记住这两个带压开孔螺栓紧固公式，可提高管道开孔精度

在带压开孔工程施工中，管道法兰之间联接使用螺栓来进行紧固。使用螺栓连接管道有装配简单、拆卸方便、效率高和成本低等特点，装配和安装的工作按精度等级分为三类：安全等级、质量等级、客户定义等级。在带压开孔施工中进行螺杆紧固工作时，我们能够测量的指标是扭矩T，而我们紧固的目标是紧固的零件之间的夹紧力F。

旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长，螺杆伸长产生的夹紧力把连接件夹紧，我们需要的就是连接管件或零件的夹紧力。在进行螺栓紧固这一个动作，从物理的力学分析可以得出，紧固螺母的同时，螺栓向管件施加压缩的力和管件被压缩后使螺栓产生拉伸变形的力，这是一对反作用力，而我们施加的力要克服摩擦力旋转螺母，那么螺杆才会随着这种扭矩对零件进行压缩预紧。

当我们施加的扭矩在螺母上，使螺母进行旋转时，对扳手施的力F，以及扳手长度L有着密切关系。

这种密切关系可以用力矩来表示，它是力对物体作用时所产生的转动效应的物理量。力和力臂的乘积为力矩。力矩是矢量，因此，力矩既有大小也有方向。力对某一点的力矩的大小为该点到力的作用线所引垂线的长度（即力臂）乘以力的大小，其方向则垂直于垂线和力所构成的平面用右手螺旋法则来确定。在国际单位制中，力矩的单位是牛顿·米。常用的单位还有千克力·米等。

通常情况下，在螺栓的拧紧过程中，实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%，其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力，40%用于克服螺纹副中的摩擦力，这就是“541”规则，主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。但若施加一定的改善措施（如涂抹润滑油）或螺纹副中存有缺陷（如杂质、磕碰等），该比例关系会受到不同影响而改变。

一、螺栓连接件特性

带压开孔的管道法兰拧紧过程的主要变量：

1. 扭矩(T)：所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm)；

2. 夹紧力(F)：连接体间的实际轴向夹(压)紧大小，单位牛(N)；

3. 摩擦系数(U)：螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数；

4. 转角(A)：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再产生一定的轴向伸长量或管道法兰被压缩而需要转过的螺纹角度。

二、螺栓拧紧的结果

Q₀=MK_td×10-3

其中：

Q₀—预紧力，N

M —力矩，N·m

K_t—计算系数

d — 螺栓的公称直径，mm

计算系数 Kt与螺纹表面、法兰的粗糙度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化有关，通常在 0.1~0.3 之间变化。Kt的变化将导致预紧力 Q0也发生较大变化，变化范围大约在 40%左右。由计算公式可以看出，力矩与夹紧力呈正比关系。

假设管道开孔施工中，螺母固定，拧紧螺栓，忽略摩擦力及管道法兰件的变形，螺栓从开始旋入螺母，到其下端面接触被联接连接件，这个过程螺栓不受力，驱动力矩为零。随着螺栓的继续旋入，螺栓开始接触到被管道法兰，并对管道法兰产生夹紧力，同时也受到来自于管道法兰的反作用力，由于忽略了管道法兰的变形，所以这个过程中的螺栓等效于一个在被逐渐拉伸的杆件。根据材料力学的知识，可以绘出拉力与伸长量的曲线。考虑螺纹连接的特殊性，力矩可以反映出夹紧力， 而且螺栓每旋入螺母一圈（360°），螺栓端面与螺母下端面之间的距离减少一个螺距，所以可以用螺栓旋转的角度来衡量螺栓的轴向伸长量。这样螺杆逐渐被旋紧到管道法兰的过程，整个过程中力矩为零；螺杆端面与管道法兰的贴合点，从这一点开始，力矩随转角的增加而线性增大；螺杆逐渐被拧紧的弹性变形，而螺杆的屈服点之后，螺杆发生塑性变形，螺杆长度显著增长，力矩随转角增加的幅度变小，并在到达一定位置时，开始随转角的增加而减小，直到螺杆断裂。

而在实际的带压开孔施工中，摩擦及管道法兰的变形是客观存在的。在螺栓装配的起始阶段，由于此时螺栓端面尚未接触到管道法兰面，所以拧紧螺栓的转矩，只是用来克服螺纹副之间的摩擦力。随着螺栓的不断旋入，螺杆逐渐与被管道法兰面接触，此时的驱动力矩一方面要克服螺纹副中的摩擦力，同时还要克服来自于螺栓下端面与被管道法兰之间的摩擦力及对管道法兰产生夹紧力。对于不同的拧紧驱动力矩中，用于夹紧力的部分比例是不变的（大约 10%），所以，实际的拧紧曲线与理论曲线的形状基本一致，只是起始力矩不为 0。