從一起工程事故談緊固螺紋的標準和加工

謝 巍 （中國航空油料有限責任公司重慶分公司，重慶401120）

1 引言

緊固螺紋是廣泛應用的機械基礎緊固件，美制和英制螺紋與我國廣泛使用的米制螺紋標準存在一定的區別，國內技術人員由于對相關螺紋標準技術體系不甚了解，往往不能正確測量和加工。

2 事故經過及原因分析

某公司在進行輸油管線碰口作業時，發生國產管道法蘭與進口閥門的自帶法蘭無法有效密封的事故。該次作業是新舊管線碰口作業，原計劃將舊的進口閥門末端的法蘭拆除，用螺栓將預制好的短節管道法蘭緊固到閥門上，最后對短節管道與新建管道進行焊接，實現新舊管道的碰口。

在施工中，作業人員發現閥門使用的螺栓、螺釘已經銹蝕無法損壞無法繼續使用。配置國產螺栓后通油測試，發現法蘭連接的上部和下部不同程度出現泄漏，對泄漏部位的螺釘進行再次緊固后仍無法阻止泄漏。于是作業人員將管道切割下來查找原因，發現8個螺釘的螺紋前端2-3絲出現軸向彎折變形，管道法蘭出現馬鞍形變形。經過初步分析，認為泄漏原因是管道焊接前螺釘沒有緊固到位，焊縫熱應力拉伸，導致焊接完成后無法繼續緊固。

第二次更換螺釘和法蘭后，仍然出現了泄漏，泄漏情況與第一次作業后基本一致。再次查找原因，發現8個螺釘的螺紋和管道法蘭變形更加嚴重。

在對事故進行仔細研究分析后，基本認定事故原因是配制的螺釘與進口閥門自帶螺紋孔無法有效配合，導致法蘭無法有效緊固。因此，作業人員聘請專家重新測量、配制螺紋后進行第三次作業，問題得到解決。

3 螺紋標準體系比較

3.1 米制普通螺紋

米制普通螺紋是一種使用最多的一般用途機械緊固螺紋，是重要的機械基礎標準之一。ISO、中國、美國、主要歐洲國家以及其它一些工業發達國家都制定了自己的標準。米制普通螺紋世界范圍內得到了廣泛使用，并被納入ISO標準，當公制單位制被確定為國際法定計量單位后，進一步提升了米制普通螺紋在國際貿易中的地位［1］。

我國目前使用的2003年第三次修訂后的版本，該標準體系主要分兩大部分內容：一個是緊固件基礎標準部分，包括名詞術語、驗收檢查、機械性能和技術條件、表面處理、公差、表面缺陷、扳擰部分的形式和尺寸以及螺紋等內容；另一個是緊固件產品標準部分，將緊固件產品劃分為：螺栓、螺母、螺釘、螺柱、自攻螺釘、木螺釘、銷、鉚釘、墊圈、擋圈、焊釘、緊固件組合件等12大類。

3.2 美制統一螺紋

在緊固件產品中，美標產品歷來占有很大的比例，美國從來都是全球最大的緊固件市場，南美、中東、澳洲也廣泛使用美標產品。多年來，由于我國過分的堅持使用米制普通螺紋，至今未制定統一螺紋國家標準，導致國內一些技術人員對美制統一螺紋了解不多，在處理美國緊固件產品時，往往力不從心，難于應付。

美制統一螺紋誕生于二戰后，主要依據美國國家螺紋標準而制定，相對于我國米制普通標準，其對類別的劃分比較粗且多為行業協會（或學會）標準，代替國家標準，而且不同協會的標準也不相同［2］。

美國工業緊固件協會負責發行IFI標準匯編本，目前使用的是2003年修訂發布的第七版。該標準體系主要由螺紋，材料和（表面）涂覆，螺栓、螺釘和螺柱，螺母，高強度結構螺栓，有效力矩型緊固件，內凹槽螺釘，自攻螺釘，機器螺釘，其它小螺釘，鉚釘，墊圈和銷，質量保證，工藝和技術數據等14個部分組成，分別以英文字母A-N為代號。

4 螺紋的正確測量與加工

在工程實踐中，往往不能及時買到符合要求的螺紋成品，同時又由于缺乏圖樣等技術資料，只能按原件進行配制加工。但在測量時，由于零件往往已經殘缺不全，從而給測量工作帶來意想不到的困難。因此，正確把握緊固螺紋幾何尺寸的測量、精度檢驗和加工誤差分析三方面工作，便可配制出與原件基本一致的新件。

