1、淺析液壓拉伸器與液壓力矩扳手的使用要點淺析液壓拉伸器與液壓力矩扳手的使用要點王 樂 遠陳 慶 長中油吉林化建呼和浩特項目部2012年11月18日摘要：工藝管線是石油化工裝置的核心，在裝置的生產過程中，因螺栓緊固問題而造成的各類事故所占的比例較高，主要體現在公稱直徑較大的高壓管道的密封泄漏上，隨著科技的發展，液壓工具已成為目前石油化工裝置建設中不可缺少的工具，本文主要介紹液壓力矩扳手和液壓拉伸器的緊固原理及參數區分，以免使用者對數據把握不準而造成螺栓緊固力不到和超出螺栓屈服強度等事情發生，從而提高施工進度，保證施工質量及裝置的安全、穩定、長周期運行。關鍵詞：螺栓、液壓、緊固淺析液壓拉伸器與液壓力

2、矩扳手的使用要點1、前言液壓拉伸器與液壓力矩扳手是緊固螺栓重要工具，他們廣泛應用于船舶工程，石油化工，建筑，電力，礦山，冶金等行業的施工，檢修，搶修等工作中，它們對于大規格的螺栓的安裝與拆卸都是一種十分重要的工具。它們的使用不僅可以減輕勞動強度，提高工作效率，而且極大的提高安裝質量，也有利于現場安全管理。由于液壓拉伸器和液壓力矩扳手的形式有多種，其配用的電動油泵、氣動油泵及手動油泵也均有多種型號，它們的具體的操作方法本文不詳細描述，使用時須參考使用說明書。2、工作原理2.1液壓拉伸器的工作原理液壓拉伸器的工作原理是利用液壓油缸直接對螺栓施加外力，使被施加力的螺栓在其彈性變形區內被拉長，螺栓直徑

3、微量變形，從而使螺母易于松動。金屬撥棍支撐橋拉伸器拉伸頭（內有液壓缸）螺柱螺母六角螺母金屬撥圈高壓膠管接頭液壓油缸支撐橋液壓拉伸器安裝螺栓中軸線的位置，用于對螺栓進行軸向拉伸，實現螺栓需要的拉伸量，而正是螺栓的這種拉伸量決定了螺栓緊固所需的夾緊力。螺栓受到拉伸時，螺母會與法蘭接觸面脫離開來，液壓拉伸器下端有一個開口，供操作人員人工轉動螺母，通常螺母的轉動是通過一根金屬撥棍來撥動六角螺母外的一個撥圈來實現的（或直接撥動圓頭螺母）。卸掉液壓拉伸器中的油壓后，螺母和接合面緊貼，從而將螺栓的軸向形變鎖住，也就是將剩余的螺栓載荷鎖在螺母里。液壓拉伸器對螺栓施加的載荷與液壓缸中的油壓成正比關系，這樣的設計

4、能夠非常精確地留住有效載荷。由于載荷直接施加在螺栓上，且所有作用力都用于螺栓拉長，因此載荷產生所需的空間可以達到最小。由于其拉伸方式不受螺栓潤滑效果和螺紋摩擦大小的影響，因此可以得到更為精確的螺栓載荷。X軸壓力（單位MPa、PSi、Bar等）Y軸螺栓拉力KN液壓拉伸器提供的預緊力（拉力）與油缸壓力的關系示意圖液壓拉伸器通常用手動液壓泵提供油壓，通過液壓分配器轉換，使用多個液壓拉伸器對多個螺栓進行同步拉伸，使整圈螺栓受力均勻，得到均衡的載荷。下圖液壓泵配合膠管和分配器可實現4個液壓拉伸器同時緊固螺栓。分配器高壓膠管快速接頭手動液壓泵壓力指示表液壓拉伸器的拉伸方式對螺栓進行緊固得到的剩余載荷和有效

