螺栓拧紧最佳实践：扭矩、角度和伸长率

本标准适用于机械制造、建筑工程和设备装配等多个领域的紧固操作。它概述了五种核心紧固方法：扭矩扳手法、螺母旋转法、液压拉伸器法、直接张力指示器 (DTI) 垫圈法和螺栓伸长法。

本文件既是实用指南，也是技术参考，是现场操作、人员培训和质量控制管理的基础资源。它确保每个紧固过程都符合一致的准确性、安全性和可靠性标准，从而支持所有紧固应用的最佳性能和长期完整性。

1.0术语和定义

验证载荷：紧固件在不发生永久变形的情况下所能承受的最大拉伸载荷。
夹紧载荷：拧紧后施加在接头上的压缩力；应根据具体的连接类型进行调整。
坚果因子（K值）：考虑螺纹和轴承表面摩擦的经验系数；扭矩计算中的关键参数。
弹性恢复损失：在液压张紧操作中，这是指螺母最终拉伸力与初始施加载荷之间的比率。必须提前考虑补偿余量。
预载：螺栓拧紧后内部产生的拉应力，是维持接头稳定性的关键指标。
拉紧：紧固件在拉伸应力下发生变形的程度，与施加的应力成正比（在弹性极限内）。

2.0一般准备

2.1人员资格和培训要求

操作类型	资格要求	重点培训主题
标准操作	完成基础培训；熟悉标准程序和安全协议	紧固方法的原理、基本工具操作、质量评估标准
关键操作	具有参数调整和故障排除能力的认证人员	扭矩/负载计算、设备校准、特殊情况处理、应急程序

2.2设备和工具检查

设备类型	检查项目	标准要求	校准/维护间隔
紧固工具（例如扭矩扳手、液压张紧器）	外观、精度、运行状况	无损伤、腐蚀；偏差≤±2%；运行过程中无异常噪音	每6个月
测量仪器（例如，塞尺、千分表）	清洁、精确	无油污、杂物，精度符合作业标准（塞尺≥0.01mm，百分表≥0.001mm）	每 3 个月校准一次
辅助材料（例如润滑剂、安全装置）	型号兼容性、到期状态	润滑剂适合条件且在保质期内；防护装备完好且符合安全要求	每次使用前检查

技术人员使用扭矩校准器测试扭矩扳手的精度，以确保误差为 %e2%89%a4%c2%b121

2.3环境和材料准备

类别	具体要求
环境条件	清洁无尘、无油污；湿度≤60%；温度5°C–35°C。室外作业时，请采取防雨防风措施。低温作业时，请预热润滑剂。
材料检验	确保紧固件的尺寸和材质符合设计规格；螺纹无损坏或腐蚀。配合面必须清洁平整。
预处理	清洁螺纹和接触面，去除油污和锈迹；均匀涂抹润滑剂，避免过度堆积。对于定制或高精度应用，请使用滚丝机在预处理之前提高螺纹质量，减少后续紧固过程中的摩擦变化。

3.0按方法划分的标准化操作程序（表格格式）

3.1扭矩扳手法

流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
初步计算	确定检验载荷	使用规定值；如无说明，则按屈服强度 92% 计算	计算器、材料数据表	–	屈服强度未知：向技术部门索取测试报告
	设定夹紧载荷	对于可重复使用接头：验证载荷×75%；对于永久接头：验证载荷×90%	计算器	夹紧力偏差≤±3%	特殊情况：根据技术说明书调整
	选择并校准K值	根据标准选择；对高精度案例进行实验室校准	扭矩校准器	参见表 1“参考 K 系数”	发现偏差：重新测试摩擦系数
	计算目标扭矩	应用公式 T = KDP（T = 扭矩，D = 公称直径，P = 夹紧载荷）	计算器	扭矩精度至小数点后两位	计算错误：由两名操作员仔细检查结果
现场操作	清洁和润滑	螺纹和接触面清洁，润滑均匀	刷子、布、润滑剂	–	多余的润滑剂：擦去多余的润滑剂以保持摩擦精度
	手动预载	用手拧紧紧固件，直到紧贴，无束缚	手套	–	装订线：检查是否损坏并更换紧固件
	设定扭矩扳手	调整至目标扭矩，确保校准有效	校准扭矩扳手	扭矩偏差≤±2%	工具故障：更换并送修
	最终拧紧	保持扳手垂直于螺栓轴；施加稳定、均匀的力	扭矩扳手	转速≤5r/min	扭矩不符合规格：重新检查摩擦或螺纹状况
	确认	5 分钟后使用同一校准扳手重新检查	扭矩扳手	复测偏差≤±5%	偏差过大：重新拧紧并记录原因