4.1 幾何尺寸的測量

在測量幾何尺寸前，必須正確判斷螺紋采用的標準，把非標準螺紋按標準螺紋測量加工，把美制統一螺紋按非標準米制螺紋測量加工，把國標米制螺紋按美標米制螺紋測量加工等都是錯誤的。

幾何尺寸的測量包括螺紋的測量、螺桿的測量等方面，其中的難點在于螺紋的測量。螺紋需要測量的參數一般有：螺紋大徑、螺紋小徑、單一中徑、牙側角、螺距、導程、螺紋升角、螺紋牙厚、螺紋槽寬、螺紋接觸高度和螺紋旋合長度等。本文主要討論以下三個參數的測量。

4.1.1 螺距或導程的測量

螺距是指相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸間距離，導程是指同一條螺紋線上相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸間距離。測量螺距或導程的常用工具有鋼直尺、游標卡尺、螺距規等。以游標卡尺為例，通常是用游標卡尺沿螺旋線的軸向進行測量，但由于無基準，必然使游標卡尺的測量方向和螺紋軸線方向產生偏差，造成測量誤差。因此要特別注意盡可能使測量方向和螺紋軸線方向保持一致。同時，對于米制螺紋，應多測幾個螺距除以牙數以便減小誤差，對于美制統一螺紋，可以看每英寸（25.4mm）長度內有幾個牙，如果牙數和圖樣要求相符，則表示測量正確。

在實際測量時，常常只有實物沒有圖樣，甚至連螺紋的種類和采用何種標準都無法查詢，這時，將實測數據帶入以下公式進行計算，便可判斷該螺紋是米制螺紋或是英寸制螺紋：

式中：P為螺紋螺距；n為每英寸內的牙數。

例如，假設測得某螺紋的螺距為P=12.7 mm，代入上式計算，n=2，則該螺紋可能為每英寸2牙的美制統一（英寸制）螺紋[3]。

4.1.2 螺紋大徑的測量

螺紋大徑是指與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假象圓柱面的直徑。測量方法與一般測量圓柱體直徑方法相同，測量工具也基本一致。

4.1.3 螺紋牙型角的測量

螺紋牙型角是指通過螺紋軸線剖面內螺紋牙型上，相鄰兩牙側的夾角。米制螺紋和美制統一螺紋牙型角均為60°。測量牙型角是判斷螺紋采用標準的重要步驟之一，也是實際操作中容易出錯的地方，決不能犯經驗主義錯誤。測量的方法一般是用牙型角樣板與螺紋相對，從穿過縫隙的光線判斷是否吻合。

4.2 精度檢驗與誤差分析

緊固螺紋主要是用于連接和緊固零件所用，使用要求主要是可旋入性、連接的可靠性及緊密性。螺紋的檢驗既包括針對螺紋中徑、螺距、牙型角等參數誤差對螺紋旋合性能產生的影響的綜合檢驗，也包括針對某一項參數的誤差的單項檢驗。此外，根據我國國家標準，螺紋誤差包括螺距偏差、螺距累積誤差、導程偏差、導程累積誤差、螺旋線軸向誤差、牙側角偏差、螺距誤差中徑當量、牙側角誤差中徑當量、基準距離偏差、基準平面的軸向位移偏差、行程偏差等11項。對于螺紋精度的檢驗與誤差分析，相關資料已有詳細闡述，由于不是本文討論的重點，在此不再贅述。

5 結 語

緊固螺紋是工程施工中最常用也是最基礎的零配件之一，但它的重要性往往沒有引起我們足夠的重視，因此，除按本文所述進行準確測量加工外，杜絕此類事故的辦法還在于建立健全的企業內部控制制度，在施工作業前，將風險分析細化到每一個零配件。

［1］項紅.形形色色的螺紋標準介紹.杭氧科技,2006,(4):32-41.

［2］李堅,張金明.美國緊固件標準使用指南.緊固件技術.2012,(3):9-13.

［3］張小亮.螺旋類零件的加工.1996:115-130.

［4］GB/T193-2003.普通螺紋 直徑與螺距系列.

［5］ASME B1.1-2003.統一英制螺紋.