螺栓预紧力解析及其施加技术
一、基本概念
螺栓预紧力是指在螺栓连接中，通过拧紧螺栓使其产生一定的拉伸应力，从而在被连接件之间产生压应力，以确保连接的可靠性和紧密性。简单来说，就是在拧螺栓过程中，拧紧力矩作用下的螺栓与被联接件之间产生的沿螺栓轴心线方向的力。
二、预紧力的重要性
能提高螺栓连接的刚度和承载能力，减少连接件工作时的振动和噪音；防止因温度变化或外载引起的连接松弛；对于有密封要求的连接，可使连接件之间的密封面保持一定的接触压力，防止液体或气体泄漏。
三、预紧力的控制方法
- 扭矩控制法：通过控制施加在螺栓上的扭矩来间接控制预紧力，使用扭矩扳手等工具，按照规定的扭矩值拧紧螺栓。该方法操作简单直观，但需要考虑摩擦系数的影响，以及螺栓材料和几何尺寸的一致性。
- 转角控制法：在扭矩达到一定值后，通过控制螺栓的转角来进一步精确控制预紧力。一般是先将螺母旋到组件上直到紧贴材料，再将扳手连接到螺母上旋转一定角度，如90度。此方法可减少由于摩擦系数变化带来的预紧力误差，但需保证连接面在控制转角之前是贴紧的。
- 屈服点法：将螺栓拧紧到刚过屈服极限点。首先将螺栓拧紧到某一个规定的起始力矩，设备监控拧紧曲线斜率值的变化，若斜率下降超过设定值，就认为把螺栓拉伸到了屈服点，工具停止运行。优点是能将摩擦系数不同的螺栓都拧紧到其屈服点，最大限度发挥螺纹件强度潜力，但对干扰因素敏感，控制难度较大。
- 直接拉伸法：通过拉伸设备将螺栓拉伸然后拧紧螺母，依靠螺栓材料的回弹紧固螺栓。适用于对预紧力精度要求极高的重要连接，如大型压力容器气密试验前的螺栓预紧力检测。
- 利用特殊垫圈法：使用预紧指示垫圈，旋转直到施加一定量载荷，垫圈不再自由旋转即满足预紧力；直接张力指示垫圈有小凸起，达到预紧力时会变平，压平后用塞尺确保螺栓轴在垫圈下方的可触及范围不超过50%；硅直接张力指示垫圈带有填充硅膏的小凹槽，螺母拧紧时硅从垫圈侧面流出，当垫圈上的凹槽量减去一个需要暴露在侧面时，表明达到预载。
四、工程应用中的关键问题
1、预紧力不足的后果
连接件松动，密封失效（泄漏风险）；
螺栓承受交变载荷，易发生疲劳断裂；
结构刚度下降，影响设备运行稳定性。
2、预紧力过大的后果
螺栓屈服或断裂；
被连接件（如法兰）压溃或变形；
密封垫片过度压缩导致失效。
3、预紧力设计原则
目标值：通常取螺栓材料屈服强度的50%~75%（如8.8级螺栓，屈服强度640 MPa，预紧力 对应应力约320~480 MPa）。
安全余量：需考虑预紧力松弛（因蠕变、温度变化等导致预紧力随时间下降约10%~20%）。
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