为什么法兰面螺栓螺母越来越流行了？

法兰面螺栓/螺母（Flange bolt/nut），如下图所示，正在取代螺栓/螺母+垫片的形式，变得越来越流行。

我们知道传统意义上我们在螺栓/螺母下面增加一个垫片，其主要目的是分散载荷，防止接合面压力过大而造成损坏。法兰面螺栓/螺母在下面增加的法兰盘其实目的也是一样。那为啥这种设计就成了更好的选择呢？

我们所熟悉和最为常用的控制螺栓张力的方法还是通过扭矩来间接控制的方法，但我们也知道这种方法控制轴向拉力不是特别精确，因为在拧紧的过程中大部分的力矩用于克服螺栓头部下方接触面和螺纹之间的摩擦，实际用于产生轴向拉力的大约只有15%。

法兰面螺栓相比螺栓+垫片的形式，可以有效的改善上述拧紧过程中的变量。下面我们一起来看看。

标准垫圈通常比与之配合的螺母或螺栓更软，在较高的压应力下经常会发生塑性变形，如下图所示。一旦变形，夹紧力就会显著降低。而法兰面的螺母和螺栓就不会受到这种影响，因为垫圈面与螺栓/螺母是一体的，材料强度一样。

有同学可能会说，那采用硬化的垫片总归可以了吧？这里还有另外一个问题，那就是垫片安装错位。垫圈中间的开孔通常比螺栓直径大不少，因为要保证螺栓头部下方的过渡圆角不要碰到垫片。这种较大间隙的存在会导致拧紧时垫圈发生偏心，从而导致局部应力集中，增加了压痕和接合面损伤的风险，如下图所示。

除以上两个因素外，还有研究发现当拧紧螺栓或螺母时，垫片也会跟着转的情况，虽然不常见，但是发生了也不不太容易被发现。一旦跟转，施加的扭矩和螺栓张力之间的关系就可能会发生变化。在给定拧紧力矩的情况下，实际产生的螺栓张力达不到预期效果。

综上，法兰面螺栓/螺母具相比垫圈有明显的好处，你还在用垫圈吗？