正确拧紧对于实现无泄漏连接至关重要。
螺栓连接的绝大多数失效主要源于不当的装配操作以及不正确的螺栓扭矩应用。因此，确保正确拧紧对于实现无泄漏连接至关重要。
施加在螺栓上的扭矩主要用于克服以下两种摩擦：
• 螺栓与螺母螺纹之间的摩擦
• 螺母头部与承载面（法兰外表面）之间的摩擦
使用润滑剂减小摩擦
采用螺栓紧固的法兰连接，其作用原理类似于一个被压缩的弹簧（见图1）。在螺栓连接中，施加的扭矩中约有50%用于克服螺母与承载面之间的摩擦，约35%消耗在螺纹摩擦上，而仅有15%转化为所需的螺栓预紧力。当使用润滑剂使螺纹摩擦减小时，在施加相同扭矩的情况下，会产生更大的螺栓预紧力。因此，使用润滑剂时必须采取特别预防措施，因为相同的扭矩可能产生过大的预紧力，导致紧固件屈服，进而引发螺栓连接失效。
润滑剂应同时涂覆于螺母的承载面以及螺栓的外螺纹。所用润滑剂必须与螺栓和法兰材料化学相容。应特别注意避免使用含有可能引发应力腐蚀开裂的化学成分的润滑剂。此外，润滑剂必须能够承受预期的最高工作温度。影响扭矩值的因素
影响扭矩值的因素主要包括法兰压力等级、螺栓尺寸、垫片类型以及润滑剂的摩擦系数。
施加的扭矩 T = kDF/1000，其中：
T = 扭矩 (N·m)
F = 螺栓载荷 (N)
D = 螺栓直径 (mm)
或
施加的扭矩 T = kDF/12，其中：
T = 扭矩 (ft-lb)
F = 螺栓载荷 (pounds)
D = 螺栓直径 (inches)
k = 螺母系数（或称紧固系数或k值）
k值并非摩擦系数，而是一个通过经验得出的修正系数。螺母系数取决于多种因素，包括：
• 几何因素 - 螺纹的形状或类型
• 螺母与螺栓螺纹之间的摩擦
• 螺母与法兰承载面之间的摩擦
• 螺栓材料
• 螺栓直径
• 装配温度
由于影响扭矩的因素众多，即便是同一批次的紧固件，要达到相同的螺栓预紧力，所需的扭矩值也可能存在差异，实际施加的扭矩值可能产生20%至30%的偏差。
如何确定合适的螺栓载荷
施加在螺栓上的扭矩，最终会转化为螺栓的拉伸载荷（即张力值）。螺栓的张力值必须控制在其弹性范围内，这样才能确保在卸载后，螺栓能够完全恢复到原始状态。根据定义，保证载荷是指紧固件能够承受而不发生永久变形的最大拉伸载荷。在前述公式中，可接受的螺栓载荷（F）通常取保证载荷的 40%至75%。这意味着目标螺栓预紧应力应设定在材料规定最小屈服强度的40%至75%左右。
螺栓载荷 = 规定最小屈服强度的40%至75% × 螺栓的拉伸应力面积
根据弹性模量公式 Y = 应力 / 应变，若所需螺栓预紧力为 70,000 psi，且已知碳钢的弹性模量 Y 为 29,000 ksi，则可计算应变为：
应变 ΔL/L = 70,000/(29,000 * 1,000) = 0.0024 英寸/每英寸
由此可见，连接件的夹持长度越长，要达到预定预紧力所需的总伸长量就越大。
螺栓扭矩计算实例
本实例将演示如何计算一个采用螺旋缠绕垫片和ASTM A193 B7等级螺栓的6英寸150磅级法兰接头的最小与最大螺栓扭矩。计算中取螺母系数为0.18，螺旋缠绕垫片的所需密封应力为7,500 psi。ASTM A193 B7材料的螺栓屈服强度为105,000 psi。计算采用的最大螺栓设计应力为60,000 psi，相当于螺栓屈服强度的57%，该值符合前文推荐的范围。
1. 计算垫片就位的螺栓载荷与扭矩
第一步是计算达到 7,500 psi 垫片密封应力所需的螺栓扭矩。
对于6英寸150磅级的螺旋缠绕垫片，其内径为 7.19 英寸，外径为 8.25 英寸。这些数值取自 ASME B16.20 的表 9。
根据垫片内外径，计算得到垫片密封面积为(1) ：12.854 平方英寸
总垫片压紧力计算如下(2)：
垫片密封应力 × 垫片密封面积 = 7,500 × 12.854 = 96,406 磅
对于6英寸150磅级法兰，根据 ASME B16.5 标准，其螺栓规格为3/4英寸，螺栓数量为8个。
3/4英寸螺栓的螺纹根面积为(3)：0.302 平方英寸
该值取自 ASME B1.1 的表 H-1。
因此，由垫片就位产生的单螺栓载荷 = 总垫片压紧力 / 螺栓数量
垫片就位的单螺栓载荷(4) = 96,406/8 = 12,051 磅
螺栓应力（垫片就位）= 单螺栓载荷(4) / 螺栓根面积(3) = 12,051/0.302 = 39,903 psi
垫片就位扭矩(5) = kDF/12 = (0.18 × 0.75 × 12,051)/12 = 136 英尺-磅
这就是采用螺旋缠绕垫片和 ASTM A193 B7 螺栓的6英寸150磅级法兰接头所需的最小螺栓扭矩。
2. 计算设计螺栓应力下的螺栓载荷与扭矩
第二步是计算达到 60,000 psi 设计螺栓应力所需的扭矩。
为达到 60,000 psi 设计螺栓应力，所需螺栓载荷计算如下：
设计螺栓应力下的单螺栓载荷(6)= 螺栓设计应力 × 螺栓根面积= 60,000 × 0.302 = 18,120 磅
设计螺栓应力下的扭矩(7)= kDF/12 = (0.18 × 0.75 × 18,120) /12= 204 英尺-磅
这就是采用螺旋缠绕垫片和 ASTM A193 B7 螺栓的6英寸150磅级法兰接头所需的最大螺栓扭矩。
基于18,120磅的螺栓载荷，需验证垫片密封应力不会导致垫片压溃。
根据18,120磅螺栓载荷计算的垫片密封应力如下(8)：
(螺栓载荷 × 螺栓数量) / 垫片密封面积= 18,120 × 8/12.854 = 11,277 psi
最小螺栓扭矩 = 136 英尺-磅（对应 7,500 psi 垫片密封应力），
最大螺栓扭矩 = 204 英尺-磅（对应 60,000 psi 螺栓设计应力）。
上述数值与本文中的扭矩值一致。需要注意的是，实际施加的螺栓扭矩应取垫片就位所需扭矩与目标螺栓设计应力对应扭矩两者中的较大值。
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