螺丝紧固件与螺丝紧固件材料的发展方向（中）

5建筑、桥梁用紧固件

　　5.1建筑、桥梁用高强度螺栓

　　过去钢结构的连接方法是多为铆接。后来美国开发出更为合理的摩擦型连接方法，日本引进摩擦型连接方法后，高强度螺栓的使用快速普及。最初使用的是六角头高强度螺栓，现在则主要使用现场施工更方便的扭剪型高强度螺栓。

　 　高强度螺栓的功能是通过保证钢结构的刚性和强度来实现构筑物的安全性，具体来说就是紧固轴力管理很重要。为减小紧固轴力波动，将高强度螺栓标准制定成高 强度螺栓连接副的标准，并且考虑到现场的施工条件，对紧固轴力做了规定，使螺栓在0-60℃温度范围内能够发挥紧固作用。在实际施工时，高强度螺栓不仅要 符合标准的规定，而且在施工前要进行紧固轴力检查和安装中进行现场检查，通过频繁的检查确认实际的紧固轴力。此外，为保证实际连接部的强度，常常在施工前 进行滑动试验，以确认螺栓连接部强度符合要求。因此保证摩擦连接构筑物安全性是一项非常细致的工作。

　　5.2高强度螺栓的种类

　　按形状分类，高强度螺栓有六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓。高强度螺栓可以热镀锌成为热镀锌高强度螺栓。扭剪型高强度螺栓通过对配合部的摩擦管理使紧固力矩和轴力稳定化，六角头高强度螺栓和热镀锌高强度螺栓的紧固力矩系数已经纳入标准。

　　1）建筑、桥梁用高强度螺栓尺寸

　　JIS1186将M12-M30高强度螺栓纳入标准，大于M30高强度螺栓要经过认证后进行制造。风力发电机塔筒使用的高强度螺栓是经过认证的M48高强度螺栓。

　　2）建筑、桥梁用高强度螺栓强度

　 　过去使用的是11T及以上的高强度螺栓，由于发生延迟断裂，现在主要使用10T螺栓。热镀锌高强度螺栓由于经过酸洗处理，有氢渗入的可能性，所以以8T 螺栓为主要产品。近年来，通过螺栓用钢和螺栓形状的改进解决了延迟断裂的问题，开发出14T超高强度螺栓，其用量逐渐增加。此外，由于要求构筑物在破坏时 应具有高变形能，所以，标准规定10T高强度螺栓的伸长率应等于或大于14%。

　　5.3建筑、桥梁用高强度螺栓用钢

　　1）耐候性高强度螺栓

　 　为了省略桥梁的防锈涂装，采用耐候性钢材制造桥梁，耐候钢中含有Cu、Cr、Ni等元素，在钢材表面生成一种特殊锈层保护钢材。用耐候钢制造的桥梁等构 筑物的紧固件螺栓也要采用耐候性高强度螺栓。在近海区域，为防止盐害腐蚀，不能采用一般的耐候性钢材，而要采用新开发的、抑制氯腐蚀的Ni系耐候钢，因此 也有采用Ni系耐候钢制造的高强度螺栓。

　　2）超高强度螺栓

　　对14T超高强度螺栓用钢进行细晶化处理提高韧性、使钢中析出微细碳化物抑制氢扩散，采用这种高性能钢制造出超高强度螺栓。

　　3）不锈钢高强度螺栓

　　不锈钢高强度螺栓用于紧固不锈钢部件，使用的材料是析出硬化型SUS630。

　　5.4建筑、桥梁用高强度螺栓的表面处理

　 　建筑、桥梁用高强度螺栓表面处理方法一般是热镀锌，但热镀锌高强度螺栓不适用于JISB1186，各厂家需要通过认证后进行生产。在恶劣环境下使用时螺 栓镀层为HDZ55厚镀层。热镀锌高强度螺栓的强度一般是F8T。此外，F12T超高强度热镀锌螺栓也部分地得到实际应用。热镀锌高强度螺栓的紧固方法是 转动螺母的塑性区紧固方法。在实际的现场施工时，要求热镀锌高强度螺栓的紧固操作者具有施工技术资格。

　　建筑、桥梁用高强度螺栓表面处理 方法除了热镀锌，还有用盐水处理的方法。对高强度螺栓用盐水喷淋100h进行清洗，使之具有临时防锈的功能，螺栓在现场安装后到涂装前不会生锈，从而省略 了除锈操作。这种方法在桥梁建造中常常使用，但最近在东京天空树电波塔的建造中也使用这种方法。

　　现在出现了桥梁免维修的趋势，为适应这 种新趋势，出现了喷射熔融Al-Mg进行特殊表面处理的螺栓，并且正在推进实用化。此外，还开发出建筑结构用防盐害的热镀Al-Zn高强度螺栓。今后还会 出现许多表面涂镀螺栓，但更重要的是要开发紧固方法，使螺栓紧固后轴力一直保持稳定。

　　5.5提高施工性

　　可以提高施工性的特殊高强度螺栓也在特殊场合下得到应用。例如可在狭窄施工现场仅从一边进行紧固的单边螺栓、在无下面脚手架的情况下，安装桥梁板时可以单侧紧固的高强度螺栓等。

