设备螺栓紧固培训课件

设备螺栓紧固培训课件培训大纲课程内容导航0102紧固件基础知识螺栓紧固原理与预紧力了解紧固件的分类、螺纹要素与标准体系掌握预紧力计算方法与控制技巧0304紧固件材料与性能等级拧紧方法与力矩控制认识不同材料特性及性能等级标准学习正确的拧紧操作流程与力矩控制05防松技术与常见故障分析检测、维护与安全规范识别松动原因并采取有效防松措施第一章紧固件基础知识建立紧固件技术基础,为深入学习奠定坚实根基紧固件定义与分类螺纹紧固件按用途分类紧固件是现代机械装配中不可或缺的基础元件,它们通过机械连接方式实现零件之间的固定、联接和传力作用在工业设备中,紧固件承担着关键的结构连接功紧固螺纹能,直接影响设备的安全性和可靠性主要类型包括:用于零件连接固定,最常用的类型•螺栓、螺钉、螺柱•螺母、垫圈传动螺纹•销钉、铆钉•挡圈、卡簧用于传递动力和运动管螺纹用于管路连接与密封专用螺纹特殊工况下的定制螺纹螺纹的五要素与类型牙型直径螺距螺纹截面的轮廓形状,决定连接性能大径、小径、中径三个关键尺寸相邻螺纹间的轴向距离线数旋向螺纹的螺旋线条数螺纹旋转方向,左旋或右旋五要素相互配合决定螺纹的互换性和配合精度常见牙型:三角形牙型用于普通螺纹连接,梯形牙型用于传动螺纹,锯齿形适合单向传力,方形牙型效率高但加工困难右旋螺纹占据95%以上应用,左旋螺纹仅在防松或特殊旋转方向场合使用螺纹尺寸与标注规范关键尺寸定义螺距与导程公称直径d螺距P:相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离,是单线螺纹的基本参数代表螺纹尺寸的基本直径,也是螺纹的大径导程Ph:同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向距离单线螺纹导程等于螺距,多线螺纹导程等于螺距乘以线数大径d标准标注示例螺纹的最大直径,外螺纹牙顶与内螺纹牙底的直径M12×

1.25-6g-右旋小径d1•M:普通螺纹代号螺纹的最小直径,外螺纹牙底与内螺纹牙顶的直径•12:公称直径12mm•

1.25:螺距

1.25mm细牙中径d2•6g:外螺纹公差等级•右旋:旋向右旋可省略螺纹牙型宽度等于槽宽的假想圆柱直径紧固件标准与等级常用标准体系性能等级标识GB/T国家标准螺栓性能等级由两个数字组成,如

8.

8、

10.

9、

12.9第一个数字×100表示抗拉强度MPa,第二个数字×10表示屈强比百分数中国国家标准,如GB/T5782规定六角头螺栓尺寸

4.8ISO国际标准普通级国际标准化组织制定,全球通用性强低碳钢,一般应用DIN德国标准

8.8德国工业标准,精度要求高中高强度合金钢,常用等级

10.9高强度重要连接

12.9超高强度关键结构匹配原则:螺母等级应与螺栓等级相匹配或略低一级,确保连接性能第二章螺栓紧固原理与预紧力理解预紧力机理,实现精准可控的紧固连接螺栓预紧力概念预紧力是螺栓在拧紧过程中产生的轴向拉伸力,是紧固连接的核心控制参数当施加拧紧力矩时,螺栓被拉长,同时被连接件被压紧,形成弹性变形平衡状态预紧力的三大作用密封性确保法兰、垫片等密封面紧密贴合,防止介质泄漏刚度影响因素提高连接刚度,增强结构整体性和抗变形能力拧紧力矩:施加的扭矩大小摩擦系数:螺纹与支承面的摩擦螺纹直径:螺栓公称直径可靠性材料性能:弹性模量和强度抵抗工作载荷和振动,保持连接的持久稳定预紧力计算公式与参数预紧力计算拧紧力矩计算₀σ为屈服极限的

