残余扭力扳手再拧紧法测残余扭矩：为什么只能多拧 15°

残余扭力扳手再拧紧法测残余扭矩技术说明

一、残余扭矩与再拧紧法的定位

螺纹连接拧紧后，扭矩衰减是必然现象，衰减会直接造成轴力下降，进而影响连接副的防松性能、密封性能与承载能力。拧紧过程中由在线式扭矩传感器测得的峰值称为动态扭矩；而装配完成后用扭矩扳手在静态条件下测得的扭矩称为静态扭矩，残余扭矩属于静态扭矩范畴。残余扭矩的工程定义是：使已被紧固的螺纹相对于配合螺纹产生移动所需的扭矩。它反映的是连接副内部实际留存的有效预紧力水平，是装配质量验证与在役复检的核心指标。

测量残余扭矩的方法不止一种，常见的有再拧紧扭矩法、检测扭矩法、剩余扭矩法、拧松法与轴力衰减测量法。再拧紧扭矩法（又称增紧法、拧紧法）的做法是：在已拧紧的螺栓上继续向拧紧方向施加一个较小的角度，读取螺纹开始相对转动瞬间的扭矩，以此作为残余扭矩。它的突出优势是不破坏连接副、操作便利、工具价格适中、可靠性较强，测试后零件无需返工即可进入下道工序，因此在汽车总装、动力总成、底盘关键连接以及风电塔筒、主轴、偏航变桨轴承等场景的现场复检中被广泛采用。

正因为该方法依赖"再拧一点、看拐点"的判读逻辑，那个"一点"到底能拧多少，就成了决定测量是否可信的关键。工程实践中普遍采用的约束是：再拧角度不超过 15°。本文围绕这一上限展开，说明其力学依据、超出后的后果，并结合成都精炬达电子科技有限公司 JD-CSC 系列残余扭矩扳手的现场案例与常见问答，给出可执行的操作口径。

二、为什么只能多拧 15°

2.1 15° 是上限而非目标值

需要先纠正一个常见误解：再拧紧法并不是"多拧 15° 后读到的扭矩"。它读取的是螺纹开始相对转动那一刻的扭矩，对不同的连接副，这个转动起点可能是 5°，也可能是 10°。15° 是允许施加的最大角度，不是必须拧到的角度。把 15° 当成固定动作，等于把方法从"找拐点"退化成了"拧到位"，测出来的数值必然偏大。

2.2 角度被两处刚度分摊

再拧紧时施加的角度并不全部转化为螺纹副的相对滑移。它一部分消耗在被连接件的刚度上（把已经贴合的法兰、垫片、衬套再压缩一点），另一部分才消耗在克服静摩擦、使静止的螺栓开始转动上。对于硬连接，后者的占比很小，往往只有几度。因此，即便拧到 15°，真正用于"启动"的角度仍然有限，这也是该方法不会造成明显过拧的根本原因。

2.3 超出 15° 后测量对象就变了

一旦继续拧紧的角度明显超过启动所需，螺栓与螺母之间已经发生真实的相对转动，此时扳手读到的扭矩不再是"打破静止所需的扭矩"，而是"在原有预紧基础上继续加载的扭矩"。这个数值随角度单调上升，与残余扭矩之间不再有稳定的对应关系。更严重的是，持续加载会使螺栓轴力在原有预紧力之上叠加，对已经接近屈服点的连接副，可能把螺栓推入塑性区，或把被连接件（尤其是薄壁件、铝合金件、带软质垫片的连接）压溃。测量动作本身改变了被测量的对象，这在计量上是不可接受的。

2.4 15° 与时间窗共同构成可比性条件

再拧紧法还有一条配套约束：测试应在拧紧后 30min 以内完成。扭矩衰减在拧紧后的一段时间内变化最快，若不同样本的检测时点分散，测得的残余扭矩本身就不可比。角度上限控制的是"测量不扰动"，时间窗控制的是"测量对象一致"，两者缺一不可。