5、載荷要比力矩方式更大。其拉伸方式更適用于緊固精度要求較高的接合應用，它能使法蘭受力均勻地實現接合，真正地防止泄漏。2.2液壓力矩扳手的工作原理液壓力矩扳手（簡稱液壓扳手）是以液壓為動力，提供大扭矩輸出，它經常用來上緊和拆松大于一英寸的螺栓。液壓扭力扳手是由工作頭、液壓泵以及高壓油管組成。通過高壓油管，液壓泵將動力傳輸到工作頭，驅動工作頭旋轉螺母擰緊或松開。液壓扳手的工作頭主要由三部分組成，框架（也叫殼體），油缸和傳動部件。油缸輸出力，油缸活塞桿與傳動部分組成運動副，油缸中心到傳動部件中心這個距離是液壓扳手放大力臂，油缸出力乘以力臂，就是液壓扳手理論輸出扭矩，而由于摩擦阻力存在，液壓扳手實際輸出

6、扭矩要小于理論輸出扭矩。液壓扳手有驅動式液壓扭矩扳手和中空式液壓扳手兩大系列。驅動式液壓力矩扳手配合標準套筒使用，為通用型液壓扳手，適用范圍廣。中空液壓扳手厚度較薄，特別適用于空間比較狹小的地方。下圖為驅動式液壓力矩扳手。油缸傳動部件框架（殼體）螺母套筒支撐臂高壓膠管接頭 液壓扳手通常采用電動液壓泵站及高壓膠管傳輸來提供油缸壓力，根據其工作泵站的結構形式的不同，新型的液壓力矩扳手大多數也可以使用多個工作頭同步對多個螺栓進行緊固，提高緊固效率和盡可能地減小螺栓扭矩值分配誤差。壓力指示表高壓膠管操作按鈕電動液壓泵站3、液壓拉伸器與液壓力矩扳手的適用范圍液壓拉伸器的適用范圍根據液壓拉伸器的使用原理（

7、拉力作用在螺柱上），需要螺柱上螺紋的剪力提供拉力，因此它適用于螺栓較長（螺柱超出螺母4050mm，根據支撐橋的高度不同，甚至需要超出50mm以上）的法蘭口緊固。由于液壓拉伸器有支撐橋（或稱為支撐環），其螺母的高度還應低于液壓拉伸器支撐橋的高度，且應留出不少于拉伸長度的距離。（正常情況下，液壓拉伸器的支撐橋可以適用于按照國家標準制作的相對應規格螺栓的螺母）注意：非特別必要的情況下，大家不要自己制作支撐橋，容易造成拉伸頭的損壞。若一定要現場加工制作，應與制造廠家取得聯系，并保證加工面的尺寸精度和粗糙度。液壓力矩扳手的適用范圍液壓力矩扳手需要通過傳動部件連接套筒方可實現螺母旋動，因此其所適用的螺栓不

8、可過長，螺柱超出螺母長度需根據根據套筒的形式（長套筒、短套筒等）而小于一定范圍。短套筒長套筒工作頭傳動部件接口 此外，現場緊固時，可能會受作業空間環境所限，必要時需采取相應措施（如：與設計人員溝通更換螺栓等），以創造條件來滿足現場緊固工具的使用。4、使用中應注意的問題4.1兩者輸出數值的區別操作人員對液壓工具的輸出數值把握不準易造成以下兩種后果： 螺栓預緊力不滿足緊固要求 螺栓預緊力超出螺栓屈服強度極限，導致螺栓損壞 液壓拉伸器的輸出值：通過螺栓的不同規格和材質，確定預緊力值（見表4.1.2），再通過廠家提供的專屬型號的拉伸頭數據對照表（即油缸壓力PMPabarPSi螺栓預緊力FKN），確定油

