【壓縮機網(wǎng)】本質(zhì)安全，源于細(xì)節(jié)

　　系于責(zé)任，重在落實

　　一顆不合格的螺栓，當(dāng)場頭破血流，看的心驚膽戰(zhàn)！

 

　　來看5分鐘短視頻《螺思》
 

　　（中海石油上海分公司出品）

 

　　微電影《螺思》，只有短短的五分鐘，但足以震撼每個人的心靈。

　　影片前半段講述了一顆不合格的螺絲，經(jīng)一系列毫不起眼的細(xì)節(jié)失誤引發(fā)了一連串的不安全行為，導(dǎo)致了一個生命的隕落，一個幸福家庭的破滅。

　　影片后半段則以“時間可以倒流”為假設(shè)前提，逐一彌補了每個細(xì)節(jié)失誤，最終還原了生命的美麗，引人感慨。

 

　　都說千里之堤，潰于蟻穴，別看螺釘個頭小（相對所在設(shè)備而言），真發(fā)起火來脾氣可不小，輕則導(dǎo)致意外停機，降低生產(chǎn)效率，重則釀成大禍，造成巨大損失。

 

　　螺栓什么樣算擰緊了？其實，是有嚴(yán)格的操作手冊指導(dǎo)完成的，施加多大的扭矩都有明確規(guī)范。我們今天先從擰緊過程的扭矩和受力來分析。

 

擰緊過程的簡要分析

　　541規(guī)則（即50%、40%、10%）

　　參見下圖：通常情況下，在螺栓的擰緊過程中，實際轉(zhuǎn)化為螺栓夾緊力的扭矩僅占10%，其余50%用于克服螺栓頭下的摩擦力，40%用于克服螺紋副中的摩擦力,這就是“541”規(guī)則，主要反映夾緊力與摩擦力之間的關(guān)系。但若施加一定的改善措施（如涂抹潤滑油）或螺紋副中存有缺陷（如雜質(zhì)、磕碰等），該比例關(guān)系會受到不同影響而改變。

 

　　螺栓連接件特性

 

　　擰緊過程的主要變量

　　1. 扭矩(T)：所施加的擰緊動力矩,單位牛米(Nm)；

　　2. 夾緊力(F)：連接體間的實際軸向夾(壓)緊大小，單位牛(N)；

　　3. 摩擦系數(shù)(U)：螺栓頭、螺紋副中等所消耗的扭矩系數(shù)；

　　4. 轉(zhuǎn)角(A)：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再產(chǎn)生一定的軸向伸長量或連接件被壓縮而需要轉(zhuǎn)過的螺紋角度。

 

　　螺栓擰緊的控制方法

　　1. 扭矩控制法

　　定義：當(dāng)擰緊扭矩達(dá)到某一設(shè)定的控制扭矩時，立即停止擰緊的控制方法。

　　優(yōu)點：控制系統(tǒng)簡單、直接，易于用扭矩傳感器或高精度扭矩扳手來檢查擰緊的質(zhì)量。

　　缺點：控制精度不高（預(yù)緊力誤差±25%左右），也不能充分利用材料的潛力。

 

　　2. 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法

　　定義：先把螺栓擰到一個不大的扭矩后，再從此點開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

　　優(yōu)點：螺栓軸向預(yù)緊力精度較高(±15%)，可以獲得較大的軸向預(yù)緊力，且數(shù)值可集中分布在平均值附近。

　　缺點：控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要測量扭矩和轉(zhuǎn)角兩個參數(shù)；且質(zhì)檢部門也不易找出適當(dāng)?shù)姆椒▽Q緊結(jié)果進(jìn)行檢查。

 

　　3. 屈服點控制法

　　定義：把螺栓擰緊到屈服點后，停止擰緊的一種方法。

　　優(yōu)點：擰緊精度非常高，預(yù)緊力誤差可以控制在±8%以內(nèi)；但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強度。

　　缺點：擰緊過程需要對扭矩和轉(zhuǎn)角曲線的斜率進(jìn)行動態(tài)的、連續(xù)的計算和判斷，控制系統(tǒng)的實時性、運算速度等都有較高的要求。

 

　　基本擰緊技術(shù)

 

 

 