3.2螺母旋转法

流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
准备	验证螺距	确定螺距并计算旋转角度（360°=一个螺距伸长量）	螺纹量规、计算器	间距公差≤±0.01毫米	螺距未知：检查紧固件数据表
	检查接头配合	确保配合面清洁且正确就位	塞尺	初始间隙≤0.02mm	间隙太大：清洁或重新定位接头部件
现场操作	手动预载	对于结构部件批量生产：使用紧固件插入机实现螺栓/螺母的均匀预定位，确保始终消除间隙。小批量生产：手动拧紧，直至表面紧密贴合。	手套	–	宽松版型：继续收紧，直到没有松动
	标记参考线	在螺母和螺栓上标记对准线	标记	清晰可见的标记	模糊标记：标记以确保角度精度
	控制旋转	用均匀的力缓慢旋转螺母至规定角度	角标扳手	角度偏差≤±2°	硬车削：检查螺纹结合情况
	适合性验证	重新检查标记和接缝间隙	塞尺	无明显缝隙	剩余间隙：进一步拧紧并记录额外角度

3.3液压张紧器法

流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
初步计算	设置目标负载	确定每个接头设计的夹紧载荷；考虑弹性恢复	计算器	初始负荷=目标值×1.25-1.30	不确定载荷：以80%的验证载荷为参考
	检查设备	确保插入件、密封件和压力显示器处于良好状态	液压张紧器、泵	压力偏差≤±1%	密封损坏：更换并重新测试
现场操作	清洁线程	清除裸露螺纹上的锈迹和碎屑	刷子、布	–	严重腐蚀：清洁或更换螺栓
	安装张紧轮	插入深度≥1.5×螺母厚度；底座齐平	液压拉伸器、扳手	–	底座未对准：使用垫片校正垂直度
	施加压力	逐渐增加压力至初始目标；保持 3-5 分钟	泵、压力表	压力上升≤0.5MPa/s	压力下降：重试前检查泄漏
	拧紧螺母	在压力下，拧紧螺母直至到位	扳手	螺母固定，无偏移	螺母卡住：使用粗螺纹替代品
	压力释放与验证	逐渐释放压力；拆下张紧器并重新检查扭矩	扭矩扳手	扭矩偏差≤±5%	低预紧力：以更高的初始压力重复

3.4DTI垫圈法

流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
准备	匹配垫圈规格	选择与螺栓尺寸匹配的垫圈；确保突出部分完好无损	卡尺、放大镜	尺寸偏差≤±0.1毫米	突出部分变形：更换垫圈
	定义间隙范围	根据目标预紧力确认可接受的间隙	规格表、计算器	根据洗衣机制造商的规定	未知范围：参考历史数据
现场操作	定位垫圈	将垫圈放在螺栓头或螺母下面，凸起部分朝上	手套	正确对齐	偏离中心：重新定位垫圈
	初始拧紧	拧紧至目标扭矩 80%	扭矩扳手	–	阻力：检查螺纹或垫圈表面
	测量间隙	使用塞尺测量垫圈间隙	塞尺（精度0.01毫米）	在预设范围内	差距过大：继续收紧
	最终确认	记录最终间隙并确认均匀压缩	记录表、塞尺	间隙偏差≤±0.02mm	间隙不均匀：正确螺栓对齐

3.5螺栓伸长法（包括液压、热力和精密测量技术）

该方法通过直接测量螺栓伸长量来确定紧固精度，通过液压张紧、热膨胀或精密测量来确保控制预紧力。

液压张紧工艺

流程分支	流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
液压张紧	准备	计算拉伸参数	目标伸长率=（目标应力×螺栓长度）/弹性模量	计算器、螺栓规格表	伸长率偏差≤±3%	未知参数：联系技术部门获取材料数据
		验证兼容性	确保张紧器与螺栓直径匹配	卡钳、张紧轮	直径公差≤±1毫米	不匹配：更换正确尺寸的张紧轮
	现场操作	安装张紧轮	插入深度足够，底座平整	张紧器、扳手	深度≥1.5×螺母厚度	座垫松动：使用垫片进行调整
		施加压力并测量	加压直至达到目标伸长率；持续监测	液压泵、千分表	压力上升≤0.5MPa/s	伸长不足：逐渐增加压力
		拧紧并减压	保持压力的同时，完全拧紧螺母，然后缓慢释放压力	扳手、液压泵	螺母齐平且牢固	螺母松动：重新拧紧并验证
		最终测量	测量卸载后的实际伸长率	千分表	与目标的偏差≤±5%	偏差过大：调整设置后重复该过程

