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ASME B18.29.1-2010 (2017)——螺旋线圈螺纹镶套：自由运转型与防松型（英制系列）
📏 ASME B18.29.1-2010 是美国机械工程师学会（ASME）B18 紧固件体系中的第一部螺旋线圈螺纹镶套标准，其前身为 1993 年版，2017 年再次确认有效。该标准给出了英制系列螺旋线圈螺纹镶套及其安装用螺纹孔（STI 孔）的完整尺寸数据，覆盖统一细牙螺纹（UNF）与统一粗牙螺纹（UNC）系列、公称尺寸从 #1 至 1½ in 的自由运转型（Free Running）与防松型（Screw Locking）两种镶套，并附有镶套选型、STI 丝锥、量规与量规检验、镶套安装与拆卸工具等附录。该标准自 20 世纪 30 年代发明的螺旋线圈镶套技术发展而来，在二战期间被盟军航空部队广泛采用，如今已成为航空航天、汽车与工业装备设计中螺纹修复与增强的标准手段。
💡 螺旋线圈螺纹镶套的本质，是用一根菱形（钻石形）截面的不锈钢丝绕成弹簧状螺纹镶套，旋入预先攻好的 STI 大径螺纹孔后，为螺栓提供标准的、耐磨耐蚀的内螺纹——”一次损坏、永久修复”。
一、标准适用范围与基本概念 📌
本标准第 1 章明确规定其适用范围：给出英制系列螺旋线圈螺纹镶套及其所安装螺纹孔的尺寸数据，覆盖自由运转型与防松型两类产品，螺纹系列为统一细牙螺纹（UNF）与统一粗牙螺纹（UNC），尺寸范围为 #1 至 1½ in。附录部分分别描述了镶套选型（附录 A）、STI 丝锥（附录 B）、STI 螺纹塞规（附录 C）、安装方法（附录 D）以及拆卸工具（引用的军用规范 A-A-59158）。
与许多 B18 标准一样，标准收录尺寸数据并不意味着所列产品均为常备库存规格，采购时应与制造商确认可供货范围与交货期。标准还引用了 ASME B1.1（统一英制螺纹）、ASME B1.2（量规与量规检验）、ASME B18.18.2（大批量机器装配紧固件检验）、ASME B46.1（表面粗糙度）、ASME Y14.5M（尺寸与公差）等配套文件。
⚠️ 镶套安装后的内螺纹保持标准螺纹尺寸，但加工孔必须先按 STI 规格攻出加大尺寸螺纹。若直接按普通螺纹攻孔，镶套将无法装入——这是工程中常见的错误。
二、STI 螺纹孔与镶套配合 🕳️
STI（Screw Thread Insert，螺纹镶套专用）螺纹孔比普通螺纹孔大一个”镶套线径”，这样镶套旋入后其内壁正好形成标准螺纹牙型。标准表 1 给出了各规格 STI 螺纹孔的数据，安装时须使用标注”STI”的专用丝锥（附录 B），并用 STI 螺纹塞规（附录 C）验收。常见英制规格的配合关系与典型应用如下表所示：
| 公称螺纹尺寸 | 螺纹系列 | 镶套型式 | 常用长度（直径倍数） | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| #4-40 | UNC / UNF | 自由运转 / 防松 | 1D～3D | 仪器仪表、电子设备 |
| #6-32 | UNC | 自由运转 / 防松 | 1D～3D | 家用电器、汽车附件 |
| #8-32 | UNC | 自由运转 / 防松 | 1D～3D | 通用机械、工装夹具 |
| #10-24 | UNC | 自由运转 / 防松 | 1D～3D | 通用机械、液压元件 |
| 1/4-20 | UNC | 自由运转 / 防松 | 1D～3D | 机床、模具、发动机 |
| 3/8-16 | UNC | 自由运转 | 1D～2D | 动力设备、大型工装 |
| 1/2-13 | UNC | 自由运转 | 1D～2D | 重型机械在役修复 |
| 3/4-10、1-8 | UNC | 自由运转 | 1D | 大型铸件与壳体修复 |
💡 1 倍直径长度（1D）是基本长度，可提供与普通螺纹接近的承载能力；2D、3D 等加长镶套用于受力较大或螺纹部位材料较弱的场合，抗拉脱能力更强。
