【压缩机网】本质安全，源于细节
系于责任，重在落实
一颗不合格的螺栓，当场头破血流，看的心惊胆战！
来看5分钟短视频《螺思》
（中海石油上海分公司出品）
微电影《螺思》，只有短短的五分钟，但足以震撼每个人的心灵。
影片前半段讲述了一颗不合格的螺丝，经一系列毫不起眼的细节失误引发了一连串的不安全行为，导致了一个生命的陨落，一个幸福家庭的破灭。
影片后半段则以“时间可以倒流”为假设前提，逐一弥补了每个细节失误，最终还原了生命的美丽，引人感慨。
都说千里之堤，溃于蚁穴，别看螺钉个头小（相对所在设备而言），真发起火来脾气可不小，轻则导致意外停机，降低生产效率，重则酿成大祸，造成巨大损失。
螺栓什么样算拧紧了？其实，是有严格的操作手册指导完成的，施加多大的扭矩都有明确规范。我们今天先从拧紧过程的扭矩和受力来分析。
拧紧过程的简要分析
541规则（即50%、40%、10%）
参见下图：通常情况下，在螺栓的拧紧过程中，实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%，其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力，40%用于克服螺纹副中的摩擦力,这就是“541”规则，主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。但若施加一定的改善措施（如涂抹润滑油）或螺纹副中存有缺陷（如杂质、磕碰等），该比例关系会受到不同影响而改变。
螺栓连接件特性
拧紧过程的主要变量
1. 扭矩(T)：所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm)；
2. 夹紧力(F)：连接体间的实际轴向夹(压)紧大小，单位牛(N)；
3. 摩擦系数(U)：螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数；
4. 转角(A)：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。
螺栓拧紧的控制方法
1. 扭矩控制法
定义：当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时，立即停止拧紧的控制方法。
优点：控制系统简单、直接，易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。
缺点：控制精度不高（预紧力误差±25%左右），也不能充分利用材料的潜力。
2. 扭矩-转角控制法
定义：先把螺栓拧到一个不大的扭矩后，再从此点开始，拧一个规定的转角的控制方法。
优点：螺栓轴向预紧力精度较高(±15%)，可以获得较大的轴向预紧力，且数值可集中分布在平均值附近。
缺点：控制系统较复杂，要测量扭矩和转角两个参数；且质检部门也不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。
3. 屈服点控制法
定义：把螺栓拧紧到屈服点后，停止拧紧的一种方法。
优点：拧紧精度非常高，预紧力误差可以控制在±8%以内；但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。
缺点：拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断，控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。
基本拧紧技术
拧紧中的扭矩分配
拧紧一颗螺栓，需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成，这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分：
1，螺栓头下摩擦力消耗
2，螺纹副摩擦力消耗
3，产生预紧力
这个也可以根据以下公式得出：
Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))
预紧力 螺纹副 螺栓头下
定义Definitions
Fm = 夹紧力clamping force
P = 螺距pitch of thread
μg = 螺纹副摩擦系数friction value in thread
d2 = 螺栓直径diameter bolt
Dkm = 螺栓头表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head
Dkm = (dw + dh)/2
μk = 螺栓头表面摩擦系数fricition value surface bolt-head