表 1 再拧角度与测量结果的关系

三、现场操作要点

3.1 检测前准备

检测部位须清理干净，油污、积水、漆膜、毛刺都会改变摩擦状态，导致读数漂移。套筒与螺栓六角头须贴合，扳手驱动轴线与螺栓轴线同轴，不得偏斜受力，偏斜会引入附加弯矩并使读数偏高。现场环境温度宜控制在 -10℃~45℃、相对湿度不大于 90%RH 的范围内，超出范围时应在记录中注明。

3.2 增量施加与停止判据

推荐以 5° 为增量分步施加，边施加边观察扭矩-转角曲线。当曲线斜率出现明显变化、或扭矩出现峰值后回落时，即到达分离点，应立即停止并记录。对于无法记录曲线的机械式扳手，操作者只能凭手感判断"螺栓刚开始动"，此时结果与操作者经验高度相关，应限定由经过培训的人员执行。

3.3 记录与复位

每次检测须记录检测日期、工位、部件名称、螺纹规格、工艺要求的残余扭矩范围、实测值、检测人员。检测完成后按原装配工艺要求将螺栓复位至规定扭矩，并核对标记线，确认螺栓未发生超限转动。原始数据不得删除，应按企业质量追溯要求上传至 MES 或质量管控平台。

四、曲线判读：分离点不等于残余扭矩

由于静摩擦系数通常高于动摩擦系数，扳手读到的分离点扭矩（Breakaway）必然大于真实残余扭矩。曲线形态通常表现为两类：

(1)静、动摩擦系数接近时，曲线较为光滑，扭矩随角度平缓上升后出现拐点，拐点处扭矩即为再拧紧扭矩；

(2)静摩擦系数明显高于动摩擦系数时，曲线先爬升到一个较高扭矩，随后跌落，再重新上升。较高的那个峰是静摩擦被打破的瞬间，跌落之后的回升段起点才是再拧紧扭矩。

表 2 两类曲线的判读差异

如果把第一个峰直接当作残余扭矩，结果会系统性偏高，且离散度大。这也是同一批螺栓用不同人员、不同扳手测出的数据差异明显的主要原因之一。

五、结果判定与异常解读

5.1 判定口径

再拧紧法的判定通常以预拧紧扭矩为基准：硬连接要求再拧紧扭矩落在 0.8~1.2 倍预拧紧扭矩之间，软连接放宽至 0.5~1.2 倍。行业层面，汽车装配常要求残余扭矩处于工艺设计拧紧扭矩的 80%~100%，风电装配常要求处于设计预紧扭矩对应值的 85%~105%，具体以产品正式工艺文件为准。由于各连接副特性差异较大，建议先积累一定样本量，用统计方法确定特定点位的监控上下限，而不是全厂套用一个比例。

表 3 常用判定基准

5.2 异常数据解读

实测值低于下限，通常指向拧紧不足或衰减过大，常见原因包括螺纹副清洁度不合格、润滑不符合要求、拧紧工具精度漂移、连接副存在蠕变变形。实测值高于上限，则说明存在过拧紧，可能导致螺栓屈服断裂或被连接件压溃，须更换螺栓后按工艺重新拧紧。同批次极差超过平均扭矩的 10%，说明装配一致性差，应暂停生产、校准拧紧工具并排查零部件进货质量。同一连接副重复检测偏差超过 5%，多与套筒未贴合、轴线不同轴、施力不均有关，应先规范操作再判断数据。

六、方法局限与替代方案

再拧紧法并非万能。当静摩擦系数远高于动摩擦系数时，分离点与真实残余扭矩的差距被放大，同一批数据的离散性会明显上升，此时可改用剩余扭矩法：先将螺栓拧松 10°~30°，再拧回原位，读取最终拧紧扭矩。若连接副已涂微胶囊防松胶，检测过程中的转动会破坏正在固化的胶层，应改用检测扭矩法，即向拧紧方向施加一个设定的检测扭矩（一般取预紧扭矩的 80%~90%），观察螺栓头部是否转动来判定合格与否。拧松法操作简单，但会破坏原有拧紧状态，且读到的松开扭矩偏小，通常需乘以 1.1~1.2 的修正系数，只适合抽检或破坏性验证。对精度要求最高的场合，可采用超声波等轴力衰减测量法，直接测轴力而非扭矩。

