如何確定螺栓的載荷及其扭矩

法蘭緊固時(shí)如何確定螺栓的載荷及其扭矩，對(duì)于大家來說，可能都是一個(gè)比較感興趣的話題。首先提出兩個(gè)問題：

* 對(duì)于M36以下的螺栓，知道螺栓荷載，如何求對(duì)應(yīng)的扭矩值?

* 對(duì)于可以進(jìn)行液壓拉伸的螺栓，不進(jìn)行法蘭計(jì)算，如何查取對(duì)應(yīng)的螺栓荷載?

螺栓扭矩系數(shù)檢測(cè) 螺栓使用壽命

大家在進(jìn)行法蘭設(shè)計(jì)時(shí)或查閱法蘭的計(jì)算報(bào)告，都能找到法蘭預(yù)緊和操作時(shí)的螺栓拉力。對(duì)于 M36以下的螺栓，一般可以采用扭矩扳手?，F(xiàn)在知道螺栓荷載，如何求對(duì)應(yīng)的扭矩值呢？大家可以查閱 GB/T16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》 或者相關(guān)的資料就能夠找到相應(yīng)的扭矩值。 對(duì)于可以進(jìn)行液壓拉伸的螺栓，大家可以查閱相應(yīng)的墊片生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)，即可以知道螺栓的荷載。 更簡(jiǎn)單的可以直接取螺栓材料 45%的屈服強(qiáng)度來計(jì)算每個(gè)螺栓的載荷。這是計(jì)算出來的螺栓加載扭矩：采用力矩扳手、墊片為纏繞墊片（用鋼圈墊可以類推），僅供參考。

根據(jù) GB150-1998《鋼制壓力容器》 P94中'9 法蘭'的規(guī)定，求得墊片壓緊力，再根據(jù)力與力矩的關(guān)系，算出每條螺栓的力矩。高壓法蘭尺寸為：DN6' PN1500class（纏繞墊片密封），其法蘭預(yù)緊力具體驗(yàn)算如下：

1、查 HG20592~20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中 HG20631-97法蘭密封面外徑 d＝216mm。

2、查 HG20631-97中 DN6' PN1500class D 型纏繞墊片纏繞墊內(nèi)徑 D2＝171.5mm，纏繞墊外徑 D3＝209.6mm，墊片密封寬度 N＝19.05mm ，D3＜d。

3、按照 GB150-98 P91表 9-1中 1a墊片基本密封寬度 b0＝N/2＝19.05/2＝9.525mm＞6.4mm。

4、按照 GB150—98 P94 中 9.5.1.1 墊片有效密封寬度 b＝2.53 ＝2.53 ＝7.81mm。

5、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.2 墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG＝D3-2b＝209.6-2*7.81 ＝193.98mm。

6、查GB150-98 P93表 9-2 中纏繞墊片的墊片系數(shù) m＝3.00，比壓力 y＝69MPa。管線的設(shè)計(jì)壓力為 15.85MPa，操作壓力為 14.4MPa。

7、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 中預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG＝Fa＝3.14DGby＝3.14*193.98*7.81*69=328236.4N 。

8、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 FG＝Fb＝6.28DGbmpc＝6.28*193.98*7.81*3.00*14.4 ＝411009N。

9、按照力與力矩的關(guān)系式 N＝0.2Fd，該法蘭用緊固件螺栓為 M36*3，用緊固件螺栓 12對(duì)，螺紋實(shí)際作用力直徑為 d＝33。

10、預(yù)緊狀態(tài)下每條螺栓加載扭矩 Na＝0.2（FG/12）d＝0.2*（328236.4/12 ）*（33/1000）＝180N.m。

11、操作狀態(tài)下每條螺栓加載扭矩 Np＝0.2（FG/12）d＝0.2*（411009/12）*（33/1000）＝226N.m。

以上是按照 GB150的法蘭要求算出來的每條螺栓需要加載的力矩，應(yīng)用到實(shí)際工作中，采用力矩扳手完全可以滿足要求，不過在實(shí)際工作中，力矩扳手按照 30％、50％、100％的預(yù)緊力矩進(jìn)行操作。在100％的預(yù)緊力矩作用下，多緊幾次，就可以完全解決問題。

01

力矩的確認(rèn)：

1、先說載荷和力矩的換算，力矩扳手制造商有著對(duì)應(yīng)表可以查，從理論力學(xué)教科書上也有公式，公式中一個(gè)系數(shù)是一個(gè)范圍，需要根據(jù)實(shí)際情況來確定。

2、做過實(shí)驗(yàn)，對(duì)螺栓帖上應(yīng)力片來驗(yàn)證載荷的變化，結(jié)論是：系數(shù)在推薦的范圍內(nèi)，但變化比較大。這與螺栓螺紋加工精度、潤(rùn)滑程度、螺母表面與法蘭表面的光潔度、螺母與螺栓嚙合的匹配狀態(tài)等有著緊密的聯(lián)系。

3、因此從理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果是有著大的差別的。

4、當(dāng)然，采用力矩扳手比傳統(tǒng)方法還是進(jìn)了一大步。

0２

關(guān)于螺栓上緊過程相鄰螺栓受力變化效應(yīng)規(guī)律：

１、螺栓上緊過程各螺栓受力影響分析無論采用何種墊片，為了保證密封效果均需有相應(yīng)的密封比壓，在螺栓上進(jìn)過程中，由于螺栓受力是漸緊上升，因此密封比壓產(chǎn)生的軸向力不均勻分配在各螺栓中，在緊固某個(gè)螺栓時(shí)其相鄰螺栓的受力將減小。

２、實(shí)踐例子：在螺栓按照規(guī)定的力矩旋緊過程中，對(duì)某一個(gè)螺栓加載，則其相鄰螺栓的載荷立即下降。

3、當(dāng)載荷達(dá)到規(guī)定值仍因?yàn)槟撤N原因再要加載，則加載的動(dòng)力必須要遠(yuǎn)超過阻力，我們的試驗(yàn)結(jié)果平均在 120%以上。

4、比較有效的方法：在旋了數(shù)圈后，對(duì)相隔螺栓加大載荷（超過理論載荷）進(jìn)行旋緊，而后對(duì)相鄰螺栓按照理論載荷旋緊，這樣對(duì)于一個(gè)法蘭來說，各螺栓的載荷形成一條相對(duì)均勻的載荷曲線。

0３

法蘭連接是管道施工的重要連接方式法蘭連接就是把兩個(gè)管道、管件或器材，先各自固定在一個(gè)法蘭盤上，兩個(gè)法蘭盤之間，加上法蘭墊，用螺栓緊固在一起，完成了連接。有的管件和器材已經(jīng)自帶法蘭盤，也是屬于法蘭連接。法蘭分螺紋連接（絲接）法蘭和焊接法蘭。低壓小直徑有絲接法蘭，高壓和低壓大直徑都是使用焊接法蘭， 不同壓力的法蘭盤的厚度和連接螺栓直徑和數(shù)量是不同的。根據(jù)壓力的不同等級(jí)，法蘭墊也有不同材料，從低壓石棉墊、高壓石棉墊到金屬墊都有。法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。 如果在一個(gè)鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，到處都是法蘭連接的管道和器材。

已知扭矩 T和螺栓的公稱直徑 d，樓主要求的應(yīng)該是軸向拉力 P，P=T/（K d）式中K—擰緊力系數(shù)，可查下表：