三、材料与化学成分 🔬
标准表 2 对镶套线材的化学成分作出了规定，主流产品采用 18-8 铬镍奥氏体不锈钢线材，兼具良好的耐蚀性、足够的强度与可成形性。对线材的弯曲成形性能按 ASTM E 290 弯曲试验方法验证，力学试验按 ASTM A 370 执行；当采用铝板/铝带制造特殊用途镶套时，须符合 ASTM B 209 的要求。
| 元素 | 含量要求（质量分数 %） |
|---|---|
| 碳 C | ≤ 0.15 |
| 锰 Mn | ≤ 2.00 |
| 硅 Si | ≤ 1.00 |
| 磷 P | ≤ 0.045（按 ASTM A 370 控制） |
| 硫 S | ≤ 0.030（按 ASTM A 370 控制） |
| 铬 Cr | 17.00 ～ 19.00 |
| 镍 Ni | 8.00 ～ 10.00 |
四、自由运转型与防松型的区别 🔩
自由运转型镶套（Free Running）内壁光滑连续，螺栓旋入时无附加阻力，适用于需要精确控制拧紧扭矩、频繁装拆或要求低摩擦的场合。防松型镶套（Screw Locking）在一段螺纹上设置锁紧结构，螺栓拧入后产生持续的”自锁转矩”（prevailing torque），可有效抵抗振动松脱，其自锁转矩数值按标准表 5 的规定验收，适用于发动机、振动设备等防松要求高的部位。防松型的锁紧功能通常通过一段锁定线圈（或多边形截面线圈）实现，不影响前述 STI 孔与镶套尺寸体系。
⚠️ 防松型镶套的自锁转矩存在”安装后首次使用”与”重复使用”的差异要求，验收时须按标准规定的试验程序与扭矩试验垫块进行，不能仅凭手感判断。
五、工程实践要点 🛠️
- 🔧 修复流程：钻孔（去除损坏螺纹）→ 用 STI 丝锥攻出大径螺纹孔 → 清理切屑 → 用安装工具旋入镶套 → 按标准附录 D 去除驱动凸耳（tang）→ 验收。（tang 即镶套一端的驱动片，安装到位后用冲子将其从根部敲断。）
- 📐 孔深与底径：盲孔安装时须按标准图样与表 1 保证足够的攻丝深度与底孔余量，避免镶套底端顶死导致凸起。
- 🔍 量规验收：使用 STI 螺纹塞规（附录 C）检查攻孔质量；装入镶套后用标准螺纹通止规检查成品内螺纹。
- 🧰 拆卸：需更换镶套时使用专用拆卸工具（A-A-59158 规定的工具）把镶套残余部分取出，再重新安装新镶套。
六、常见问题解答 ❓
❓ 问：为什么攻 STI 孔必须用专用丝锥？
答：STI 螺纹孔比标准螺纹孔大一个镶套线径，普通丝锥攻出的螺纹尺寸容纳不下镶套的线材厚度。只有使用带”STI”标识的专用丝锥（附录 B），才能保证镶套旋入后内螺纹回到标准尺寸。
答：STI 螺纹孔比标准螺纹孔大一个镶套线径，普通丝锥攻出的螺纹尺寸容纳不下镶套的线材厚度。只有使用带”STI”标识的专用丝锥（附录 B），才能保证镶套旋入后内螺纹回到标准尺寸。
❓ 问：自由运转型与防松型如何选择？
答：需要精确控制预紧扭矩、频繁装拆的场合选自由运转型；处于振动环境、需防松的场合选防松型。防松型以”自锁转矩”提供防松，但旋入力矩会略大，应按表 5 数值验收。
答：需要精确控制预紧扭矩、频繁装拆的场合选自由运转型；处于振动环境、需防松的场合选防松型。防松型以”自锁转矩”提供防松，但旋入力矩会略大，应按表 5 数值验收。
🔍 问：镶套长度选 1D、2D 还是 3D？
答：1D 即可恢复标准螺纹的承载能力；螺纹部位材料较软或受载较大的场合可选用 2D、3D 加长镶套以增大剪切承载面积，但需相应加深攻孔。
答：1D 即可恢复标准螺纹的承载能力；螺纹部位材料较软或受载较大的场合可选用 2D、3D 加长镶套以增大剪切承载面积，但需相应加深攻孔。
❓ 问：镶套安装后为何要拆掉驱动凸耳（tang）？
答：凸耳是安装时传递扭矩的驱动结构，若残留在孔内会阻挡螺栓装入。按附录 D 在镶套完全落位后将其敲断并清理，必要时用带凹槽工具反转取出断片。
答：凸耳是安装时传递扭矩的驱动结构，若残留在孔内会阻挡螺栓装入。按附录 D 在镶套完全落位后将其敲断并清理，必要时用带凹槽工具反转取出断片。