0.5~

0.7倍,As为应力截面积K为力矩系数,d为公称直径mm,Mt单位为N·m力矩系数值参考计算示例K对于M12×

1.25螺栓,

8.8级,屈服强度640MPa:表面状态K值范围•应力截面积As=

84.3mm²干燥无润滑

0.18-

0.22₀•σ=640×

0.6=384MPa₀轻度润滑

0.15-

0.18•P=384×

84.3=

32.4kN取K=

0.15,Mt=

0.15×

32.4×12×

0.001=

58.3N·m充分润滑

0.12-

0.15实际应用中应根据具体工况进行修正镀层表面

0.10-

0.14预紧力的重要性与风险适当预紧力的益处预紧力失控的风险提高疲劳强度预紧力过高充足预紧力使螺栓承受主要为静载荷,降低交变•螺栓超载断裂应力幅值,大幅提高疲劳寿命•螺纹滑丝损坏增强防松能力•被连接件压溃变形•密封垫片过度挤压失效足够的预紧力产生摩擦阻力,有效防止振动松动保证密封效果预紧力不足均匀的预紧力使密封垫片充分压缩,确保密封性•连接松动甚至脱落能•密封面泄漏•承载能力下降•疲劳寿命大幅降低典型案例法兰连接泄漏事故:某化工装置管道法兰发生介质泄漏,检查发现螺栓预紧力仅为设计值的40%原因是拧紧时未使用力矩扳手,仅凭经验判断重新按规范拧紧后泄漏消除此案例说明预紧力控制对密封性能的关键作用第三章紧固件材料与性能等级选择合适的材料,匹配工况需求与性能要求常用紧固件材料分类碳钢不锈钢铜合金低碳钢:含碳量≤

0.25%,强度较低,塑性好,用于奥氏体不锈钢:如

304、316,耐腐蚀性优异,无磁性,黄铜:铜锌合金,导电性好,耐腐蚀,主要用于电气

4.8级以下螺栓强度中等,应用最广连接中碳钢:含碳量

0.25-

0.6%,强度中等,常用于

5.8-马氏体不锈钢:如

410、420,可热处理强化,有磁性,青铜:铜锡合金,强度高,耐磨损,适合特殊工况

6.8级螺栓硬度高铜合金紧固件常用于防爆场所、海洋环境等特殊高碳钢:含碳量

0.6%,高强度,用于特殊场合铁素体不锈钢:如430,耐腐蚀性一般,成本较低,有领域磁性合金钢:添加Cr、Mo、Ni等元素,用于

8.8级以上高强度螺栓材料性能与应用碳含量的影响合金元素的作用碳是钢中最重要的合金元素,碳含量直接决定钢的强度和硬度随着含碳元素主要作用量增加:Cr铬提高淬透性、耐磨性和耐腐蚀性,形成保护性氧化膜强度提升Mo钼增强高温强度、耐蚀性,防止回火脆性抗拉强度和硬度显著增加Ni镍提高韧性和低温性能,增强淬透性塑性下降Mn锰提高强度和淬透性,降低成本延伸率和断面收缩率降低Si硅提高弹性和抗氧化性焊接性变差淬硬倾向增加,易产生裂纹不锈钢等级与耐腐蚀性能304316321通用级耐蚀级耐高温级一般腐蚀环境,性价比高含Mo,抗氯离子腐蚀,海洋环境添加Ti,防晶间腐蚀螺栓等级对应材料及热处理级及以下