9、缸壓力。油缸壓力與預緊力的對照表是通過理論公式計算得出的。式中：P油缸壓力讀數MPa（見本文4.1.1壓力單位值換算）F螺栓的預緊力KN（見本文4.1.2螺栓預緊力值的確定）S油缸的受壓面積mm2（拉伸器的內部油缸結構設計值，是固定不變的）液壓力矩扳手的輸出值：根據液壓力矩扳手的力矩原理，不同型號的力矩扳手由于力臂不同（“油缸中心到傳動部件中心這個距離是液壓扳手的放大力臂”，前文有介紹），其工作頭的最大輸出力矩及力矩與油缸壓力的比例關系是不同的，因此不同規格和材質的螺栓，參照表4.1.2選取預轉扭矩值后，必須參照制造廠家提供的專有力矩轉換對照表來確定液壓泵站的進油壓力。4.1.1壓力單位值換算

10、下圖為某個液壓泵上的壓力指示表，共有三種壓力單位讀數，即PSi、bar、MPa，該壓力表的數據指示較全面，可以直觀的讀出所需要的油缸壓力，但部分油泵上壓力表（或可能為自行裝配的壓力表）沒有像該壓力表一樣將各種壓力單位及刻度全部注明，而我們中的許多人對壓力單位不能夠深刻的了解，因此本說明的目的是對這三種壓力單位做出詳細解釋，以便能夠正確快速的換算壓力數值。PSiBarMPa工程上常用的是MPa（兆帕）：1MPa=1000000Pa（壓力的法定單位“帕斯卡”）1Pa=1N/（牛頓/平方米）PSI英文全稱為Pounds per square inch，為英制受壓單位（歐美國家使用）。P是磅pound

11、，S是平方square，I是英寸inch。根據單位換算1pound（磅）=0.4536 Kg（千克）和1inch（英寸）=25.4mm（毫米）可得： 即1MPa（兆帕）=145.1337PSi（磅力/平方英寸）bar（巴）即所謂標準大氣壓力，指在零攝氏度（0）條件下，在緯度45度的海平面上，所受到的大氣壓力（干燥空氣），經測量相當于760mmHg（汞）/cm2，即每平方厘米承受760mmHg的壓力。設想為底面積為1cm2的760mm汞柱，其質量m=(汞的密度13.6103Kg/m3) （汞柱的體積m3）計算可得m=1.0336Kg，其重量G=mg=1.0336Kg9.8（重力加速度）=10.1

12、3N（牛頓）1bar=G（760mm汞柱自重）/S（汞柱底面積）=10.13/10-4=101300Pa=0.1013MPa0.1Mpa。以上所介紹的為基礎物理知識，有些贅述，但可幫助理解記憶，綜合本節的說明和計算，可得三個單位的換算公式：1MPa=145.1337PSi=10bar 1PSi=0.00689MPa=0.068bar 1bar=0.1013MPa=14.702PSi4.1.2螺栓預緊力值的確定國內螺栓的抗拉強度一般依據德國工業標準，根據緊固原理和相對應螺栓材料的抗拉強度，可以計算出螺栓的最大預緊力，通常使用液壓工具進行螺栓的緊固一般不高于螺栓最大預緊力的70%。液壓拉伸器與液壓

13、力矩扳手的緊固原理從深處考慮，均為螺栓被拉長，在塑性變形內產生的拉力作為緊固力。相對液壓拉伸器，僅需知道螺栓的最大預緊力，便可通過廠家提供的對照表或計算得到油缸拉力進行緊固操作。液壓力矩扳手的轉矩計算則非常復雜，除考慮螺栓最大預緊力值之外，還需考慮螺栓的螺紋公稱直徑、擰緊力矩系數（與螺母與受壓接觸面的摩擦力有關）等等，它的計算涉及到了一定的專業領域和微積分知識，對此有興趣的同志可以查閱相關文獻資料進行深入了解。綜合對比了若干個液壓拉伸器與液壓扳手，根據多個廠家提供的螺栓預緊力值，預轉扭矩值，參照機械部標準，我們在石油化工管道施工時，使用液壓工具緊固螺栓時可以利用下表提供的數值（請注意表格說明）

