介绍了阀门螺栓装配采用手动方式拧紧的操作过程及其产品连接可靠性和生产效率的现状。分析了手动方式拧紧螺栓工艺的局限性和螺栓自动拧紧技术的发展趋势。提出了将螺栓自动拧紧技术引入阀门螺栓拧紧过程的设想，在此基础上应用某单轴自动拧紧设备进行了工艺试验，并对螺栓组多轴同步拧紧技术在阀门产品装配中的应用进行了可行性探讨。

　　螺栓连接是阀门产品中最主要的连接方式。在天燃气、核电等领域中，阀门产品多以环形螺栓组形式存在，其连接可靠性对产品的密封性和设计性能都有着直接的影响，一旦连接失效将引发严重后果。例如，液化天然气阀门螺栓连接失效极有可能引发天然气外泄，从而可能引发火灾和爆炸等。在阀门产品设计过程中，通常以单纯扭矩法或扭矩+转角法对拧紧过程加以约束，以保证连接可靠性。在制造过程中，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)发现目前普遍采用手动拧紧方式，即利用表盘扳手、定力矩扳手或转角仪等工具进行手动装配，连接可靠性和生产效率较低。本文将螺栓自动拧紧技术引入阀门螺栓拧紧过程，剖析了传统人工拧紧工艺的局限性，对螺栓自动拧紧技术的发展进行了总结，在此基础上应用某单轴自动拧紧设备进行工艺试验，并对螺栓组多轴同步拧紧技术进行了可行性探讨。

　　2.1、阀门螺栓连接特点

　　螺栓连接的根本目的是利用螺纹紧固件将连接体可靠的连接在一起，而装配拧紧的实质是将螺栓的轴向预紧力控制在适当的范围。阀门产品中螺栓连接具有螺栓数量多，可靠性要求高和90%以上螺栓以环形螺栓组形式存在等特点。以某阀门产品为例，每个阀门都包含入口法兰、出口法兰、开腔作动筒、关腔作动筒和顶法兰5个法兰，每个法兰均由6～20个呈环形排列的双头螺栓组装配而成，两者螺栓总数均在60个以上。合理而均匀的预紧力对法兰连接处内应力有着重要作用，在高频振动的工况下，过大的内应力可能成为连接部件产生裂纹的隐患，过小的预紧力又容易在振动工况下产生滑动甚至脱扣的危险，直接影响密封效果。因此，在装配过程中必须保证施加的力矩和转角满足设计要求。

　　2.2、手动阀门螺栓拧紧工艺及局限性

　　目前，国内阀门制造企业普遍采用手动拧紧方式。对于环形螺栓组，除单个螺栓的拧紧质量外，各螺栓间的拧紧顺序对轴向预紧力的均匀分布有着重要影响，不同的拧紧顺序会造成螺栓的内应力产生顺序发生改变，造成同样的扭矩产生不同拧紧力的现象。在手动拧紧模式下，当前普遍采用如图2所示的对角线装配模式。

　　需要注意的是，即使在对角线装配模式下，由于各螺栓间的拧紧过程存在相互影响，为保证各螺栓施加的力矩均匀，通常采用3步拧紧策略，即第1步预拧紧(施加非常小的力矩)，第2步施加设计要求的力矩，第3步重复施加设计要求的力矩值。受多种因素的影响，手动拧紧工艺具有一定的局限性。

　　(1)力矩施加精度较低。一方面，在采用表盘式扳手时主要依靠目视读数，会存在一定误差。另一方面，拧紧速度无法保持均匀一致，会造成动摩擦力矩存在差异，影响装配精度。

　　(2)生产效率低，劳动强度大。整个拧紧过程完全依靠手动工具进行，由于各螺栓在位置上存在干涉，操作扭力扳手需要不断的转换工位，生产效率较低，劳动强度大，在装配大型阀门(高扭矩要求)过程中该问题尤为突出。

　　(3)易产生法兰翘曲，影响密封性。在对角线装配模式下，由于在对角线两端先后施加拧紧力，容易造成法兰两端高和中间低的翘曲现象，引起阀门泄漏。

　　(4)当施加力矩点较多时，容易出现重复施加力矩或漏施加力矩的情况。

　　(5)数字化程度差，不支持自动记录。操作者每完成一项工作需要将完成状态及数据记录到纸质质控卡，生产效率较低，工作过程不透明。

　　螺栓自动拧紧技术是集机械传动、电气传动、电子技术及自动检测于一体的机电一体化技术，其技术发展的最终产品为螺栓自动拧紧机。目前，螺栓自动拧紧技术在汽车装配、电子产品装配等行业中已得到了较广泛的应用。目前，国外对螺栓自动拧紧技术的起步较早，理论技术日趋成熟。市场占有率较高的公司包括瑞典ATLAS、德国BOSCH、美国STANLY、INGERSOLL-RAND、英格索兰INSIGHT、日本的DDK、ESTIC及韩国SETECH公司等。目前，电动拧紧机在国内外汽车行业中得到了广泛的应用。图2和图3分别为单轴和多轴拧紧技术的应用示例。

图1 环形螺栓组对角线装配工艺

图2 单轴拧紧技术应用

图3 多轴同步拧紧技术应用

　　国内对螺栓拧紧技术的研究目前仍处于研究阶段。近年来，国内部分公司通过技术交流与合作，已初步掌握国际先进的拧紧设备制造关键技术。如大连组合机床研究所与瑞典ATLAS公司合作，为江西五十铃汽车厂研制了缸盖、主轴承盖、连杆及飞轮的自动拧紧机。山东装配技术公司研制开发成功了多轴螺纹装配系列工具，其产品包括3个系列14个规格，额定扭矩为5～3500N·m，最多可控制40个拧紧轴工作。大连理工大学汪春华等设计了基于工控机的多工位电动螺栓拧紧机控制系统，成功应用于长春一汽集团公司变速箱厂，实测工作节拍小于30s，扭矩控制精度小于3%，转角控制精度小于0.1°。

　　4.1、单轴自动拧紧设备的螺栓拧紧工艺试验

　　选取某螺栓自动拧紧机，以某阀门入口法兰的螺栓组为研究对象进行拧紧工艺试验，该螺栓组包含10个螺栓，设计力矩要求为151N·m，自动拧紧机的施加力矩范围为7～23N·m。采用与手动拧紧过程相同的对角线装配模式和三步拧紧策略，第1步拧紧至2N·m，第2步拧紧至15N·m，第3步再次拧紧至15N·m，3个操作过程中保持自动拧紧机转速为600r/m。拧紧操作流程及参数通过管理系统预先一次设定完成，操作时仅需依次拧紧即可，拧紧完成后，用数显力矩扳手对施加的力矩效果进行检验。

　　工艺试验结果如图4和图5所示，与手动拧紧相比，自动拧紧方式具有一定的技术优势。

图4 力矩施加效果对比

图5 装配效率对比

　　(1)力矩施加精度较高。在手动拧紧方式下，超出力矩公差范围的螺栓共有2个，拧紧精度仅为11.2%，造成该问题的主要原因是人为因素所造成的影响。而在自动拧紧方式下，该自动拧紧机的ATC特性发挥了较好的作用，排除了其他因素可能造成的影响，拧紧精度达到3%，全部螺栓力矩均满足设计要求。此外，两组试验数据的标准偏差对比情况为S自动=0.09