14.6材料:低碳钢如Q

235、10钢热处理:无需热处理或正火2级

5.8-

6.8应用:一般结构连接材料:中碳钢如35钢、45钢级

38.8热处理:正火或调质应用:普通机械连接材料:中碳合金钢如35CrMo、40Cr4级热处理:淬火+回火

10.9应用:重要机械连接材料:低合金高强钢如40CrNiMo级

512.9热处理:淬火+中温回火应用:高强度要求场合材料:合金结构钢热处理:淬火+低温回火应用:关键承载结构热处理工艺说明:淬火使钢获得马氏体组织,硬度和强度大幅提高;回火消除内应力,提高韧性和塑性淬火温度通常800-900℃,回火温度根据等级要求在200-650℃之间调整,高等级螺栓采用低温回火保持高强度材料选择原则:根据工作载荷、环境条件、安全系数等综合考虑高强度螺栓不一定最优,应在满足强度前提下兼顾韧性、耐腐蚀性和经济性第四章拧紧方法与力矩控制掌握正确拧紧技术,实现精确可靠的紧固控制常用拧紧方法介绍手动扳手拧紧扭力扳手控制力矩液压扳手与电动工具使用开口扳手、梅花扳手等通过预设力矩值,当达到设定大型螺栓紧固的首选工具,输工具,依靠操作者经验控制拧力矩时扳手发出声音或断开出扭矩大,劳动强度低紧程度信号液压扳手:通过液压泵提供动优点:工具简单,成本低,适合优点:可精确控制拧紧力矩,力,扭矩可达数万N·m,精度小直径螺栓或非关键连接保证预紧力一致性,操作简便±3%,适合大直径螺栓M36以上缺点:预紧力难以精确控制,重复性差,不适用于重要连接分类:机械式指针式、预置电动扳手:便携性好,扭矩可式和电子式数显式,精度达数千N·m,适合中等直径通常±3-5%螺栓批量作业适用场合:非承载结构、临时连接、辅助固定等适用场合:重要连接、批量装适用场合:风电、石化设备、配、质量控制要求高的场合大型机械的关键螺栓连接力矩与轴向力关系理论关系摩擦系数的影响在理想状态下,拧紧力矩与预紧力存在线性关系:其中M为拧紧力矩,K为力矩系数,F为轴向预紧力,d为螺栓直径力矩系数K反映螺纹副和支承面摩擦消耗的能量,通常情况下:•螺纹摩擦消耗约占50%•支承面摩擦消耗约占40%•拉伸螺栓消耗约占10%摩擦系数的变化会显著影响预紧力同样的力矩,充分润滑比干燥状态预紧力可提高近一倍实际操作注意事项保持一致性:同一批螺栓应采用相同的润滑状态和拧紧方法校验K值:重要连接应通过试验或超声测量确定实际K值环境影响:温度、湿度会改变摩擦系数,现场作业需考虑二次拧紧:初次拧紧后螺纹会产生微小磨损,复紧时K值会降低拧紧顺序与分阶段拧紧多螺栓拧紧顺序原则三阶段拧紧流程多螺栓连接必须遵循科学的拧紧顺序,避免应力集中和变形:预紧阶段01对称拧紧目标:20-30%设计力矩使连接件初步贴合,消除间隙,螺栓受力均匀化从中心向外、对称交叉拧紧,确保载荷均匀分布复紧阶段02分圈拧紧目标:60-80%设计力矩圆周分布的螺栓应分内外圈,先内后外补偿初拧时产生的应力重分布和局部变形03最终紧固避免连续目标:100%设计力矩不能按顺时针或逆时针连续拧紧相邻螺栓达到规定预紧力,完成紧固作业典型顺序:法兰连接常用米字形或星形交叉顺序对于8个螺栓,推荐顺序为:1-5-3-7-2-6-4-8对角交叉每个阶段都应按照相同的对称顺序进行,不可省略任何阶段工程实例:某压力容器法兰36个M24螺栓,采用三阶段拧紧,第一阶段100N·m,第二阶段300N·m,最终500N·m每阶段按星形顺序拧紧,最终预紧力分散度小于8%,远优于一次拧紧的25%分散度第五章防松技术与常见故障分析预防松动失效,确保连接的长期可靠性螺栓松动的原因振动作用温度变化往复或冲击载荷产生的振动是松动的主要原因,振热胀冷缩导致预紧力波动,温度循环累积效应会逐动使摩擦力瞬间减小或消失步降低预紧力润滑不当材料疲劳过度润滑降低摩擦力,干燥腐蚀增加磨损,都交变载荷下螺栓产生疲劳损伤,刚度降低,预会影响防松效果紧力衰减过载工况预紧力不足工作载荷超过设计值,螺栓产生塑性变形,预紧力初始拧紧力矩不足,无法产生足够摩擦力抵抗外部永久损失干扰实际工程中,松动往往是多种因素综合作用的结果统计表明,70%的螺栓松动发生在振动工况下,其中预紧力不足占主导地位常用防松措施摩擦防松机械防松永久防松弹簧垫圈双螺母螺纹锁固剂利用弹性变形产生附加压力,增大摩擦力适用于一般振动场合,但防松效果有限下螺母拧紧后,上螺母反向拧紧锁定,适用于重要连厌氧胶涂覆螺纹,固化后填充间隙并粘接,防松性能优齿形垫圈接,但增加成本和空间异,可拆卸齿形突起嵌入接合面,防松效果优于弹簧垫圈,适合中等振动止动垫圈点焊自锁螺母内舌卡入螺栓槽,外舌折弯卡住工件,彻底防止转动,螺母与螺栓点焊固定,防松绝对可靠,但不可拆卸,仅用需配合特殊螺栓使用于永久连接螺母内置尼龙或金属锁紧环,拧入时产生较大摩擦力矩,防松性能好开口销冲点穿过螺栓尾部孔并张开,绝对可靠,但仅适用于静载用冲头在螺纹末端冲击使螺纹变形锁紧,简单有效但荷或低速转动部位不可拆卸防松方法选择原则根据工况条件、可拆卸要求、成本预算综合选择轻度振动:弹簧垫圈;中度振动:自锁螺母或齿形垫圈;强振动:机械防松或螺纹锁固剂;永久连接:点焊或冲点螺栓失效案例分析案例一:疲劳断裂设备:风力发电机塔筒连接法兰现象:M36高强度螺栓在运行18个月后断裂,断口呈贝壳状典型疲劳特征,裂纹源位于螺纹根部原因:

