一种张力控制结构用高强螺栓技术领域
本发明涉及一种高强螺栓，该螺栓适用于风力发电塔基基础的预应力锚固、桥梁的张拉、大型钢结构桁架的张拉、岩石护坡的锚固等。
背景技术
风力发电塔基基础、桥梁、大型钢结构桁架用的高强螺栓根据使用要求和结构要求，高强螺栓的直径大（Mt30～Mt64），杆体长（3m～12m）。传统的螺栓加工工艺和现有的螺栓标准已不能满足生产工艺的要求，为了满足结构对螺栓的力学性能、断裂韧性、疲劳性能、松弛性能的要求，提高生产率，降低生产成本，在现有螺栓标准的基础上，参考ASTM标准设计了风力发电塔基基础、桥梁、大型钢结构桁架用的高强螺栓的牙型角、螺距、牙高、牙底和牙顶圆弧半径等参数。
此螺栓命名为张力控制结构用高强螺栓，制作张力控制结构用高强螺栓对合金材料的纯净化要求比较高，由于螺栓的杆体很长不易于表面去销加工（不剥皮），故对钢材的冶炼浇铸、轧制技术要求很高，需要的是尺寸精度良好无表面缺陷的棒材。
由于螺栓的杆体很长，如果用传统的热处理工艺对螺栓进行调质处理那么螺栓的变形量很大，特别是螺栓的弯曲度根本无法保证，而且整支螺栓的强度不一致，所以采用感应加热快速热处理调质生产线来实现螺栓的力学性能要求，总长范围内弯曲度可控制在6‰以内。
螺纹的加工采用冷滚压成型技术，螺纹的表面粗糙度对螺栓的疲劳寿命影响很大，滚压螺纹可提高螺纹表面的光洁度，特别是螺纹牙沟表面的光洁度，因而有利于螺栓疲劳强度的提高，滚压螺纹会产生形变强化层和较高的残余压应力，对阻止疲劳裂纹的萌生和早期扩展起很大作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种张力控制结构用高强螺栓，该螺栓通过特殊设计的螺纹规格、材料和加工方法，使得该螺栓具有较高强度并且在张拉力条件下不会发生断裂。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种张力控制结构用高强螺栓，包括螺杆和设置在螺杆两端的螺纹，所述螺纹具有如下规格：
当螺纹大径为30mm时，螺纹的螺距为4.0mm，牙型角为50°，螺纹高为2.0mm,螺纹升角为2°36′，牙底圆角半径为0.6mm，牙顶圆角半径为0.4mm，螺纹收尾过渡带长度为24mm；
当螺纹大径为36mm时，螺纹的螺距为4.5mm，牙型角为50°，螺纹高为2.2mm,螺纹升角为2°24′，牙底圆角半径为0.8mm，牙顶圆角半径为0.6mm，螺纹收尾过渡带长度为27mm；
当螺纹大径为42mm时，螺纹的螺距为5.0mm，牙型角为50°，螺纹高为2.4mm,螺纹升角为2°16′，牙底圆角半径为1.0mm，牙顶圆角半径为0.8mm，螺纹收尾过渡带长度为30mm；
当螺纹大径为48mm时，螺纹的螺距为5.5mm，牙型角为50°，螺纹高为2.6mm,螺纹升角为2°13′，牙底圆角半径为1.2mm，牙顶圆角半径为1.0mm，螺纹收尾过渡带长度为33mm；
当螺纹大径为56mm时，螺纹的螺距为6.0mm，牙型角为50°，螺纹高为2.8mm,螺纹升角为2°03′，牙底圆角半径为1.4mm，牙顶圆角半径为1.2mm，螺纹收尾过渡带长度为36mm；
当螺纹大径为64mm时，螺纹的螺距为6.5mm，牙型角为50°，螺纹高为3.0mm,螺纹升角为1°58′，牙底圆角半径为1.6mm，牙顶圆角半径为1.4mm，螺纹收尾过渡带长度为39mm；
其中，所述螺纹收尾过渡带指的是在螺纹和螺杆的过渡处设置过渡带，在过渡带上由螺纹中径逐步过渡到螺纹小径。
螺纹在滚压过程中，是在钢棒的外径也就是螺纹的中经上进行滚压的，压下部位是螺纹的沟底也就是螺纹的小径，挤出的最高部位是螺纹的大径，所以说过渡带上由螺纹中径逐步过渡到螺纹小径。
制作高强螺栓的合金材料中P含量应小于0.009%、s含量应小于0.004%，氢含量小于2mg/m3,氮含量小于12mg/m3、氧含量10mg/m3，c含量在0.25～0.30%、Si含量在0.06～0.08%、Mn含量在1.06～1.07%、Cr含量在0.25～0.27%、Ti含量在0.03%、B含量在0.002%。
采用感应加热对螺杆进行快速热处理。
采用滚压成型技术加工螺纹。
本发明所述张力控制结构用高强螺栓优秀的力学性能要靠以下三点来保证：
1、对合金材料的要求：合金材料的P、含量应小于0.009%、s含量应小于0.004%氢含量小于2mg/m3,氮含量小于12mg/m3、氧含量10mg/m3，c含量在0.25～0.30、Si含量在0.06～0.08、Mn含量在1.06～1.07、Cr含量在0.25～0.27、Ti含量在0.03%、B含量在0.002%。张力控制结构用高强螺栓用钢的纯净化、低合金化、微合金化从源头保证了工程结构件对环境的适应性和材料的强韧性。
