缺陷（如裂纹、锈蚀、螺纹损伤）；

尺寸测量：

测量螺栓公称直径（d）：在螺纹中段同一截面的相互垂直方向测 2 次，取平均值；

测量原始横截面积（A₀）：按标准计算（螺纹螺栓 A₀=π×(d₁)²/4，d₁为螺纹小径，需查对应标准螺纹规格表）；

标记原始标距（L₀）：对于需测断后伸长率的试样，在螺纹无应力段（或螺杆中段）用标距仪标记，标距长度 L₀通常取 5d 或 10d（d 为公称直径）；

试样安装：将螺栓装入拉力机夹具，确保螺栓轴线与拉力机加载轴线同轴（偏差≤0.5°），避免附加弯矩；夹具夹紧力适中，防止打滑或压伤头部。

四、测试操作步骤（按标准流程）

1. 预处理

设备校准：试验前用标准力传感器校准拉力机的力值精度，确保误差≤±1%；

环境控制：调节实验室温度至 23±5℃，试样在此环境下放置≥2 小时（等温处理）；

引伸计安装（如需）：将引伸计固定在螺栓标距段，确保引伸计与螺栓轴线平行，避免测量误差。

2. 加载与数据采集

预加载：以缓慢速率（如 1~5kN/s）施加小载荷（约为预估屈服载荷的 5%~10%），消除试样与夹具间的间隙，检查力 - 位移曲线是否正常（无突变）；

正式加载：

屈服阶段前：采用应力控制，加载速率为 5~10MPa/s（碳钢螺栓）或 10~20MPa/s（高强度螺栓）；

屈服阶段后：切换为位移控制，加载速率为 0.005~0.05mm/s（确保塑性变形均匀发展）；

持续加载至螺栓断裂，记录全程的力（F）、位移（ΔL）或应变（ε）数据，直至载荷下降至峰值载荷的 80% 以下（或试样完全断裂）。

3. 试验后处理

取下断裂试样，观察断口位置（正常断口应在螺杆中段，若在螺纹根部或头部过渡处断裂，可能是应力集中或加工缺陷导致，需记录）；

测量断后标距（Lᵤ）：将断裂试样的两部分对齐，用游标卡尺测量标距段的总长度（精确至 0.01mm）；

测量断口最小横截面积（Aᵤ）：在断口中心垂直于轴线方向测量，取最小值（精确至 0.001mm²）。