　　6家电、办公设备用紧固件

　　目前普通的家电、办公设备许多国家都可以生产，但高性能、高质量家电、办公设备中有许多地方需要高功能、高附加值的紧固件。以下对这些紧固件及其用材的需求情况和发展动向做简要介绍。

　　6.1电视

　　在家电用紧固件中，近年来变化最大的就是电视用紧固件。电视由模拟方式转变为数字化电视，并且由于液晶、等离子技术的进步，加快了电视的薄型化。因此出现了许多阴极射线管电视时代所没有的要求。

　 　薄型电视的内部部件可分为显示屏、主板、机壳三大部分。最初薄型电视机壳多使用铝合金。这是因为薄型电视的优点是显示屏大，显示屏在薄型电视中的重量最 大，因此要求机壳即轻又要有一定的强度。将主板安装在铝合金机壳上，由于主板放热量大，所以在主板和机壳之间有铝制凸块，使两者之间保持一定距离。最初使 用的是车削制造的铝制凸块，随着薄型电视产量的增加，要求实现凸块制造的锻造化。铝制凸块应能够压入铝合金机壳并且用螺钉紧固时不松扣。对锻造和滚轧制造 铝制凸块进行了实验，凸块形状和热处理结果都不能满足使用要求，最后开发出“内装配”铝制凸块。

　　为降低紧固成本，采用了自攻钉方式，在 螺钉紧固时，在铝制凸块内形成阴罗纹。这种自攻钉方式的问题是阴罗纹形成时产生的粉末。这种粉末如散落在显示屏或主板上，会导致电视功能失效。此外，铝合 金自攻钉在阴罗纹形成时产生摩擦热引起自攻钉和铝制凸块的烧结也是一个问题。解决这些问题的方法是采用“铝密封”提高铝合金自攻性，防止烧结现象。此外， 在铝密封的前端涂覆粉末吸附剂，防止自攻钉紧固时粉末的散落。这些措施组合使用提高了薄型电视的生产率和质量稳定。

　　薄型电视的最大特点 是“薄”，由于“薄”在其它部位也产生了过去电视所没有的问题。过去电视内部的螺钉暴露在表面，而薄型电视容易发热，这种热量使螺钉处于高温状态，如果螺 钉暴露，人们接触到高温的螺钉头部会造成烧伤。为防止这种情况的发生，开发出在原来的钢螺钉头部镶嵌树脂的“防热螺钉”。

　　6.2手机

　 　对手机用螺钉的要求是保证手机防水、轻薄等硬件要求的实现。随着手机轻薄化的发展，薄型树脂材料在手机上的应用越来越多，对手机用螺钉的要求是能够牢固 地将这种薄型树脂材料紧固住。为满足这种要求，开发出PS螺钉Ⅱ。这是一种薄型树脂专用的浅嵌入型螺钉，可以保证薄型树脂紧固后具有足够的强度。防水型手 机的螺钉紧固部位的防水性十分重要，但仅靠螺钉很难保证防水性，目前主要使用带有O形垫圈的螺钉。

　　6.3数码相机

　　数 码相机现在已经成为照相机的主流产品，对数码相机的要求是高功能和小型化。为保持单透镜反射照相机特有的黑色外观，对暴露在照相机表面的螺钉头部要进行涂 装，但对涂装后的螺钉进行紧固时，螺钉十字槽头附近的涂装会剥离。为解决这个问题，开发出抗涂装剥离螺钉，目前已经大量用于单透镜反射照相机。

　　数码照相机小型化要求结构紧凑。使用头部高度0.2mm的PS螺钉Ⅱ可满足紧固薄型部件的要求，实现了省空间化。减小螺钉头部高度，相应地十字槽头变浅，螺钉紧固作业率下降，为此，开发出强力驱动十字扳手。

　 　为实现小型化，机壳材料出现薄板化的趋势，为补偿薄板化引起的强度下降，选用不锈钢作为机壳材料。不锈钢是攻丝困难的材料，螺钉紧固前的攻丝是制造成本 升高的一个原因。于是通过螺钉材料的研究和热处理的改进，开发出高强度螺钉保证了不锈钢材料的自攻性，促进了照相机小型化的实现。

　　7飞机和航天器用紧固件

　　7.1飞机螺栓制造的特点

　 　飞机螺栓制造的特点在于按照标准进行严格的制造和质量管理。例如日本的飞机制造除了在采购方面遵守MILNAS等通用标准，各机身制造厂和发动机制造厂 还独自制定了有关标准，对使用材料、制造方法和试验评价方法进行了细致的规定。特别是在质量管理方面，对重要的热处理、表面处理、无损检验等特殊工序的技 术要求和作业方法，在标准中作了严密规定，并且要经过航空公司和NADCAP认证。

　　在材料方面，要符合AMS和MIL等材料标准的规 定。这些标准中除了对材料的化学成分和制造方法做了规定，还对与材料特征有关的热处理后的力学性能做了规定。有些航空公司将有关机身要求一直规定到飞机制 造厂。不论开发出多么优良的材料，并经过长时间的反复实验和验证，如不经过这些标准的认定是不能够采用的。特别是对于螺栓，十分重视其高可靠性，所以足够 的使用实绩非常重要。由于按照标准对飞机螺栓进行严格管理，所以与一般制造业用螺栓相比，飞机螺栓制造的自由度很小，螺栓的变化也小。