、螺纹的冷滚压工艺，螺纹几何参数的设计，保证了螺栓的强度要求和冷滚压的成型工艺要求，设计的牙型类似于梯形，牙顶宽度是普通螺纹牙顶宽度的2.46倍，保证了在防腐前的抛丸工艺中螺纹牙的完好性。
、力学性能的保证：达到张力控制结构用高强螺栓的力学性能是在感应加热快速热处理技术准备上实现的，感应加热快速热处理技术可以显著地提高钢材力学性能的均匀性和稳定性，减少氧化防止脱碳改善热处理钢材的表面质量，两种类型的螺栓是在连续加热、淬火、回火的全自动热处理生产线上完成调质处理的，加热淬火过程中，螺栓的运行状态是螺旋型直线运动，可保持螺栓原有精度的螺纹表面，螺栓在感应圈内加热，在高温条件下，感应圈内空气稀薄，螺栓在低密度空气介质环境中加热，由于螺栓在高于850℃的高温条件下停留时间不超过8秒，螺栓表面只形成轻微的氧化层，螺栓即保持了原有的表面精度，也保证了螺栓的直线度。
本发明具有的技术效果：
张力控制结构用高强螺栓的研制及在风力发电基础中的使用使基础土方的开挖量减少25%，安装方便快捷，人工成本降低，施工周期缩短。
张力控制结构用高强螺栓在感应加热快速热处理设备进行调质处理时加热能力强大能实现快速升温节约能源。可准确控制热处理温度，减少能源损失。降低环境热损失减少能源消耗。感应加热快速热处理过程中，不产生废气、废水和废渣，不会对环境造成污染。感应加热快速热处理与传统热处理工艺比，可以节约40%左右的能源，从而减少了对大气层的二氧化碳排放量，为绿色环保型热处理工艺。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明
图1为本发明所述的高强螺栓的结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
具体实施方式。
实施例1
如图1所示，一种张力控制结构用高强螺栓，包括螺杆和设置在螺杆两端的螺纹，螺栓的规格有6种，要求的螺纹大径Mt分别是30mm、36mm、42mm、48mm、56mm、64mm，长度为3m～12m。强度级别有两种即8.8级和10.9级,对两端部带螺纹的螺栓其设计的螺距分别是4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm；牙型角50°，螺纹高分别是2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm，螺栓的其他几何参数见表一。
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其中，
螺纹大径Mt指的是指与外螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径；
螺距P指的是螺纹上相邻两牙在中经圆柱面的母线上对应两点之间的轴向距离；
牙型角α指的是螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角；
螺纹高h指的是螺纹牙顶与螺纹沟底的垂直距离；
螺纹升角γ指的是中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角；
螺纹收尾过渡带指的是在螺纹与螺杆的过渡处设置过渡带，由螺纹中径d逐步过渡到螺纹小径。
根据螺栓连接体所特有的力学因素螺栓的螺纹沟是螺栓在外力作用下应力的集中点，螺纹沟底直径越接近螺纹滚压时的圆钢直径，螺栓的承载力越大，也利于螺纹滚压成型，但螺纹高度不够又影响螺纹牙的强度，在国标GB/T196-2003普通螺纹基本尺寸的基础上增加同等规格的螺纹螺距0.5mm,考虑螺纹滚压加工的工艺特点，通过对牙型强度计算，对螺栓最小直径（沟底）的强度计算，科学合理的试验，精确模拟确定螺纹沟底直径、沟底圆角半径、牙型角、螺纹高度等尺寸，既要满足螺栓的强度要求又要满足螺纹加工的工艺要求。
除螺纹沟外，影响端部螺栓强度特别是螺栓的疲劳强度的又一薄弱部位是螺纹与杆部的过渡处，由于截面的突变，存在较高的应力集中，为改变螺纹收尾部位截面的突变在设计时设计了20～40mm左右的过渡带，由滚压中径d逐步过渡到螺纹小径，消除了截面突变，避免了应力集中点的产生，提高了螺栓的使用强度。其形状及部位见附图1
螺纹牙沟形状和牙底圆角半径尺寸对螺栓的疲劳性能也有一定的影响，螺栓承受张拉力时，螺纹牙沟处就会产生应力集中，其值在很大程度上取决于牙沟的形状，螺栓的沟槽越平滑，应力集中就越小，疲劳强度就越高。设计牙沟形状时不同规格的螺栓设计了相应的牙底圆角半径尺寸，使螺纹的沟槽趋于平滑，减少应力集中。
本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行各种修改、变化和组合，并且认为这种修改、变化和组合是在独创性思想的范围之内的。