螺栓紧固力矩标准

目次1 总则1.1 范围1.2 引用标准2 计算方法2.1 一般要求2.2 计算步骤附录A法兰螺栓紧固力矩的计算实例附录B常用的法兰螺栓紧固力矩1 总则1.1 范围1.1.1本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。

1.1.2本标准适用于设计压力不大于35 MPa、钢材的使用温度在允许范围之内的法兰螺栓紧固力矩的计算。

1.2引用标准使用本标准时。

应使用下列标准最新版本。

GB 150 《钢制压力容器》。

GB/T 196 《普通螺纹基本尺寸（直径1～600 mm）》。

2 计算方法2.1 一般要求2.1.1 本标准考虑了流体静压力及垫片压紧力的作用，未考虑外力、外力矩的作用。

2.1.2 法兰螺栓紧固力矩是指为避免操作状态下法兰泄漏，在法兰安装时扭紧螺栓所需的扭力矩。

该扭力矩在避免法兰泄漏的同时, 不致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。

由于理论计算模型不可能与实际情况完全吻合，因此本标准的法兰螺栓紧固力矩数值只作为施工中的参考，在操作状态仍需考虑进行热紧。

2.2 计算步骤2.2.1 垫片基本密封宽度b0根据垫片型式及尺寸，按表2.2.1确定垫片基本密封宽度b0（mm）。

2.2.2 垫片有效密封宽度b垫片有效密封宽度b（mm）按以下规定计算：a) 当b0≤6.4 mm时，b＝b0；bb) 当b0＞6.4 mm时，b＝2.53。

2.2.3 垫片压紧力作用中心圆直径D G2.2.3.1 对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆直径D G（mm）即为法兰与翻边接触面的平均直径。

2.2.3.2 对于其他型式的法兰，按下述规定计算D G（mm）：a) 当b0≤6.4 mm时，D G等于垫片接触面的平均直径；b) 当b0＞6.4 mm时，D G等于垫片接触面外直径减2b。

2.2.4 操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（2.2.4）计算：（2.2.4）式中：F——操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力，N；P——设计压力，MPa。

2.2.5 操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（2.2.5）计算：F P＝2π⨯D G⨯b⨯m⨯P（2.2.5）式中：F P——操作状态下需要的最小垫片压紧力，N；m——垫片系数，由表2.2.5查得。

表2.2.1 垫片基本密度宽度垫片基本密封宽度b0 压紧面形状（简图）ⅠⅡ1a1b1cω＜N1dω≤N（最大）（最大）2ω＜N/23ω＜N/24①5①62N2N2gδω＋2gδω＋4N＋ω4N＋ω4N＋ω83N＋ω4N83N83N4N83N167N8ωPDF⨯⨯=2G4π注：①当锯齿深度不超过0.4 mm ，齿距不超过0.8 mm 时，应采用1b 或1d 的压紧面形状。

表2.2.5 垫片参数垫片材料垫片系数m比压力y MPa简图压紧面形状①类别①肖氏硬度低于750.500 无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶 肖氏硬度不低于75 1.00 1.4厚度3 mm2.00 11 厚度 1.5 mm2.75 25.5 具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板） 厚度0.75 mm3.50 44.8内有棉纤维的橡胶 1.252.8 3层 2.25 15.2 2层 2.50 20 内有石棉纤维的橡胶，具有金属加强丝或不具有金属加强丝1层2.7525.51(a 、b 、c 、d )、 4、5植物纤维1.757.61(a 、b 、c 、d )、 4、5碳钢2.5 69 内填石棉缠绕式金属不锈钢或蒙乃尔 3.00 69 软铝2.50 20 软铜或黄铜 2.75 26 铁或软钢3.00 31 蒙乃尔或 4 %～6 %铬钢 3.25 38 波纹金属板类壳内包石棉或波纹金属板内包石棉不锈钢3.50 44.81(a 、b )软铝 2.75 25.5 软铜或黄铜 3.00 31 铁或软钢 3.25 38 蒙乃尔或 4 %～6 %铬钢 3.50 44.8不锈钢3.7552.41(a 、b 、c 、d )Ⅱ续表垫片材料 垫片系数 m 比压力 y MPa 简图压紧面形状①类别①软铝 3.25 38 软铜或黄铜3.50 44.8 铁或软钢 3.75 52.4 蒙乃尔或 3.50 55.2 4 %～6 %铬钢 3.75 62.1平金属板内包石棉不锈钢3.75 62.11a 、1b 、 1c ②、 1d ②、2②软铝 3.25 38 软铜或黄铜3.50 44.8 铁或软钢 3.75 52.4 蒙乃尔或 4 %～6 %铬钢 3.75 62.1 槽型金属不锈钢 4.25 69.6 1(a 、b 、c 、d )、 2、3Ⅱ软铝 4.00 60.7 软铜或黄铜4.75 89.6 铁或软钢5.50 124.1 蒙乃尔或 4 %～6 %铬钢6.00 150.3 金属平板不锈钢 6.50 179.3 1(a 、b 、c 、d )、2、3、4、5铁或软钢5.50 124.1 蒙乃尔或 4 %～6 %铬钢6.00 150.3 金属环不锈钢6.50179.36Ⅰ注：①　见表2.2.1。

