扭紧或拉紧──安全攸关的问题

螺栓连接的可控紧固用什么方法最好?《Bolted》比较了液压拧紧和液压拉伸。 胜出者是...

日常生活中,几乎每个人都拧紧过螺母,也都知道扭矩的基本概念。它是最古老、最简单(而且对大多数非工程人员来说)也是唯一的紧固螺栓连接的方法。

无论是手动还是液压,与其他方法相比,扭矩的基本原理简单易懂,所以是一个更具成本效益的选择。与此同时,这也离不开对扭矩紧固中关键因素的理解和培训。

Asset 55 技术总监 Robert Noble说:「使用一个扭矩扳手和一系列套筒,你就可以拧紧相当多种的螺母和螺栓尺寸。它提供了灵活性,并且很容易向技术人员解释如何使用扭矩装置。」

因为可以有效应用于大多数用途,毫无疑问它经常是人们的第一选择。

液压拧紧也有局限性,特别是摩擦力,Noble形容这是「扭矩的头号天敌」。通常,摩擦力占施加到螺母的扭矩的90%,这意味着只有一小部分扭矩能转化为有用的螺栓载荷。因为扭矩是间接的载荷方式,所以难以预测精确的螺栓载荷。有许多因素需要考虑,尤其是所使用的润滑剂、如何避免可能的污染,以及螺母承载面的良好表面光洁度。这些问题必须解决,才能确保使用扭矩产生预紧力时有合理的精度,而这可能成为关键连接中一个重大的缺点。

Noble 强调,有了良好的作业程序、校准的设备和合格的人员,扭矩紧固可以成功地用于大多数连接,尤其是螺栓离散性;单个螺栓上达到的预紧力在目标值的+/-25%以内。而在带有多个螺栓的法兰上,通常的结果是在接近目标值的范围内达到平均螺栓载荷(前提是遵循良好安装工艺,并评估摩擦系数)。Noble 说:「这对于大多数含密封的法兰连接来说是已经足够准确,因此扭矩仍然是一种非常可行的技术。」

液压拉伸技术诞生于上世纪七十年代,先驱者之一是英国工程师 Fred Heaton,后来他创办了 Hydratight和 Boltight 公司。随后二十年间,该技术逐渐普及,现已成为石油和天然气、风能、海底或发电等许多行业用于紧固大型关键连接的首选方法。

跟液压拧紧相比,它的工序更为复杂,需要更专业的设备。在某些应用中,拉伸可以提供更高的精度和控制度,并能加快组装速度。这对带有多个螺栓的法兰尤为有利。使用常规的拧紧安装,每个螺栓是以同样的方式逐个拧紧,作业时必须小心,以避免给垫片或法兰的一侧施加过高载荷的风险。相比之下,如果使用多个张紧器,便可同时紧固多个螺栓,均匀压缩垫片。

Boltight 项目与商业经理 Nitin Patel 说:「这才是液压拉伸技术的本质所在。它使人们得以控制夹紧力,你可以围绕整个圆周一次性做完,这对垫片和连接都大有好处,而且你可以对连接的载荷心中有数。」

拉伸技术另一个公认的好处是精度大为改善,不过 Noble 指出,事实并非那么简单。他解释:「遗憾的是,业界试图采用简单的一刀切规则,但它们并不适用于扭矩和张力标准。在适当条件下,拉伸技术是非常精确的,如具有较高的长度直径比的螺栓——也就是又长又细的螺栓,以及高螺栓载荷的情况。在这些应用中,拉伸要比拧紧更精确。相反,如果是又短又粗的螺栓和低螺栓载荷的情况,拉伸就没有那么精确了。」

拉伸技术也有缺点,即载荷损失,它发生于预紧器松弛及载荷转移到螺母之时。为了弥补这个缺陷,技术人员需要估算载荷损失,并预先施加预期中可能损失的载荷。这意味着螺栓、垫片和法兰实际承受的应力将会大于目标组装应力。在连接设计阶段或者使用工具之前,都要考虑到这一点。一种替代方法是重复拉伸程序以补偿沉降。

液压拉伸还有实用性和后勤上的缺点。由于需要较多的设备和专门的工具,它的成本高得多。Noble 说:「拉伸并不是很容易懂,除非是经常干这个的人。你需要专门的拉伸工具,而且很难设计出一套跟扭矩扳手同样灵活的预紧器。」

综上所述,拧紧与拉伸技术并不能简单地区分高下,最好是根据连接而定。

Noble总结道:「一刀切的政策会产生许多技术疑问,有时不得不在螺栓载荷上作出妥协。其实,你所要做的无非是决定最适合特定连接的方法。有些时候,应当以周全的思维看待具体的应用,考虑如何将设备实际运抵现场,还要考虑用在何处,以及是否适合预定的用途。」

您知道吗…
在液压拧紧过程中,摩擦力通常占施加到螺母的扭矩的 90%

连接的考量
对于螺栓连接,在选择拧紧或拉伸之前必须考虑几个因素。

  • 确定应用所需的安装载荷。
  • 考虑任何对您的选择有直接影响的因素。在某些应用中,在螺栓连接上应尽量避免扭应力的产生,例如混凝土中的地脚螺栓,那么最好是选择拉伸。不过,如果作业空间狭窄,那么选择拧紧更好。
  • 不能忽视物理和逻辑上的约束,拉伸器需要至少等同于螺栓直径长度的螺纹来夹持。

 

无论液压拧紧或是液压拉伸,都必须根据连接才能做出最好的选择。

 

无论液压拧紧或是液压拉伸,都必须根据连接才能做出最好的选择。

 

液压拉伸: 油缸安装在螺杆上,高压液压用来拉伸螺杆,螺母随螺杆向上脱离法兰面。螺母可以轻易的旋转并与法兰面接触。释放压力后,由于被拉伸的螺栓试图恢复原状,因此会产生夹紧力。

与我们取得联系

如需了解更多关于我们如何处理您的具体联系信息,请参阅我们的隐私条款

感谢您与我们联系!