①预紧力不足实测仅为设计值65%导致连接面产生微动;

②交变风载产生循环应力;

③螺纹加工刀痕形成应力集中源改进措施:提高预紧力至设计值,采用液压拉伸器精确施加预紧力,螺纹根部滚压强化处理消除刀痕,增加定期检测频次案例二:螺纹滑丝设备:压缩机缸盖螺栓现象:拧紧过程中螺纹突然滑丝,螺母和螺栓螺纹均严重损坏原因:

①螺栓材质使用错误,

8.8级螺栓误用

4.8级,强度不足;

②拧紧力矩设定错误,按

8.8级力矩拧紧导致过载;

③螺纹加工质量差,牙型不完整改进措施:建立材料标识与追溯制度,拧紧前核对螺栓等级,采用扭矩-角度法拧紧防止过载,加强进货检验案例三:应力腐蚀开裂设备:海洋平台316不锈钢螺栓现象:螺栓在无明显外力作用下突然断裂,断口平直无塑性变形原因:

①氯离子腐蚀环境;

②预紧力过高产生残余拉应力;

③材料晶间存在敏化组织;三因素协同作用导致应力腐蚀开裂改进措施:改用双相不锈钢2205提高抗应力腐蚀能力,降低预紧力至屈服强度的50%,定期涂覆防护涂层教训总结:螺栓失效往往是材料、设计、制造、安装、使用多环节问题的综合反映预防失效需要全过程质量控制,特别要重视预紧力控制、材料选择和定期检测第六章检测、维护与安全规范建立科学的检测维护体系,保障紧固连接安全可靠螺栓预紧力检测方法测力螺栓传感器超声波测力技术扭矩扳手校验原理:在螺栓内部或头部安装应变片,通过测量螺栓原理:超声波在螺栓中的传播速度随应力变化,通过原理:通过测量拧紧力矩,结合已知的力矩系数K值,伸长量间接获得预紧力测量超声波渡越时间的变化计算预紧力间接推算预紧力优点:直接测量轴向力,精度高±1-2%,可实时监测优点:非破坏性检测,精度较高±3-5%,可用于普通优点:方法简单,成本低,普及率高,适合批量检测预紧力变化螺栓,便携式设备方便现场使用缺点:精度受摩擦系数影响大±15-25%,无法直接缺点:成本高,需要特制螺栓,仅适用于关键连接的长缺点:需要测量螺栓原始长度作为参考,操作要求较测量轴向力,K值需要标定期监测高,受温度影响应用:一般机械连接的质量控制、扭矩扳手本身的应用:大型设备关键螺栓、桥梁钢结构、核电站等应用:在役设备螺栓检测、法兰连接检修、质量抽周期校验推荐每年或2000次使用后校验高安全要求场合检等检测方法选择:关键连接优先使用超声波或传感器直接测量,一般连接可采用扭矩法,定期抽检结合实际工况确定K值建议建立螺栓预紧力档案,记录初始拧紧力矩和检测数据,为后续维护提供依据设备螺栓维护要点定期检查制度防腐蚀处理日常巡检1表面镀层目视检查螺栓有无松动迹象•电镀锌:普通环境,经济实用标记线错位、表面有无裂纹2月度检查•达克罗涂层:耐盐雾,海洋环境锈蚀•热浸镀锌:厚涂层,长效防护用扳手检查螺栓松紧状态,对季度检测3松动螺栓及时复紧,记录松动涂层保护位置和频次采用扭矩扳手或超声波检测关•定期涂覆防锈油脂键螺栓预紧力,分析预紧力衰4年度大修减趋势•安装橡胶或塑料护套•避免螺栓长期浸水或接触腐蚀性介质全面检测所有螺栓,更换超期服役和损伤螺栓,重新标定拧紧参数阴极保护•牺牲阳极法保护埋地螺栓•外加电流法用于大型结构更换周期与报废标准螺栓类型建议更换周期报废判定标准普通连接3-5年或大修时螺纹磨损超过10%,腐蚀深度