一般而言，这三者的比例在10%，40%以及50%，这部分能量的消耗很容易直观的体会到：10%的夹紧力做功体现在螺栓的被拉伸，40%和50%体现了螺纹副以及螺栓头下拧紧后摩擦力导致的发热。
螺栓的初始设计是按照如上图的比例来分配三者关系的，如果实际的过程中改变了三者的比例关系，会出现扭矩“合格”，夹紧力不合格的情况。
典型情况1：
螺纹副被额外润滑
此时螺纹副摩擦系数降低，摩擦力矩变小，施加的扭矩“转移”给夹紧力，后果有可能是：螺栓拉断或者工件变形。
典型情况2：
螺栓生锈或者螺纹副有油漆
此时螺纹副摩擦系数增加，有可能扭矩合格后夹紧力不足。
其它改变摩擦系数的常见情况有：
涂层材料改变，涂层厚度变化，螺栓/螺钉公差，与螺帽旋转接触面摩擦系数，工具转速，垫片增加/减少等。
拧紧技术中的螺栓螺母知识
螺栓拧紧是装配环节的重要环节，螺栓/螺母在产品寿命周期内必须稳定连接，否则有可能造成严重的质量事故，因为螺栓/螺母失效而导致的安全事故时有发生。
螺栓/螺母的失效方式有以下几种：
1. 强度不足
螺栓常见强度等级如下，如果螺栓制造商供应的螺栓不能满足对应的强度要求，螺栓连接的安全性也无法得到保障。
2. 螺纹副强度不足
按照ISO898要求，与螺栓配合的螺纹副/螺母强度要与螺栓本身强度相匹配，比如螺栓强度为10.9的螺栓，应采用强度为10的螺母。
3. 螺纹副高度
同样根据ISO898要求，螺母或者有效螺纹连接高度一般大于公称直径D的0.8以上，比如M10的螺栓与之匹配的螺母高度不得低于8mm。
螺栓/螺母机械强度测试
螺栓/螺母机械强度的测试方法很多，比较权威的方法是依据ISO898-1以及ISO898-2，对于螺栓的机械抗拉强度测试方法如下：固定螺栓两端，通过万能材料试验机产生轴向拉力，通过轴向拉力/轴向拉伸量获得螺栓的机械性能指标。
轴向拉力/轴向拉伸量：
螺母/螺纹副的机械强度测试，如下图示意：
1. 实验载荷一般在抗拉强度的88%-94%之间
2. 持续载荷15S
3. 需确保螺杆没有永久变形
4. 15S后手动可以将螺纹旋出，则表示螺母/螺纹副强度合格
小贴士：
螺栓/螺母的失效形式有：
滑牙，疲劳失效，涂层失效，螺纹副脱落，电化学腐蚀，拉断，剪断，过度衰减等。
来源：金蜘蛛螺丝网 SolidWorks研习社，马头工业工具
系于责任，重在落实
一颗不合格的螺栓，当场头破血流，看的心惊胆战！
来看5分钟短视频《螺思》
（中海石油上海分公司出品）
微电影《螺思》，只有短短的五分钟，但足以震撼每个人的心灵。
影片前半段讲述了一颗不合格的螺丝，经一系列毫不起眼的细节失误引发了一连串的不安全行为，导致了一个生命的陨落，一个幸福家庭的破灭。
影片后半段则以“时间可以倒流”为假设前提，逐一弥补了每个细节失误，最终还原了生命的美丽，引人感慨。
都说千里之堤，溃于蚁穴，别看螺钉个头小（相对所在设备而言），真发起火来脾气可不小，轻则导致意外停机，降低生产效率，重则酿成大祸，造成巨大损失。
螺栓什么样算拧紧了？其实，是有严格的操作手册指导完成的，施加多大的扭矩都有明确规范。我们今天先从拧紧过程的扭矩和受力来分析。
拧紧过程的简要分析
541规则（即50%、40%、10%）
参见下图：通常情况下，在螺栓的拧紧过程中，实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%，其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力，40%用于克服螺纹副中的摩擦力,这就是“541”规则，主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。但若施加一定的改善措施（如涂抹润滑油）或螺纹副中存有缺陷（如杂质、磕碰等），该比例关系会受到不同影响而改变。
螺栓连接件特性
拧紧过程的主要变量
1. 扭矩(T)：所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm)；
2. 夹紧力(F)：连接体间的实际轴向夹(压)紧大小，单位牛(N)；
3. 摩擦系数(U)：螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数；
4. 转角(A)：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。
螺栓拧紧的控制方法
1. 扭矩控制法
定义：当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时，立即停止拧紧的控制方法。
优点：控制系统简单、直接，易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。