②　本表所列各种垫片的m 、y 值及适用的压紧面形状，均属推荐性资料。

采用本表推荐的垫片参数（m 、y ）并按本章规定设计的法兰，在一般使用条件下，通常能得到比较满意的使用效果。

但在使用条件特别苛刻的场合，如在诸如氰化物介质中使用的垫片，其参数m 、y ，应根据成熟的使用经验谨慎确定。

2.2.6 操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.6）计算：W P ＝F ＋F P （2.2.6）式中：W P ——操作状态下需要的最小螺栓总荷载，N 。

2.2.7 预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.7）计算：W a ＝π⨯D G ⨯b ⨯y （2.2.7）式中：W a ——预紧状态下需要的最小螺栓总荷载，N ； y ——垫片比压力，MPa ，由表2.2.5查得。

2.2.8 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，具体步骤如下：a) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式（2.2.8-1）计算：（2.2.8-1）式中：A a ——预紧状态下需要的最小螺栓总面积，mm 2；[σ]b ——常温下螺栓材料的许用应力，MPa ；螺栓材料的许用应力数值可参照GB 150-1998表4-7。

b) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式（2.2.8-2）计算：（2.2.8-2）式中：A P ——操作状态下需要的最小螺栓总面积，mm 2；——设计温度下螺栓材料的许用应力，MPa ；螺栓材料的许用应力数值可参tb][σ照GB 150-1998表4-7。

c) 需要的螺栓总面积A m 取A a 与A P 之间的大值。

d) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按式（2.2.8-3）计算：W y ＝ （2.2.8-3） b bm][2σ⨯+A A 式中：W y ——预紧状态下的螺栓设计总荷载，N ；A b ——实际螺栓总面积，它应不小于需要的螺栓总面积A m 。

其数值按式(2.2.8-4)计算：A b ＝n ⨯A （2.2.8-4）式中：n ——螺栓个数；A ——单个螺栓实际面积A ，mm 2；其数值按式（2.2.8-5）计算：[]t bpp σW A =[]baa σW A =A ＝（2.2.8-5） 21164）（P d -⨯π式中：d 1——外螺纹小径，mm 。

d 1可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB /T 196-1981查得；P 1——螺矩，mm 。

2.2.9螺栓设计总荷载W （N ）取预紧状态下的螺栓设计总荷载，即W ＝W y 。

2.2.10 法兰每个螺栓所需的紧固力矩按式（2.2.10）计算：Ｔ＝ （2.2.10）nd W k B310⨯⨯⨯-式中：T ——法兰每个螺栓所需的紧固力矩，N m ；k ——扭矩系数。

它与螺栓、螺母的松紧配合，螺纹、螺母和法兰的表面的光洁度和磨擦系数有关。

在允许情况下k 值可通过抽样进行测定，其数值一般在0.11～0.15之间。

在无法测定的情况下，建议将k 值取为0.13；d B ——螺栓公称直径，mm 。

2.2.11 法兰螺栓紧固力矩的计算实例和常用的法兰螺栓紧固力矩见附录A 和 附录B 。

附录A 法兰螺栓紧固力矩的计算实例A1 计算实例一 A1.1 已知数据A1.1.1 法兰等级PN42.0 MPa ，公称直径DN200，设计温度450 ℃，螺栓材料25Cr2MoVA 。

A1.1.2 垫片为圆环垫，垫片材料为TP316，垫片宽度ω为22.224 mm ；垫片接触面平均直径为279.4 mm ；设计压力P 为20 MPa ；常温下螺栓材料的许用应力[σ]b 为254 MPa ；设计温度下螺栓材料的许用应力为185 MPa ；螺栓公称直径d B 为 tb ][σ52 mm ；螺矩P 1为3 mm 。

螺栓个数n 为12个。

A1.2 计算法兰螺栓紧固力矩 A1.2.1 确定垫片基本密封宽度b 0：查表2.2.1可知，对园环垫b 0＝ω/8＝2.778（mm ）。

A1.2.2 确定垫片有效密封宽度b ：因为b 0＜6.4 mm ，所以b ＝b 0＝2.778 （mm ）。

A1.2.3 确定垫片压紧力作用中心圆直径D G ：因为b 0＜6.4 mm ，所以D G ＝垫片接触面的平均直径＝279.4 （mm ）。

A1.2.4 由式（2.2.4）计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F ：F ＝ ＝⨯279.42⨯20＝1.2262⨯106（N ）A1.2.5 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力F P ：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片系数m 为6.5；由式（2.2.5）中计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力F P ：F P ＝2π⨯DG ⨯b ⨯m ⨯P＝2⨯3.14⨯279.4⨯2.778⨯6.5⨯20 ＝6.3397⨯105（N ）A1.2.6 由式（2.2.6）计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载W P ：W P ＝F ＋F P＝1.2262⨯106＋6.3397⨯105 ＝1.8602⨯106 （N ）A1.2.7 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载W a ：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力y 为179.3；由式（2.2.7）计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载W a 为：W a ＝π⨯D G ⨯b ⨯y＝3.14⨯279.4⨯2.778⨯179.3 ＝4.372⨯105（N ）A1.2.8 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载W y ：a) 按式（2.2.8-1）计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积A a ：A a ＝1721.26 （mm 2） b) 按式（2.2.8-2）计算操作状态下需要的最小螺栓总面积A P ：A p ＝10055.14 （mm 2） c) 因A P 大于A a ，所以需要的螺栓总面积A m 为：A m ＝A P ＝10055.14 （mm 2）d) 根据GB /T 196-1981，对于公称直径为52 mm 、螺矩为3 mm 的螺栓，[]25410372.45⨯＝＝baW σ[]185108602.16⨯＝＝t bpW σ414.3P D G⨯⨯24πd 1＝48.752 mm 。