14、：表4.1.2螺栓尺寸材料等級預緊力FV（8.8）KN預轉扭矩MA（8.8）Nm螺紋直徑d（mm）螺母對邊距離S（mm）M14218.84096M16248.855149M18278.868205M20308.886290M22328.8110391M24368.8124500M27418.8164734M30468.81991004M33508.82481352M36558.82911749M39608.83472258M42658.84012906M48758.85294236M52808.86405423M56858.87326791M60908.88688375M64958.89691

15、0147M681008.8114112330M721058.8126514689M801158.8159720368M901308.8206929492M1001458.8260541122表格說明：表中的預緊力FV（8.8）及預緊力矩MA（8.8）為8.8級螺栓（碳鋼螺栓）的緊固參考值 一般工藝用鉻鉬合金鋼螺栓等級為10.9級，鉻鉬釩、鎳鉻、鎳鉻鉬合金鋼螺栓等級為12.9級 10.9、12.9級螺栓的預緊力和預緊轉矩可參照下列系數換算：FV（10.9）=1.41FV（8.8）；MA(10.9)=1.41FV（8.8）FV（12.9）=1.69FV（8.8）；MA(12.9)=1.69FV（8

16、.8） 表中數據為螺栓屈服值的70%，緊固螺栓時參考選取，拆卸螺栓時可參考表中數據的130%選取 使用液壓工具緊固螺栓時切忌超出螺栓的屈服值（一般最大不超過90%），以免造成不必要的損失。 許多液壓工具附帶的使用說明書中給定的數值可能會與本表的數值有一定出入，但差別一般不會很大，液壓工具生產廠家可能會出于對產品的保護對數值進行優化，因此使用時應盡可能參照使用說明書選值。4.2操作注意事項4.2.1防止使用時超出拉伸器的活塞行程使用中，工藝要求對螺栓進行多次拉伸緊固的，在螺母一次緊固到位后，液壓油泵應按操作程序泄壓，再將拔桿插入液壓拉伸器撥孔，順時針撥動使活塞復位，活塞復位后再按上述方法進行緊固

17、，直至滿足工藝要求。液壓拉伸器有多種形式，有的液壓拉伸器可直接通過反向作用力自動復位活塞。4.2.2液壓工具使用的過程監控在使用液壓工具時，應注意觀察液壓泵的工作狀態、力矩扳手的工作狀態、拉伸器的活塞的運動狀態以及高壓膠管的密封狀態等，若出現異常情況，如扳手的跳動或顫抖等現象，要立即停止使用，查明原因，消除隱患。4.2.3螺栓載荷均布的緊固要點為最大化的實現螺栓載荷均布，操作時要注意螺栓緊固順序并保證同一個法蘭上所有螺栓的緊固力一致。 多個液壓工作頭同步進行螺栓緊固時，應對稱設置；單個液壓工作頭進行螺栓緊固時，應對角線順序進行緊固。每個螺栓在緊固后要及時做好緊固標識，以免遺漏或重復緊固。 分多

18、次緊固時要記錄第一次加壓所保持的壓力值，從而給之后的加壓提供參考。多個工作頭同時緊固，順序A1A2A3單個工作頭緊固，順序B1B2B3B12螺栓緊固順序如下示意圖：4.2.4其他注意事項拉伸器及力矩扳手的型號、形式有很多種，且液壓工具的費用一般較高，使用前要仔細閱讀說明書，尤其要牢記需要注意的事項，螺栓緊固時應由經驗豐富的技術工人進行操作，最好有工程師進行監督使用，確保萬無一失，以免造成不必要的經濟損失。5、結論隨著科技的發展，液壓工具將在石油化工建設中普及，尤其在高壓管道的施工中，它已經成為不可缺少的工具。它具有實用性、精確性等優點，許多人對液壓工具的使用較為生疏，我們應該跟上時代的進步，熟練的運用新設備，針對不同的現場情況，合理正確的選用工具有助于我們保證施工進