从源头看，降低扭矩衰减比事后检测更有价值：采用多步拧紧、终紧阶段低速（一般不超过 20rpm）、设计合理的拧紧次序、降低零件表面粗糙度、减少软连接、选用细牙螺纹、提高材料硬度，都能有效减小衰减幅度，让残余扭矩更稳定地落在合格区间内。

七、JD-CSC 系列残余扭矩扳手的应用

7.1 设备定位

成都精炬达电子科技有限公司的 JD-CSC 系列残余扭矩扳手是高精度数显残余扭矩检测工具，采用转角法与松扣法复合检测原理，可直接读取残余扭矩数值，支持数据自动存储与上传，适配不同规格螺纹连接副的现场快速检测。其拧紧法（增紧法）以 5°~15° 增量缓慢拧紧至螺栓开始微小转动，扳手显示的峰值扭矩即残余扭矩的近似值，并可通过曲线拐点辅助判断分离点。

表 4 JD-CSC 系列主要参数

7.2 校准与日常核查

设备须经原厂或具备 CNAS 资质的计量机构校准，现场使用前核对证书在有效期内。每日使用前在无受力水平平台上执行零点标定，零点偏差超过 ±0.5% FS 时不得投入使用。每周用标准扭矩块进行精度核查，实测值与标称值偏差超过 ±2% 时暂停使用并重新校准。这些要求看似繁琐，但对再拧紧法尤其重要：该方法本身读数区间窄、拐点判读依赖微小变化，工具零点漂移会直接吞掉几度的有效信号。

7.3 现场操作流程

以转角法为例：在螺栓与被连接件表面标记初始对齐线；将扳手安装到位，保证同轴贴合；施加小量程预扭矩使扳手贴合，随后缓慢向拧紧方向施加扭矩，记录螺栓转动 2°~5° 过程中对应的扭矩峰值，即为残余扭矩值；停止施加扭矩，取下扳手，核对标记线，确认转动角度符合要求后记录数据。若采用松扣法，则缓慢均匀施加扭矩使螺栓向松开方向转动，记录开始转动瞬间的扭矩，检测完成后按原工艺重新拧紧并留存记录。

八、应用案例

8.1 案例一：汽车底盘关键连接复检

某整车厂底盘副车架连接采用 M14 螺栓，工艺拧紧扭矩 120 N·m，要求下线残余扭矩不低于 96 N·m。质检人员使用 JD-CSC 系列 200 N·m 量程扳手，在拧紧后 20min 内以 5° 增量执行再拧紧法。曲线在 6° 处出现拐点，读数 108 N·m，判定合格。抽检 30 件后发现 2 件读数分别为 132 N·m 与 135 N·m，超出 1.2 倍上限，追溯发现该工位拧紧枪标定参数被误改，重新标定后复测恢复正常。该案例说明，再拧紧法读数的价值不仅在于单件合格判定，更在于对拧紧工具状态的早期预警。

8.2 案例二：风电塔筒法兰连接检测

某风电场对塔筒法兰 M36 连接进行在役复检，设计预紧扭矩对应残余扭矩要求为 85%~105%。现场选用 JD-CSC 系列大扭矩扩展型号，额定扭矩按被检值 1.2 倍选取。检测中发现部分连接副曲线呈"先峰后谷"形态，第一个峰达 1.35 倍基准值，若按峰值判读将全部判为超上限。操作人员按跌落后的回升起点取值，结果落在 0.95~1.02 倍区间，判定合格。该案例印证了分离点与残余扭矩的差异：在干摩擦、久置的连接副上，直接读峰值会带来系统性误判。

