法蘭螺栓，為什么是可以取代墊片的設(shè)計(jì)？

墊片，傳統(tǒng)上用于在擰緊過(guò)程中保護(hù)接頭表面不受損壞，并在螺栓頭和螺母下分配負(fù)載，防止接觸面產(chǎn)生壓潰。

近年來(lái)，墊片開始被法蘭頭緊固件所取代，今天，我們跟大家一起討論這些原因。

在討論原因之前，讓我們先了解一些背景知識(shí)。

▲ 圖 1

利用扭矩間接控制螺栓的夾緊力是目前最常用的控制緊固方法。這是由于它的簡(jiǎn)單性和被大多數(shù)工程師所理解。

將螺栓緊固到特定夾緊力所需的扭矩可以從標(biāo)準(zhǔn)表格中確定，或者通過(guò)使用扭矩與產(chǎn)生的夾緊力之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，還可以通過(guò)測(cè)試確定。

眾所周知，作用于螺栓螺紋和螺栓頭下的摩擦消耗了大部分緊固扭矩。對(duì)于一個(gè)自由旋轉(zhuǎn)的螺栓，實(shí)際上只有大約15%的扭矩用于產(chǎn)生夾緊力，(如圖2)。

▲ 圖 2

法蘭螺栓（螺母）可以消除使用墊片所引起的缺陷。

通常，標(biāo)準(zhǔn)墊片比使用它們的螺栓（螺母）硬度稍低，在承受的高應(yīng)力下會(huì)發(fā)生塑性變形。對(duì)于強(qiáng)度較高的緊固件，可能會(huì)導(dǎo)致墊片的壓潰，從而導(dǎo)致夾緊力損失。

圖3顯示了這樣一個(gè)墊片的示例。而法蘭螺栓（螺母）則不會(huì)受到這種影響，因?yàn)橹蚊媾c緊固件保持一樣的整體硬度。

▲ 圖 3

解決壓痕問題，可以使用特殊的硬化墊片，但這種墊片成本較高。

研究表明，由于墊片中的間隙孔，可能會(huì)發(fā)生偏心加載，從而導(dǎo)致非常高的局部應(yīng)力。

為了避免螺栓頭下過(guò)渡圓弧產(chǎn)生干涉，墊片需要有一個(gè)比較大的間隙孔。這種間隙可能導(dǎo)致墊片擰緊時(shí)中心偏離螺栓軸線上，導(dǎo)致局部負(fù)荷集中，增加壓痕和接頭損傷的風(fēng)險(xiǎn)。這種情況如圖所示4。

▲ 圖 4

另一個(gè)影響是墊片的跟轉(zhuǎn)。有時(shí)當(dāng)螺栓被擰緊時(shí)，墊片開始在接頭表面旋轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，螺母和墊片作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。其效果如圖5所示。施加的扭矩和螺栓夾緊力之間的關(guān)系發(fā)生了改變。對(duì)于給定的施加扭矩，這可能導(dǎo)致螺栓夾緊力的顯著損失。

除非在擰緊過(guò)程中進(jìn)行仔細(xì)觀察，否則無(wú)法判斷是否發(fā)生了這種效應(yīng)。

▲ 圖 5

使用墊片的最后一個(gè)影響是增加了表面的嵌入。在顯微鏡下看，看似平坦的表面根本不是平坦的。鍍鋅墊片表面的照片如圖6所示。當(dāng)這個(gè)表面與另一個(gè)表面接觸時(shí)，只有表面的頂部接觸。

▲ 圖 6

嵌入是發(fā)生在螺栓面下、接頭面和螺紋的局部塑性變形，是表面粗糙度塑性變平的結(jié)果。在某種程度上，當(dāng)兩個(gè)表面接觸并加載時(shí)，這種情況就會(huì)發(fā)生。當(dāng)接頭中的零件第一次接觸壓緊時(shí)，大部分嵌入損失發(fā)生。

對(duì)于每個(gè)金屬與金屬表面，損失量通常在0.002至0.006mm之間，在涂過(guò)漆的表面上，這種效果會(huì)更明顯。

使用墊片會(huì)增加接頭內(nèi)的接觸面數(shù)量。由于每個(gè)面都將承受嵌入損失，使用墊片會(huì)加劇這種影響，從而導(dǎo)致的螺栓夾緊力的損失。

尤其在在使用夾緊長(zhǎng)度相對(duì)較短的接頭上，這種額外的嵌入效果會(huì)特別明顯，夾緊力降低高達(dá)50%是很正常的。

綜上所述，可以解釋為什么法蘭螺栓（螺母）比帶墊片螺栓（螺母）的設(shè)計(jì)更可取?？尚械淖龇ㄊ强捎梅ㄌm緊固件替換相同的規(guī)格的帶墊片緊固件，需要注意的是，原來(lái)的安裝扭矩需要通過(guò)計(jì)算或測(cè)試進(jìn)行調(diào)整。