热紧固工艺

流程分支	流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
热法	准备	确定加热参数	计算目标伸长率，确定加热温度和持续时间	计算器、加热棒规格表	回火温度最高温度≤80%	过热：可能降低材料强度——立即停止加热
		检查中心孔	确保螺栓中心孔清晰且无毛刺	钻头（如果需要），刷子	孔尺寸与加热棒兼容	孔太小：扩大以适应
	现场操作	安装加热棒	将加热元件插入并固定在中心孔中	加热棒、夹具	杆与墙之间的间隙≤2毫米	宽松版型：重新调整以确保均匀加热
		加热并监测伸长率	持续加热，同时实时监测伸长率	加热棒、千分表	温升≤5℃/分钟	快速伸长：立即降低功率
		拧紧螺母	一旦达到目标伸长率，立即拧紧螺母	扳手、千分表	螺母完全就位	操作缓慢：冷却导致收缩——重新加热并重复
		冷却并重新检查	让螺栓冷却至室温，重新测量伸长率	千分表	最终偏差≤±5%	偏差过大：重新加热调整

精密测量过程

流程分支	流程阶段	操作步骤	运营要求	工具和设备	关键参数	常见问题及解决方案
精密测量	准备	选择测量工具	根据螺栓尺寸和使用方法选择千分表或超声波伸长仪	千分表、超声波仪表	测量精度≥0.001毫米	精度低：用经过认证的工具替换
		测量初始长度	记录加载前的螺栓长度	测量工具	测量3次，取平均值	数据不一致：检查工具设置和螺栓端部平整度
	现场操作	预加载和施加负载	用手拧紧，然后平稳地施加拉力	扳手、装载设备	均匀加载，无冲击	冲击载荷：稳定后重复测量
		负载下测量	张紧过程中记录长度	千分表/超声波仪表	测量3次，取平均值	读数困难：调整工具位置
		计算伸长率	伸长率=负载长度-初始长度	计算器	伸长率符合目标规格	低于目标：逐步增加施加的负载
		锁定和验证	拧紧螺母固定，然后重新测量确认	扳手、测量工具	最终偏差≤±3%	螺母松动：重新拧紧并重新检查

4.0关键参数参考表

4.1坚果系数（K值）参考表

材料类型	润滑条件	K值	典型应用
钢	石墨润滑脂/发动机油	0.10	通用机械装配
钢	二硫化钼润滑脂	0.11	高负荷、低摩擦应用
钢	工厂使用的轻机油	0.15	无需额外润滑即可组装新部件
钢	铜基防卡剂	0.13	高温环境下的连接
钢	未润滑	0.20	临时或低精度组件
热镀锌钢	未润滑	0.25	户外耐腐蚀接头
涂层紧固件	未润滑	0.15	通用防腐应用
不锈钢	未润滑	0.30	高耐腐蚀要求

4.2弹性回复损失参考表

螺栓长度（毫米）	弹性恢复损失率	初始拉伸系数	适用方法
≤100	28% – 30%	1.30	液压张紧器法
101 – 300	25% – 28%	1.28	液压张紧器法
≥301	22% – 25%	1.25	液压张紧器法

4.3紧固方法的准确性及应用比较

拧紧方法	精度范围	典型应用	成本水平
手感法	±35%	非关键、静态接头，无振动	低的
扭矩扳手法	±25%	标准工程接头，批量装配	低至中等
螺母旋转法	±15%	结构螺栓连接、高精度应用	中等的
DTI垫圈法	±10%	钢结构、桥梁和施工缝	中等的
螺栓伸长法	±3% – ±5%	重型机械、关键连接	中到高
应变计法	±1%	实验室检测、高端精密设备	高的

5.0质量检验及记录表

5.1紧固件拧紧质量检验记录表

不。	批号	紧固件规格（型号/材料）	拧紧方法	目标参数（扭矩/角度/伸长率）	测量值	偏差范围	检查工具和ID	一致性	操作员	检查日期	备注（问题与行动）

5.2设备校准记录表

设备名称	型号/规格	设备编号	校准日期	校准机构	校准项目	校准结果（偏差范围）	下次校准日期	技术员	评论

6.0安全和维护指南

类别	具体要求
操作安全	1. 操作过程中务必佩戴护目镜和手套等防护装备。液压张紧或加热过程中，切勿站在螺栓末端正对面。2. 高空作业时，请系好安全带并搭建稳固的工作平台。户外作业必须遵守当地天气预报和安全警示。
设备维护	1. 所有工具使用后均应清洁并保养。存放前请释放扭矩扳手上的弹簧张力，并确保液压系统在操作后完全泄压。2. 定期检查工具和设备是否有磨损或损坏；立即更换有缺陷的部件。严禁操作有故障的设备。
质量可追溯性	1. 所有操作记录及检验数据至少保存一年；关键工序记录至少保存三年。2. 若发生批次不合格，应立即停止操作，调查根本原因，并采取纠正措施。
紧急响应	1. 设备发生故障时，应立即切断电源或泄压，防止造成二次伤害。如有火灾隐患，请使用专用灭火器。2. 建立应急沟通机制，指定专人负责，并明确应急响应程序。

参考

www.totem-forbes.com
www.waltontools.com

螺栓拧紧最佳实践：扭矩、角度和伸长率方法讲解