螺栓拧紧工艺分析，一次给你讲清楚！

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。