缺点：控制精度不高（预紧力误差±25%左右），也不能充分利用材料的潜力。
2. 扭矩-转角控制法
定义：先把螺栓拧到一个不大的扭矩后，再从此点开始，拧一个规定的转角的控制方法。
优点：螺栓轴向预紧力精度较高(±15%)，可以获得较大的轴向预紧力，且数值可集中分布在平均值附近。
缺点：控制系统较复杂，要测量扭矩和转角两个参数；且质检部门也不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。
3. 屈服点控制法
定义：把螺栓拧紧到屈服点后，停止拧紧的一种方法。
优点：拧紧精度非常高，预紧力误差可以控制在±8%以内；但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。
缺点：拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断，控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。
基本拧紧技术
拧紧中的扭矩分配
拧紧一颗螺栓，需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成，这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分：
1，螺栓头下摩擦力消耗
2，螺纹副摩擦力消耗
3，产生预紧力
这个也可以根据以下公式得出：
Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))
预紧力 螺纹副 螺栓头下
定义Definitions
Fm = 夹紧力clamping force
P = 螺距pitch of thread
μg = 螺纹副摩擦系数friction value in thread
d2 = 螺栓直径diameter bolt
Dkm = 螺栓头表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head
Dkm = (dw + dh)/2
μk = 螺栓头表面摩擦系数fricition value surface bolt-head
一般而言，这三者的比例在10%，40%以及50%，这部分能量的消耗很容易直观的体会到：10%的夹紧力做功体现在螺栓的被拉伸，40%和50%体现了螺纹副以及螺栓头下拧紧后摩擦力导致的发热。
螺栓的初始设计是按照如上图的比例来分配三者关系的，如果实际的过程中改变了三者的比例关系，会出现扭矩“合格”，夹紧力不合格的情况。
典型情况1：
螺纹副被额外润滑
此时螺纹副摩擦系数降低，摩擦力矩变小，施加的扭矩“转移”给夹紧力，后果有可能是：螺栓拉断或者工件变形。
典型情况2：
螺栓生锈或者螺纹副有油漆
此时螺纹副摩擦系数增加，有可能扭矩合格后夹紧力不足。
其它改变摩擦系数的常见情况有：
涂层材料改变，涂层厚度变化，螺栓/螺钉公差，与螺帽旋转接触面摩擦系数，工具转速，垫片增加/减少等。
拧紧技术中的螺栓螺母知识
螺栓拧紧是装配环节的重要环节，螺栓/螺母在产品寿命周期内必须稳定连接，否则有可能造成严重的质量事故，因为螺栓/螺母失效而导致的安全事故时有发生。
螺栓/螺母的失效方式有以下几种：
1. 强度不足
螺栓常见强度等级如下，如果螺栓制造商供应的螺栓不能满足对应的强度要求，螺栓连接的安全性也无法得到保障。
2. 螺纹副强度不足
按照ISO898要求，与螺栓配合的螺纹副/螺母强度要与螺栓本身强度相匹配，比如螺栓强度为10.9的螺栓，应采用强度为10的螺母。
3. 螺纹副高度
同样根据ISO898要求，螺母或者有效螺纹连接高度一般大于公称直径D的0.8以上，比如M10的螺栓与之匹配的螺母高度不得低于8mm。
螺栓/螺母机械强度测试
螺栓/螺母机械强度的测试方法很多，比较权威的方法是依据ISO898-1以及ISO898-2，对于螺栓的机械抗拉强度测试方法如下：固定螺栓两端，通过万能材料试验机产生轴向拉力，通过轴向拉力/轴向拉伸量获得螺栓的机械性能指标。
轴向拉力/轴向拉伸量：
螺母/螺纹副的机械强度测试，如下图示意：
1. 实验载荷一般在抗拉强度的88%-94%之间
2. 持续载荷15S
3. 需确保螺杆没有永久变形
4. 15S后手动可以将螺纹旋出，则表示螺母/螺纹副强度合格
小贴士：
螺栓/螺母的失效形式有：
滑牙，疲劳失效，涂层失效，螺纹副脱落，电化学腐蚀，拉断，剪断，过度衰减等。
来源：金蜘蛛螺丝网 SolidWorks研习社，马头工业工具
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