8.3 案例三：软连接件的角度控制

某家电产品壳体连接含橡胶密封垫，属典型软连接。初期检测按硬连接习惯拧到 15°，读数普遍偏高且离散度大，极差超过平均值的 15%。分析认为橡胶垫在持续加载下继续压缩，螺栓在 15° 内已发生明显转动，读数混入了新增预紧。调整后改为以 3° 为增量、以曲线拐点为停止判据，实际停止角度多在 5°~7°，数据离散度降至 8% 以内，与工艺设定的 0.5~1.2 倍区间吻合。该案例说明，15° 是上限，软连接应更早停止。

九、常见问答

问：为什么规定 15°，不是 20° 或 30°？

答：15° 是在"足以启动螺纹相对转动"与"不产生明显附加预紧"之间取的工程折中。角度太小，静摩擦尚未被打破，读不到分离点；角度太大，螺栓已真实转动，读数变成加载扭矩。对绝大多数硬连接，启动所需角度在几度以内，15° 留出了应对表面状态差异的余量，同时把附加预紧控制在可接受范围。

问：多拧 15° 会不会把螺栓拧坏？

答：正常操作下不会。再拧的角度一部分被连接件刚度吸收，一部分用于启动转动，真正转化为轴力增量的部分很小。但如果连接副已接近屈服、被连接件为薄壁或含软质垫片、或操作者持续拧到 15° 仍未停手，则存在过拧风险。控制方法是把 15° 当作停止线而非目标线，并以曲线拐点为第一停止判据。

问：读到的峰值就是残余扭矩吗？

答：不是。峰值通常是分离点扭矩，因静摩擦存在而高于真实残余扭矩。静、动摩擦系数接近时两者差距小，可直接近似；静摩擦明显偏高时，须取峰值跌落后的回升起点。JD-CSC 系列的曲线功能正是为此设计。

问：检测后螺栓需要重新拧紧吗？

答：需要。再拧紧法虽然对连接副扰动小，但螺栓已发生微小转动，应按原装配工艺要求复位至规定扭矩，并核对标记线。若采用松扣法，复位更是必需步骤。

问：同一批数据离散度大，是扳手不准吗？

答：不一定。先排查操作因素：套筒是否贴合、轴线是否同轴、施力是否均匀、停止角度是否一致。若同一连接副重复检测偏差超过 5%，基本可判定为操作问题。排除操作因素后仍离散，则可能是连接副表面状态差异大，此时可考虑改用剩余扭矩法。

问：机械式扳手能做再拧紧法吗？

答：可以，但只能凭手感判断启动点，结果与操作者经验高度相关，重复性差。若需形成可追溯的检测记录、进行拐点判读或上传 MES，应选用带曲线记录与数据输出功能的数显扳手。

问：检测应该在拧紧后多久做？

答：宜在拧紧后 30min 以内完成。扭矩衰减在拧紧后初期变化最快，检测时点分散会使数据不可比。若工艺要求在更长时间后复检（如在役检测），应在记录中明确时点，并单独建立该时点的判定基准。

问：残余扭矩合格就代表连接安全吗？

答：残余扭矩是预紧力的间接反映，受摩擦系数影响，合格只说明连接副处于工艺预期的扭矩区间。对安全等级高的连接，还应结合轴力测量、防松性能验证与定期在役复检综合判断。

十、结语

再拧紧法的核心不是"多拧一点"，而是"在螺纹刚开始转动的那一刻读出扭矩"。15° 这个数字的意义在于划出一条边界：边界之内，测量不扰动被测对象；边界之外，读数已混入新增预紧，失去计量意义。把 15° 理解为上限、把拐点理解为真正的停止信号、把分离点与残余扭矩的差异纳入判读，再配合定期校准的数显扳手与规范的记录管理，才能让这一简便方法在现场真正产出可信数据。

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