螺栓紧固力矩规范标准

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；

b) 当b0＞6.4 mm时，b＝2.53

b。

2.2.3 垫片压紧力作用中心圆直径D G

2.2.

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b 0≤6.4 mm 时，D G 等于垫片接触面的平均直径； b) 当b 0＞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。

压紧面形状（简图）

垫片基本密封宽度b 0 Ⅰ

Ⅱ

1a

1b

1c ω＜N

（最大）

（最大）

1d ω≤N

2 ω＜N /2

3 ω＜N /2 4① 5① 6

2N 2N 2

g

δω＋2

g

δω＋4N

＋ω4N

＋ω4N

＋ω83N

＋ω4N

83N

8

3N 4N 83N 167N 8

ωP

D F ??=

2

G 4

π

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。

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

无织物或少含量石

棉纤维的合成橡胶 肖氏硬度低于75

0.50

1(a 、b 、c 、d)、 4、5

Ⅱ

肖氏硬度不低于75 1.00 1.4 具有适当加固物的

石棉（石棉橡胶板） 厚度3 mm

2.00 11

厚度 1.5 mm

2.75 25.5 厚度0.75 mm

3.50 4

4.8 内有棉纤维的橡胶 1.25

2.8 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

3层 2.25 15.2 2层 2.50 20 1层

2.75

25.5

植物纤维

1.75

7.6

1(a 、b 、c 、

d)、 4、5

内填石棉缠绕式金属

碳钢

2.5 69 1(a 、b)

不锈钢或蒙乃尔 3.00 69 波纹金属板类壳内包石棉或波纹金属板内包石棉

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 不锈钢

3.50 4

4.8

软铝 2.75 25.5

1(a 、b 、c 、

d)

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

3.75

52.4

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

平金属板内包石棉软铝 3.25 38

1a、1b、

1c②、

1d②、2②

Ⅱ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 3.7

5 62.1

不锈钢 3.75 62.1

槽型金属软铝 3.25 38

1(a、b、c、

d)、

2、3 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

不锈钢 4.25 69.6

金属平板软铝 4.00 60.7

1(a、b、c、

d)、2、3、

4、5

Ⅰ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

不锈钢 6.50 179.3

金属环铁或软钢 5.50 124.1

6 蒙乃尔或

4 %～6 %铬钢

6.00 150.3

不锈钢 6.50 179.3

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；

t b ][σ——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

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 ＝b b

m

][2σ?+A A （2.2.8-3） 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：

[]t b

p

p σW A =

[]b

a

a σW A =

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：

A ＝2

116

4

）

（P d -?π （2.2.8-5） 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＝n

d W k B 310???- （2.2.10）

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t b ][σ为185 MPa ；螺栓公称直径d B 为

52 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：