螺栓拧紧工艺分析@@，看这篇就够了@@

使用螺栓连接的主要问题之一@@@@，就是@@所选螺栓的紧固方法@@以实现精确预紧力@@。

错误的拧紧方法@@@@，引起的预紧力不足是@@螺栓连接失效的常见原因@@。对于设计师来说@@，重要的是@@了解拧紧螺栓@@主要方法@@的特征@@。

今天@@，法@@士威@@给大家总结了常用的几种螺栓拧紧方法@@@@。但请注意@@，无论使用何种方法@@来拧紧螺栓@@@@，螺栓预紧力散差程度都是@@应预期范围内的@@。

 目前@@，有六@@种常用拧紧方法@@@@，用于控制螺纹紧固件的预紧力@@，它们分别是@@@@：

    ☐ 扭矩@@控制拧紧@@@@

☐ 控制拧紧@@

☐ 屈服控制拧紧@@@@

☐ 螺栓拉伸法@@@@

☐ 热拧紧@@

☐ 落座点@@—转角@@（SPA）控制法@@@@。

一@@）扭紧控制拧紧@@@@

扭矩@@拧紧到的指定扭矩@@是@@控制预紧力的最常用方法@@@@。将螺栓拧紧到指定预紧力所需的额定扭矩@@@@， 大型公司都有相应的扭矩@@表@@，可以从表中确定@@，或者通过使用扭矩@@与产生的螺栓@@拉力之间@@的关系进行计算来确定@@。

从上图的研究可以看出@@，扭矩@@拧紧的一@@个基本问题是@@@@，由于大部分扭矩@@用于克服摩擦@@（通常在施加扭矩@@的@@85%至@@95%之间@@），摩擦条件的微小变化会导致螺栓预紧力的较大变化@@。

通过使用所谓的摩擦稳定剂可以减少这种效应@@。这些是@@涂覆在紧固件上的物质@@，以减少摩擦散差@@。提高该方法@@准确性的其他方式有@@：

☐使用垫圈@@@@;垫圈@@可使得螺栓头下摩擦更稳定@@，但是@@要防止垫圈@@转动@@，因为这会改变摩擦半径@@，从而@@影响扭矩@@@@-预紧力的关系@@。如果由于接触面压力过大@@，需要更大的接触面@@，可考虑使用法@@兰螺母和螺栓@@。

☐通过测试确定正确的拧紧扭矩@@@@，可通过贴应变片的测试方式测试出合适的拧紧扭矩@@@@。

☐使用更精确的拧紧扳手也是@@提高预紧力精度的一@@种方式@@。

二@@） 角度控制拧紧@@@@

虽然是@@转角@@法@@@@，但在最终拧紧阶段仍会设一@@个扭矩@@监控区间@@。为了防止由于螺纹堵塞@@，未达到设定的角度@@，螺栓就因扭矩@@过大被拧断而@@造成不必要的损失@@，所以会有一@@个扭矩@@上限值@@。这种方法@@的主要缺点在于需要精确地确定角度@@，还需要进行实验确定@@。

三@@）屈服控制拧紧@@@@

通过这种方法@@@@，可以通过最小化摩擦及其散差带来的影响@@，来实现非常精确的预紧力@@。使用对被拧紧螺栓@@的扭矩@@梯度敏感的电子控制系统@@，快速检测该梯度的斜率变化@@，斜率快速的变化表明已达到屈服点@@，并停止拧紧过程@@。

这是@@结合传感器在拧紧过程中读取扭矩@@和角度来实现的@@。此方法@@对螺栓机械性能控制要求较高@@，机械性能越稳定@@，则预紧力散差越低@@。

该方法@@已用于关键应用@@，例如气缸盖和连杆螺栓@@，可实现始终如一@@的高预紧力@@（这样可以设计较小的螺栓@@@@）。

然而@@@@，由于使用这种方法@@所需的工具成本@@（包含控制电路的扳手的成本是@@传统扭矩@@扳手的数倍@@），因此@@不太可能广泛采用@@这种方法@@@@。

四@@）螺拴拉伸法@@@@

与大螺栓拧紧相关@@的问题是@@需要非常高的拧紧扭矩@@@@，但对于直径超过@@20mm的螺栓@@，使用液压张紧装置是@@司空见惯的@@。

直接拉伸法@@原理简单@@，操作简单@@，紧固精度高@@，但是@@拉伸设备@@价格较高@@，作业效率低@@。螺栓高出螺母高度至@@少要一@@倍公称直径的高度@@，要求有比较大的操作空间@@，仅用在工作要求很高的场合@@

液压的控制有效地控制了螺栓中的预紧力@@。然而@@@@，当压力被移除时@@，确实会发生少量的预紧力降低@@，因为螺母在负载下会弹性变形@@。

 五@@）热拧紧@@

热拧紧@@利用螺栓的热膨胀特性@@。螺栓被加热并膨胀@@，在此状态下拧紧螺母@@。冷却后@@@@，当螺栓收缩@@，它受到夹紧材料的纵向约束@@，并产生预紧力@@。加热方法@@包括直接火焰@@、护套加热线圈和电阻元件@@。

这种方法@@预紧力精确@@，且螺栓不受拧紧力矩作用影响@@，但设备@@昂贵@@，不是@@一@@种广泛使用的方法@@@@，通常只用于非常大的螺栓@@@@。

转角@@（SPA）控制法@@@@是@@最新@@出现的一@@种控制方法@@@@，它是@@在扭矩@@@@-转角@@法@@基础上发展起来的@@。扭矩@@-转角@@法@@是@@以某一@@预扭矩@@@@Ts为转角@@的起点@@，而@@SPA法@@计算转角@@的起点@@，采用@@扭矩@@@@曲线的线性段斜率与转角@@@@A坐标的交点@@S（见图@@）。

图中@@：F2是@@SPA法@@最大螺栓轴向预紧力误差@@。从图中@@可见@@，采用@@扭矩@@@@-转角@@法@@时@@，由于预扭矩@@@@TS的误差@@,在转过相同的转角@@@@A1后@@，相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况@@，其螺栓轴向预紧力最大误差为@@F1；

如若采用@@@@SPA法@@，由于是@@均从落座点@@@@S开始转过@@A2转角@@后@@@@，相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况@@，其螺栓轴向预紧力误差为@@F2。

显然@@F2小于@@F1，即落座点@@@@—转角@@控制法@@@@@@拧紧精度高于扭矩@@@@－转角@@控制法@@@@@@。采用@@SPA法@@，摩擦系数大小对于螺栓轴向预紧力的影响几乎可以完全消除@@。

下图为拧紧中不同摩擦系数所对应的扭矩@@@@－转角@@关系曲线@@。

图中@@摩擦系数@@：µ1>µ2>µ3。虽然不同的摩擦系数所对应的扭矩@@@@－转角@@关系曲线@@的斜率不同@@，但其落座点@@@@(曲线线性段的斜率与横轴的交点@@)相差不大@@。

故从此点再拧一@@个角度@@Ac，不同摩擦系数对螺栓轴向预紧力的影响基本可以消除@@。

SPA法@@与扭矩@@@@-转角@@法@@比较@@，其主要优点是@@@@：能克服在@@Ts时已产生的扭矩@@误差@@，因此@@，可以进一@@步提高拧紧精度@@。