記住這兩個帶壓開孔螺栓緊固公式，可提高管道開孔精度

在帶壓開孔工程施工中，管道法蘭之間聯(lián)接使用螺栓來進(jìn)行緊固。使用螺栓連接管道有裝配簡單、拆卸方便、效率高和成本低等特點(diǎn)，裝配和安裝的工作按精度等級分為三類：安全等級、質(zhì)量等級、客戶定義等級。在帶壓開孔施工中進(jìn)行螺桿緊固工作時，我們能夠測量的指標(biāo)是扭矩T，而我們緊固的目標(biāo)是緊固的零件之間的夾緊力F。

旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺桿受力伸長，螺桿伸長產(chǎn)生的夾緊力把連接件夾緊，我們需要的就是連接管件或零件的夾緊力。在進(jìn)行螺栓緊固這一個動作，從物理的力學(xué)分析可以得出，緊固螺母的同時，螺栓向管件施加壓縮的力和管件被壓縮后使螺栓產(chǎn)生拉伸變形的力，這是一對反作用力，而我們施加的力要克服摩擦力旋轉(zhuǎn)螺母，那么螺桿才會隨著這種扭矩對零件進(jìn)行壓縮預(yù)緊。

當(dāng)我們施加的扭矩在螺母上，使螺母進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，對扳手施的力F，以及扳手長度L有著密切關(guān)系。

這種密切關(guān)系可以用力矩來表示，它是力對物體作用時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效應(yīng)的物理量。力和力臂的乘積為力矩。力矩是矢量，因此，力矩既有大小也有方向。力對某一點(diǎn)的力矩的大小為該點(diǎn)到力的作用線所引垂線的長度（即力臂）乘以力的大小，其方向則垂直于垂線和力所構(gòu)成的平面用右手螺旋法則來確定。在國際單位制中，力矩的單位是牛頓·米。常用的單位還有千克力·米等。

通常情況下，在螺栓的擰緊過程中，實(shí)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。

一、螺栓連接件特性

帶壓開孔的管道法蘭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(shí)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管道法蘭被壓縮而需要轉(zhuǎn)過的螺紋角度。

二、螺栓擰緊的結(jié)果

Q₀=MK_td×10-3

其中：

Q₀—預(yù)緊力，N

M —力矩，N·m

K_t—計算系數(shù)

d — 螺栓的公稱直徑，mm

計算系數(shù) Kt與螺紋表面、法蘭的粗糙度、潤滑狀況、擰緊速度、所用擰緊工具以及反復(fù)擰緊時的溫度變化有關(guān)，通常在 0.1~0.3 之間變化。Kt的變化將導(dǎo)致預(yù)緊力 Q0也發(fā)生較大變化，變化范圍大約在 40%左右。由計算公式可以看出，力矩與夾緊力呈正比關(guān)系。

假設(shè)管道開孔施工中，螺母固定，擰緊螺栓，忽略摩擦力及管道法蘭件的變形，螺栓從開始旋入螺母，到其下端面接觸被聯(lián)接連接件，這個過程螺栓不受力，驅(qū)動力矩為零。隨著螺栓的繼續(xù)旋入，螺栓開始接觸到被管道法蘭，并對管道法蘭產(chǎn)生夾緊力，同時也受到來自于管道法蘭的反作用力，由于忽略了管道法蘭的變形，所以這個過程中的螺栓等效于一個在被逐漸拉伸的桿件。根據(jù)材料力學(xué)的知識，可以繪出拉力與伸長量的曲線?？紤]螺紋連接的特殊性，力矩可以反映出夾緊力， 而且螺栓每旋入螺母一圈（360°），螺栓端面與螺母下端面之間的距離減少一個螺距，所以可以用螺栓旋轉(zhuǎn)的角度來衡量螺栓的軸向伸長量。這樣螺桿逐漸被旋緊到管道法蘭的過程，整個過程中力矩為零；螺桿端面與管道法蘭的貼合點(diǎn)，從這一點(diǎn)開始，力矩隨轉(zhuǎn)角的增加而線性增大；螺桿逐漸被擰緊的彈性變形，而螺桿的屈服點(diǎn)之后，螺桿發(fā)生塑性變形，螺桿長度顯著增長，力矩隨轉(zhuǎn)角增加的幅度變小，并在到達(dá)一定位置時，開始隨轉(zhuǎn)角的增加而減小，直到螺桿斷裂。

而在實(shí)際的帶壓開孔施工中，摩擦及管道法蘭的變形是客觀存在的。在螺栓裝配的起始階段，由于此時螺栓端面尚未接觸到管道法蘭面，所以擰緊螺栓的轉(zhuǎn)矩，只是用來克服螺紋副之間的摩擦力。隨著螺栓的不斷旋入，螺桿逐漸與被管道法蘭面接觸，此時的驅(qū)動力矩一方面要克服螺紋副中的摩擦力，同時還要克服來自于螺栓下端面與被管道法蘭之間的摩擦力及對管道法蘭產(chǎn)生夾緊力。對于不同的擰緊驅(qū)動力矩中，用于夾緊力的部分比例是不變的（大約 10%），所以，實(shí)際的擰緊曲線與理論曲線的形狀基本一致，只是起始力矩不為 0。