扭紧或拉紧──安全攸关的问题

螺栓连接的可控紧固用什么方法最好？《Bolted》比较了液压拧紧和液压拉伸。胜出者是...

日常生活中，几乎每个人都拧紧过螺母，也都知道扭矩的基本概念。它是最古老、最简单（而且对大多数非工程人员来说）也是唯一的紧固螺栓连接的方法。

无论是手动还是液压，与其他方法相比，扭矩的基本原理简单易懂，所以是一个更具成本效益的选择。与此同时，这也离不开对扭矩紧固中关键因素的理解和培训。

Asset 55 技术总监 Robert Noble说：「使用一个扭矩扳手和一系列套筒，你就可以拧紧相当多种的螺母和螺栓尺寸。它提供了灵活性，并且很容易向技术人员解释如何使用扭矩装置。」

因为可以有效应用于大多数用途，毫无疑问它经常是人们的第一选择。

液压拧紧也有局限性，特别是摩擦力，Noble形容这是「扭矩的头号天敌」。通常，摩擦力占施加到螺母的扭矩的90%，这意味着只有一小部分扭矩能转化为有用的螺栓载荷。因为扭矩是间接的载荷方式，所以难以预测精确的螺栓载荷。有许多因素需要考虑，尤其是所使用的润滑剂、如何避免可能的污染，以及螺母承载面的良好表面光洁度。这些问题必须解决，才能确保使用扭矩产生预紧力时有合理的精度，而这可能成为关键连接中一个重大的缺点。

Noble 强调，有了良好的作业程序、校准的设备和合格的人员，扭矩紧固可以成功地用于大多数连接，尤其是螺栓离散性；单个螺栓上达到的预紧力在目标值的+/-25%以内。而在带有多个螺栓的法兰上，通常的结果是在接近目标值的范围内达到平均螺栓载荷（前提是遵循良好安装工艺，并评估摩擦系数）。Noble 说：「这对于大多数含密封的法兰连接来说是已经足够准确，因此扭矩仍然是一种非常可行的技术。」

液压拉伸技术诞生于上世纪七十年代，先驱者之一是英国工程师 Fred Heaton，后来他创办了 Hydratight和 Boltight 公司。随后二十年间，该技术逐渐普及，现已成为石油和天然气、风能、海底或发电等许多行业用于紧固大型关键连接的首选方法。

跟液压拧紧相比，它的工序更为复杂，需要更专业的设备。在某些应用中，拉伸可以提供更高的精度和控制度，并能加快组装速度。这对带有多个螺栓的法兰尤为有利。使用常规的拧紧安装，每个螺栓是以同样的方式逐个拧紧，作业时必须小心，以避免给垫片或法兰的一侧施加过高载荷的风险。相比之下，如果使用多个张紧器，便可同时紧固多个螺栓，均匀压缩垫片。

Boltight 项目与商业经理 Nitin Patel 说：「这才是液压拉伸技术的本质所在。它使人们得以控制夹紧力，你可以围绕整个圆周一次性做完，这对垫片和连接都大有好处，而且你可以对连接的载荷心中有数。」

拉伸技术另一个公认的好处是精度大为改善，不过 Noble 指出，事实并非那么简单。他解释：「遗憾的是，业界试图采用简单的一刀切规则，但它们并不适用于扭矩和张力标准。在适当条件下，拉伸技术是非常精确的，如具有较高的长度直径比的螺栓——也就是又长又细的螺栓，以及高螺栓载荷的情况。在这些应用中，拉伸要比拧紧更精确。相反，如果是又短又粗的螺栓和低螺栓载荷的情况，拉伸就没有那么精确了。」

拉伸技术也有缺点，即载荷损失，它发生于预紧器松弛及载荷转移到螺母之时。为了弥补这个缺陷，技术人员需要估算载荷损失，并预先施加预期中可能损失的载荷。这意味着螺栓、垫片和法兰实际承受的应力将会大于目标组装应力。在连接设计阶段或者使用工具之前，都要考虑到这一点。一种替代方法是重复拉伸程序以补偿沉降。

液压拉伸还有实用性和后勤上的缺点。由于需要较多的设备和专门的工具，它的成本高得多。Noble 说：「拉伸并不是很容易懂，除非是经常干这个的人。你需要专门的拉伸工具，而且很难设计出一套跟扭矩扳手同样灵活的预紧器。」

综上所述，拧紧与拉伸技术并不能简单地区分高下，最好是根据连接而定。

Noble总结道：「一刀切的政策会产生许多技术疑问，有时不得不在螺栓载荷上作出妥协。其实，你所要做的无非是决定最适合特定连接的方法。有些时候，应当以周全的思维看待具体的应用，考虑如何将设备实际运抵现场，还要考虑用在何处，以及是否适合预定的用途。」