如何确定螺栓的载荷及其扭矩

法兰紧固时如何确定螺栓的载荷及其扭矩，对于大家来说，可能都是一个比较感兴趣的话题。首先提出两个问题：

* 对于M36以下的螺栓，知道螺栓荷载，如何求对应的扭矩值?

* 对于可以进行液压拉伸的螺栓，不进行法兰计算，如何查取对应的螺栓荷载?

螺栓扭矩系数检测 螺栓使用寿命

大家在进行法兰设计时或查阅法兰的计算报告，都能找到法兰预紧和操作时的螺栓拉力。对于 M36以下的螺栓，一般可以采用扭矩扳手。现在知道螺栓荷载，如何求对应的扭矩值呢？大家可以查阅 GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》 或者相关的资料就能够找到相应的扭矩值。 对于可以进行液压拉伸的螺栓，大家可以查阅相应的垫片生产厂家的数据，即可以知道螺栓的荷载。 更简单的可以直接取螺栓材料 45%的屈服强度来计算每个螺栓的载荷。这是计算出来的螺栓加载扭矩：采用力矩扳手、垫片为缠绕垫片（用钢圈垫可以类推），仅供参考。

根据 GB150-1998《钢制压力容器》 P94中'9 法兰'的规定，求得垫片压紧力，再根据力与力矩的关系，算出每条螺栓的力矩。高压法兰尺寸为：DN6' PN1500class（缠绕垫片密封），其法兰预紧力具体验算如下：

1、查 HG20592~20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》中 HG20631-97法兰密封面外径 d＝216mm。

2、查 HG20631-97中 DN6' PN1500class D 型缠绕垫片缠绕垫内径 D2＝171.5mm，缠绕垫外径 D3＝209.6mm，垫片密封宽度 N＝19.05mm ，D3＜d。

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

4、按照 GB150—98 P94 中 9.5.1.1 垫片有效密封宽度 b＝2.53 ＝2.53 ＝7.81mm。

5、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.2 垫片压紧力作用中心圆直径 DG＝D3-2b＝209.6-2*7.81 ＝193.98mm。

6、查GB150-98 P93表 9-2 中缠绕垫片的垫片系数 m＝3.00，比压力 y＝69MPa。管线的设计压力为 15.85MPa，操作压力为 14.4MPa。

7、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 中预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG＝Fa＝3.14DGby＝3.14*193.98*7.81*69=328236.4N 。

8、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 操作状态下需要的最小垫片压紧力 FG＝Fb＝6.28DGbmpc＝6.28*193.98*7.81*3.00*14.4 ＝411009N。

9、按照力与力矩的关系式 N＝0.2Fd，该法兰用紧固件螺栓为 M36*3，用紧固件螺栓 12对，螺纹实际作用力直径为 d＝33。

10、预紧状态下每条螺栓加载扭矩 Na＝0.2（FG/12）d＝0.2*（328236.4/12 ）*（33/1000）＝180N.m。

11、操作状态下每条螺栓加载扭矩 Np＝0.2（FG/12）d＝0.2*（411009/12）*（33/1000）＝226N.m。

以上是按照 GB150的法兰要求算出来的每条螺栓需要加载的力矩，应用到实际工作中，采用力矩扳手完全可以满足要求，不过在实际工作中，力矩扳手按照 30％、50％、100％的预紧力矩进行操作。在100％的预紧力矩作用下，多紧几次，就可以完全解决问题。

01

力矩的确认：

1、先说载荷和力矩的换算，力矩扳手制造商有着对应表可以查，从理论力学教科书上也有公式，公式中一个系数是一个范围，需要根据实际情况来确定。

2、做过实验，对螺栓帖上应力片来验证载荷的变化，结论是：系数在推荐的范围内，但变化比较大。这与螺栓螺纹加工精度、润滑程度、螺母表面与法兰表面的光洁度、螺母与螺栓啮合的匹配状态等有着紧密的联系。

3、因此从理论计算和实际结果是有着大的差别的。

4、当然，采用力矩扳手比传统方法还是进了一大步。

0２

关于螺栓上紧过程相邻螺栓受力变化效应规律：

１、螺栓上紧过程各螺栓受力影响分析无论采用何种垫片，为了保证密封效果均需有相应的密封比压，在螺栓上进过程中，由于螺栓受力是渐紧上升，因此密封比压产生的轴向力不均匀分配在各螺栓中，在紧固某个螺栓时其相邻螺栓的受力将减小。

２、实践例子：在螺栓按照规定的力矩旋紧过程中，对某一个螺栓加载，则其相邻螺栓的载荷立即下降。

3、当载荷达到规定值仍因为某种原因再要加载，则加载的动力必须要远超过阻力，我们的试验结果平均在 120%以上。

4、比较有效的方法：在旋了数圈后，对相隔螺栓加大载荷（超过理论载荷）进行旋紧，而后对相邻螺栓按照理论载荷旋紧，这样对于一个法兰来说，各螺栓的载荷形成一条相对均匀的载荷曲线。

0３

法兰连接是管道施工的重要连接方式法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。法兰分螺纹连接（丝接）法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰，高压和低压大直径都是使用焊接法兰， 不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。根据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫到金属垫都有。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。 如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。

已知扭矩 T和螺栓的公称直径 d，楼主要求的应该是轴向拉力 P，P=T/（K d）式中K—拧紧力系数，可查下表：