　　擰緊中的扭矩分配

　　擰緊一顆螺栓，需要施加一定扭矩旋轉(zhuǎn)一定角度后才可以完成，這部分的扭矩+角度所做功最終轉(zhuǎn)為三個部分：

　　1，螺栓頭下摩擦力消耗 

　　2，螺紋副摩擦力消耗 

　　3，產(chǎn)生預(yù)緊力

 

　　這個也可以根據(jù)以下公式得出：

　　Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))

　　預(yù)緊力    螺紋副        螺栓頭下

　　定義Definitions

　　Fm = 夾緊力clamping force

　　P = 螺距pitch of thread

　　μg = 螺紋副摩擦系數(shù)friction value in thread

　　d2 = 螺栓直徑diameter bolt

　　Dkm = 螺栓頭表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head

　　Dkm = (dw + dh)/2

　　μk = 螺栓頭表面摩擦系數(shù)fricition value surface bolt-head

 

　　一般而言，這三者的比例在10%，40%以及50%，這部分能量的消耗很容易直觀的體會到：10%的夾緊力做功體現(xiàn)在螺栓的被拉伸，40%和50%體現(xiàn)了螺紋副以及螺栓頭下擰緊后摩擦力導(dǎo)致的發(fā)熱。

 

　　

      螺栓的初始設(shè)計是按照如上圖的比例來分配三者關(guān)系的，如果實際的過程中改變了三者的比例關(guān)系，會出現(xiàn)扭矩“合格”，夾緊力不合格的情況。

 

　　典型情況1：

　　螺紋副被額外潤滑

 

　　此時螺紋副摩擦系數(shù)降低，摩擦力矩變小，施加的扭矩“轉(zhuǎn)移”給夾緊力，后果有可能是：螺栓拉斷或者工件變形。

 

　　典型情況2：

　　螺栓生銹或者螺紋副有油漆

　　此時螺紋副摩擦系數(shù)增加，有可能扭矩合格后夾緊力不足。

 

　　

        其它改變摩擦系數(shù)的常見情況有：

　　涂層材料改變，涂層厚度變化，螺栓/螺釘公差，與螺帽旋轉(zhuǎn)接觸面摩擦系數(shù)，工具轉(zhuǎn)速，墊片增加/減少等。

 

　　擰緊技術(shù)中的螺栓螺母知識

　　螺栓擰緊是裝配環(huán)節(jié)的重要環(huán)節(jié)，螺栓/螺母在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)必須穩(wěn)定連接，否則有可能造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故，因為螺栓/螺母失效而導(dǎo)致的安全事故時有發(fā)生。

 

　　螺栓/螺母的失效方式有以下幾種：

　　1. 強度不足 

　　螺栓常見強度等級如下，如果螺栓制造商供應(yīng)的螺栓不能滿足對應(yīng)的強度要求，螺栓連接的安全性也無法得到保障。

　　2. 螺紋副強度不足 

　　按照ISO898要求，與螺栓配合的螺紋副/螺母強度要與螺栓本身強度相匹配，比如螺栓強度為10.9的螺栓，應(yīng)采用強度為10的螺母。

 

　　

        3. 螺紋副高度 

　　同樣根據(jù)ISO898要求，螺母或者有效螺紋連接高度一般大于公稱直徑D的0.8以上，比如M10的螺栓與之匹配的螺母高度不得低于8mm。

 

　　螺栓/螺母機械強度測試

　　螺栓/螺母機械強度的測試方法很多，比較權(quán)威的方法是依據(jù)ISO898-1以及ISO898-2，對于螺栓的機械抗拉強度測試方法如下：固定螺栓兩端，通過萬能材料試驗機產(chǎn)生軸向拉力，通過軸向拉力/軸向拉伸量獲得螺栓的機械性能指標(biāo)。

　　軸向拉力/軸向拉伸量：

　　螺母/螺紋副的機械強度測試，如下圖示意：

　　1. 實驗載荷一般在抗拉強度的88%-94%之間

　　2. 持續(xù)載荷15S

　　3. 需確保螺桿沒有永久變形

　　4. 15S后手動可以將螺紋旋出，則表示螺母/螺紋副強度合格

 

　　小貼士：

　　螺栓/螺母的失效形式有： 

　　滑牙，疲勞失效，涂層失效，螺紋副脫落，電化學(xué)腐蝕，拉斷，剪斷，過度衰減等。

來源：金蜘蛛螺絲網(wǎng) SolidWorks研習(xí)社，馬頭工業(yè)工具