0.5mm高强度螺栓重复使用不超过3次螺纹局部磨损、塑性变形、裂纹关键承载2-3年或专项检测预紧力衰减超过20%、超声检测异常腐蚀环境1-2年表面锈蚀、点蚀深度

0.3mm注意:一次性使用螺栓如扭剪型、防盗型严禁重复使用高强度螺栓经过拉伸后产生微观塑性变形,重复使用会降低性能安全操作规范拧紧作业安全要点个人防护装备1作业前准备头部防护•检查工具完好性,扭矩扳手是否在校验有效期内•确认螺栓规格、等级、拧紧力矩参数佩戴安全帽,防止高处坠物和碰撞,高空作业必须系好帽带•清理螺纹和结合面,必要时涂润滑剂•检查周围环境,确保作业空间充足、照明良好2拧紧过程控制眼部防护•严格按照规定顺序和阶段拧紧佩戴防护眼镜,防止螺栓断裂飞溅、铁屑、润滑剂飞溅•保持扳手与螺栓轴线垂直,避免倾斜用力•匀速平稳施力,禁止猛拉或冲击•达到设定力矩后立即停止,防止过载手部防护•做好拧紧标记和记录3异常情况处理佩戴防滑手套,防止划伤和烫伤,电动工具操作时选用防震手套•拧紧力矩明显异常时立即停止,检查原因•发现螺栓或螺纹损伤必须更换,不得勉强使用足部防护•液压工具出现泄漏或压力异常应停机检查•遇到卡死螺栓,先浸透润滑剂,必要时加热或切割穿戴防砸安全鞋,防止重物坠落砸伤,鞋底防滑防穿刺现场管理•设置作业警示标识,无关人员禁止进入•高处作业必须搭设安全平台,系好安全带•大型螺栓拆装需制定专项施工方案•液压工具操作人员须持证上岗•作业完成后清点工具,防止遗留在设备内安全禁令:严禁超力矩拧紧;严禁使用损坏工具;严禁站在扳手受力方向;严禁在运转设备上作业;严禁使用加长杆增大力矩;严禁用气焊加热高强度螺栓设备螺栓紧固实操演示力矩扳手正确使用常见错误操作对比01❌错误做法✓正确做法设定力矩值握持扳手中部施力握持手柄末端施力根据螺栓规格和等级查表确定目标力矩,在扳手上准确设定快速猛拉扳手匀速平稳施力02对准施力倾斜角度用力保持垂直方向达标后继续拧听到信号立即停将套筒完全套在螺母上,扳手手柄与螺栓轴线垂直凭感觉估计力矩使用校验合格扳手03均匀用力握住手柄末端,匀速缓慢施力,感受棘轮转动04达标停止听到咔嗒声或指针到位后立即停止,不要继续用力提示:建议在培训室使用透明模型或拆解的实物进行反复练习,掌握正确的手法和力度感觉后再进行实际作业课程总结与关键点回顾紧固件选型与材料匹配预紧力控制的重要性防松技术与检测维护结合•根据工况选择合适的螺栓等级

4.8~

12.9•预紧力是紧固连接的核心控制参数•根据振动强度选择合适的防松措施•正确计算和施加预紧力,避免过高或不足•建立定期检查制度:日常、月度、季度、•材料与环境匹配:普通碳钢、不锈钢、合年度•采用扭矩法、转角法或拉伸法精确控制金钢•采用超声波、传感器等先进检测技术•定期检测预紧力,及时发现和纠正衰减•螺母等级应与螺栓匹配或略低一级•记录螺栓维护档案,追溯问题根源•特殊环境选用耐腐蚀材料或加强防护掌握以上核心知识,严格执行操作规范,建立科学的检测维护体系,就能确保设备螺栓连接的长期安全可靠运行记住:紧固质量无小事,细节决定成败!谢谢感谢您的参与欢迎提问与交流后续培训安排如果您对课程内容有任何疑问,或在实际工作中遇到高级紧固技术螺栓紧固相关问题,欢迎随时与我们交流探讨我们将继续为您提供技术支持和培训服务液压拉伸、热紧固等特殊工艺失效分析专题典型案例深度剖析与预防实操技能强化现场实训与考核认证请关注后续培训通知,不断提升专业技能!。