螺栓連接中使用螺紋潤滑劑的重要性

時間：2023/7/20閱讀：560

你會在沒有油的情況下運行你的汽車發(fā)動機嗎？在不使用適當?shù)穆菁y潤滑劑的情況下組裝螺栓連接是一種類似的情況。螺紋潤滑劑經(jīng)常被忽視，但會對螺栓連接的成功有著巨大的影響。

在任何工業(yè)裝置中，都可能有數(shù)千個螺栓連接，例如，泵和閥門的填料函、熱交換器端蓋以及整個管道系統(tǒng)的法蘭連接。所有這些設(shè)備都用于連接組件，同時保持系統(tǒng)的密封壓力邊界。這些系統(tǒng)可以在高壓、高溫和危險化學(xué)品中工作，螺栓連接的失效可能會對人員造成極大的危險。

乍一看，螺栓連接看起來非常簡單。圖 1 顯示了用于將管道各部分連接在一起的基本螺栓法蘭組件。法蘭之間通常安裝一個墊圈，必須對其進行壓縮才能在組件中形成緊密的密封。螺栓提供了一種向墊圈施加壓縮力的方法。機械師用扳手擰緊（轉(zhuǎn)動）法蘭上的螺栓，施加的扭矩轉(zhuǎn)化為將法蘭夾在一起的力，從而壓縮墊圈。

但是螺栓連接比看起來要復(fù)雜一些。墊圈需要特定的壓縮量才能產(chǎn)生和保持密封，市場上有無數(shù)種墊圈類型，每種墊圈類型都有不同的特性和所需的壓縮應(yīng)力才能正確密封。

螺栓可以采用不同的材料、強度、表面處理、螺紋設(shè)計和配合。無論所有這些變量如何，都有一個關(guān)鍵要求：用正確的應(yīng)力壓縮墊圈，以在法蘭之間形成緊密的密封，并在整個使用壽命期間保持密封。

有許多方法可以精確地擰緊連接螺栓。常用的方法是使用扭矩扳手手動擰緊法蘭上的螺栓。在給定扭矩值下，除了摩擦力以外，還有許多變量會影響螺栓載荷的精度，包括螺紋配合和光潔度、使用的工具和機械師的技能。本文將只關(guān)注一個主要變量：摩擦力。這就是潤滑劑這個主題的由來。

為了獲得正確的墊圈應(yīng)力，需要將螺栓擰緊到正確的扭矩。有一個基本公式用于計算實現(xiàn)特定負載所需的扭矩。請注意，法蘭組件的每個螺栓的載荷是由所需的墊圈應(yīng)力除以墊圈表面積來確定的，見公式1。

公式1：

T = KFD/12

這里，

T = 扭矩【英尺·磅（ft · lbs）】

K = 螺母系數(shù)，綜合了摩擦對組件的影響

F = 所需的螺栓載荷（lbs）

D = 螺栓（緊固件）直徑（ins）

將墊圈上產(chǎn)生的載荷除以法蘭上的螺栓數(shù)量，以確定每個螺栓的載荷。然后，使用公式1中的公式來確定達到每個螺栓所需載荷時需要的扭矩值。

螺栓載荷和螺栓直徑是明確定義的參數(shù)。K 值略有不同，這是一個理論數(shù)字，表示螺栓連接組件中的摩擦力。理想情況下，它是通過測試實際的螺栓組件（即每個螺栓或螺母組件）來確定的，但在許多情況下，使用的值是螺栓潤滑劑供應(yīng)商提供的K值。

摩擦對螺栓組件有著巨大的影響。如圖2所示，施加扭矩的一小部分（大約10%）實際上會導(dǎo)致可用的螺栓載荷，最終施加到墊圈上；大部分扭矩則是被螺柱或螺栓和螺母或盲孔的螺紋之間、以及螺栓或螺母頭部下方的法蘭表面之間的摩擦消耗。使用具有較低K系數(shù)的更有效的潤滑劑，可以增加螺栓的可用力值，從而減少對組件的整體摩擦影響。

潤滑螺柱與非潤滑螺柱相比具有更多的一致性。在帶有8個螺栓的法蘭組件中，這種提高的精度有助于確保施加在墊圈上的應(yīng)力在其整個區(qū)域均勻分布。根據(jù)潤滑劑的質(zhì)量，這種精度可能會在更高負載下下降。一些潤滑劑設(shè)計用于在高負載下提供良好的潤滑（即高質(zhì)量的防咬合），而另一些潤滑劑在低負載下具有低摩擦，但在較高應(yīng)力下會遭到破壞，從而導(dǎo)致多個組件的可變性更大。這可能會導(dǎo)致螺栓載荷不一致，或者在最壞的情況下，螺紋磨損導(dǎo)致施加的螺栓載荷降低、甚至消失。

但是，即使設(shè)計師選擇了優(yōu)質(zhì)的螺紋潤滑劑，也需要考慮其它一些因素。

首先，緊固件是一次性組裝，還是在服役期間反復(fù)組裝拆卸或調(diào)整？如果是后者，最好選擇具有良好潤滑性能的優(yōu)質(zhì)防咬合劑，防止在組件使用一段時間后（通常在高溫下，這可能會破壞基礎(chǔ)潤滑劑）磨損。即使在基礎(chǔ)潤滑劑出現(xiàn)裂化后，此類別中最高質(zhì)量的產(chǎn)品仍然可以提供一致的 - 通常更高的K系數(shù)。

其次，潤滑劑應(yīng)與被密封的介質(zhì)或螺栓連接所在的環(huán)境相容。

最后，在監(jiān)測排放合規(guī)性的系統(tǒng)中，一些潤滑劑可能會在高溫下排放揮發(fā)性有機化合物（VOCs），這可能會導(dǎo)致誤報。監(jiān)測設(shè)備可能顯示法蘭發(fā)生VOC泄漏，而實際上這是潤滑劑在排氣。

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