软连接和硬连接在拧紧过程中的影响

在分析拧紧曲线和扭矩衰减时，不可避免要考虑连接副的软硬，因为软连接和硬连接不仅会影响拧紧的过程，也会影响拧紧后残余扭矩和夹紧力的衰减。

我们通过本篇文章和老铁们分享下软连接和硬连接的定义、对拧紧曲线的影响、对残余扭矩的影响和如何优化连接副结构？

1、软连接和硬连接的定义

1.1 VDI/VDE 2647 对软硬连接的定义

硬连接：从目标扭矩的50%到100%，转角变化小于30°的连接。

软连接：从目标扭矩的50%到100%，转角变化大于360°的连接。

中性连接：从目标扭矩的50%到100%，转角变化为30-360°。

角度的计算起点是50%的目标扭矩，等效于从0到100%的目标扭矩，硬连接的转角变化不大于60度，软连接的转角变化不小于720度。

举个例子，某连接副拧紧工艺是200 Nm，如果该连接副从100Nm至200Nm的拧紧角度小于30°，连接副为硬连接；拧紧角度大于360°，连接副为软连接；拧紧角度为30-360°，连接副为中性连接。 

两种标准的区别是角度的计算起点不同，软连接的等效转角变化相同，即软连接的定义是相同的，IS05393对硬连接的转角变化定义的更小，连接更硬。

1.2 ISO 5393对于软硬连接的定义

说到软硬连接的定义，首先要了解贴合扭矩，拧紧扭矩过了贴合扭矩后，扭矩会更多的转化为夹紧力。在ISO 5393中，贴合点扭矩定义为*终扭矩的10%。

硬连接：从贴合扭矩（即*终扭矩的10%）旋转27°以内达到目标扭矩的连接，等效于从0 Nm开始计算到达目标扭矩，总旋转角度不大于30°。

软连接：从贴合扭矩（即*终扭矩的10%）旋转650°以上达到目标扭矩的连接，等效于从0 Nm开始计算到达目标扭矩，总旋转角度不小于720°。

中性连接：从贴合扭矩（即*终扭矩的10%）旋转27°-650°达到目标扭矩的连接，等效于从0 Nm开始计算到达目标扭矩，总旋转角度在30-720°。

举个例子，某连接副拧紧工艺是200 Nm，其贴合扭矩为0.1*200=20 Nm，如果该连接副从20Nm至200Nm的拧紧角度小于27°，连接副为硬连接；拧紧角度大于650°，连接副为软连接；拧紧角度为27-650°，连接副为中性连接。

2、扭矩偏差

由于连接副软硬特性的差异，相同的拧紧工具在不同连接副上拧紧的扭矩差异为扭矩偏差（转角法拧紧）。

由于被连接件制作和匹配的差异，不同批次的零件软硬程度也不完全一样，这也是转角法拧紧*终扭矩偏差和扭矩法拧紧终紧角度偏差重要的原因之一。

如何减少扭矩偏差呢？我们提供如下建议：

适当降低工具速度可减小均值偏差。

提升拧紧枪的精度可减小均值偏差。

使用两步拧紧替代一步拧紧，可以在降低*终拧紧速度的情况下保证效率，减小均值偏差。

减少**步设定的扭矩，用较慢的速度完成*终拧紧可减小均值偏差。

· 减少零件之间的制造的差异。

3、扭矩的衰减

硬连接和软连接发生扭矩衰减的程度不同。硬连接发生扭矩衰减的主要原因是材料嵌入，软连接发生扭矩衰减的主要原因是连接件材料蠕变。

总的来说，硬连接的扭矩衰减较小，软连接的扭矩衰减较大。

按照再拧紧的方法测试残余扭矩，硬连接和软连接的再拧紧扭矩要求如下：

对硬连接：0.8*工艺扭矩≤再拧紧扭矩≤1.2*工艺扭矩

对软连接：0.5*工艺扭矩≤再拧紧扭矩≤1.2*工艺扭矩

4、动态扭矩和静态扭矩对比

动态扭矩为在拧紧过程中扭矩传感器测量到的扭矩，静态扭矩为拧紧结束后用扭矩扳手测量到的扭矩。

静态滑移点指的是螺栓从静摩擦到动摩擦转变的点，也即是通过再拧紧扭矩法测试到的残余扭矩点。

硬连接的静态扭矩一般高于动态扭矩，软连接的静态扭矩一般低于动态扭矩。

5、软连接和硬连接的应用

拧紧的目的为了连接副能产生足够的夹紧力，而软连接的夹紧力和扭矩的衰减一般都较大。因此，对重要部位的拧紧设计和制造，建议采用硬连接和中性连接。

下图所示的连接，因为衬套过短，拧紧过程的转角较大，扭矩和夹紧力衰减较多，连接副为软连接。

因此，建议优化成右图所示的结构，增加金属衬套的长度，让螺栓完全拧在金属衬套上，连接副为硬连接或中性连接，扭矩和夹紧力衰减较小。

下图所示的焊接结构，因为焊接后存在间隙，导致连接副为软连接。因此建议优化连接结构的焊接，减少焊接间隙，使连接结构为硬连接和中性连接，相比于优化前，连接结构的扭矩和夹紧力衰减较小。