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ASME B18.31.2-2014——全螺纹螺柱、双头螺柱与法兰螺栓用螺柱（英制系列）标准
🔩 ASME B18.31.2-2014 是美国国家标准中针对英制系列螺柱（stud）的完整产品标准，于 2008 年首版的基础上修订而来，2014 年 10 月 29 日发布。标准覆盖三大类产品：全螺纹螺柱（continuous thread stud）、双头螺柱（double-end stud）与法兰螺栓用螺柱（flange bolting stud，即 stud bolt）。螺柱（俗称”双头螺栓”）是两端均带螺纹、中间无头的杆状紧固件，通过两端螺母或一端拧入螺纹孔实现连接，是法兰连接、压力容器与化工设备中最关键的承压紧固元件之一。B18 第 31 分委会成立于 1995 年，其工作源于船舶工业对螺柱标准的需求，并与 IFI 及 SAE 的既有标准进行了系统比对。
💡 与螺栓（bolt）不同，螺柱没有头部，长度即为整体杆长。法兰连接选用螺柱而非螺栓，是因为螺柱两端都可以安装螺母，预紧可从任一侧进行，且螺柱可用高强度棒料直接滚丝制造，性能更均匀、更可靠。
一、产品型式与结构分类 📌
标准对三种螺柱给出明确的型式定义与用途说明：
- 全螺纹螺柱（continuous thread stud）：整根杆体全长均有螺纹，通常成卷供应后按要求截断，适合长度规格繁多的场合。
- 双头螺柱（double-end stud）：两端各有一段螺纹，中间为光杆（或无螺纹部分）。细分为两种——夹紧型（clamping type，两端螺纹等长同构）：两端各装一个螺母夹紧两个零件；旋入型（tap-end type）：一端拧入攻丝孔（tap end），另一端配螺母，两端螺纹长度通常不同，旋入端还区分普通统一螺纹与过盈配合螺纹（interference-fit thread，按 ASME B1.12）两种。
- 法兰螺栓用螺柱（flange bolting stud / stud bolt）：主要用于 ASME B16.5 所覆盖法兰连接的螺柱，采用 ASTM A01 组螺栓材料制造，是全螺纹型式，长度按法兰连接的设计计算确定。
⚠️ 双头螺柱按杆体直径又分为减径杆身（reduced-diameter body）与全杆身（full body）两种。减径杆身的杆体直径小于螺纹大径，弹性更好、预紧时伸长量更大，适合热交变与频繁预紧的场合；选择时须按连接型式与受力特点确定，两种不能随意混用。
二、尺寸与长度系列 🔧
标准给出各型式螺柱的完整尺寸数据：螺纹尺寸、杆径、旋入端长度、螺母端螺纹长度、总长及其公差。双头螺柱覆盖的公称直径范围自 1/4 in. 至 4 in.。螺纹采用 ASME B1.1《统一英寸螺纹（UN 与 UNR 牙型）》，验收按 ASME B1.3 螺纹量规体系执行。
| 型式 | 结构特征 | 典型应用 | 长度定义 |
|---|---|---|---|
| 全螺纹螺柱 | 全长螺纹 | 法兰连接、通用紧固 | 总长 L |
| 双头螺柱（夹紧型） | 两端螺纹等长 | 两零件对夹，两端螺母 | 总长 L，两端螺纹相同 |
| 双头螺柱（旋入型 1.5D） | 一端拧入攻丝孔 | 缸体、机座与盖连接 | 总长 L（含旋入端） |
| 法兰螺柱（stud bolt） | 全螺纹，B16.5 配套 | 法兰-法兰连接 | L 与螺纹长度 U 关系见图 1 |
2013 年修订时，分委会将端部倒角（pointed ends）由可选改为强制，并将螺纹长度定义统一为”至螺纹终止线（last scratch）的最小螺纹长度加五个螺距”的总螺纹长度，取代了原来分别规定的最大螺母端螺纹长度。这一改动简化了螺纹量规验收，同时不降低螺柱的总体适用性。
💡 法兰螺柱的长度定义（L 与 U 的关系，见标准图 1）是基于”第一圈完整螺纹”起算的：总长 L 与两端螺纹有效长度 U 之间存在明确换算关系，采购时应明确标注总长与两端螺纹长度，避免按错误基准下料导致装配干涉或螺纹不足。
三、材料、机械性能与表面处理 ⚙️
标准规定螺柱材料与机械性能应符合相应 ASTM 规范；法兰螺栓用螺柱明确采用 ASTM A01 组（ASTM A193 等）高强度螺栓材料，以适应法兰连接的高温高压工况。标准还包含表面处理（第 13 节）、工艺质量（第 14 节）、直线度（第 15 节，第 9 节另有专门规定）与检验与质量保证（第 16 节）等要求。
🚨 高温法兰连接中，螺柱材料的蠕变松弛（stress relaxation）是预紧力损失的主因。选用 A193 B7（铬钼钢）、B16 或 B8M（不锈钢）等高温级材料时，应结合 ASME B16.5/B31.3 对设计温度下许用应力的要求校核，并在预紧时考虑热态补偿。
四、标识与工程实践 🛠️
- 🔍 选型流程：确定连接方式（法兰-法兰、旋入-螺母）→ 按 B16.5 等标准定螺纹尺寸与等级 → 选择夹紧型/旋入型或全螺纹 → 确定杆径型式（全杆身或减径）→ 计算总长与螺纹长度 → 选材料与性能等级。
- 🔧 预紧控制：螺柱连接靠预紧力保证密封与承载。工程上采用扭矩法、转角法或拉伸器法控制预紧；多螺柱法兰（如 B16.5 flange）应按对称顺序分步逐级预紧，防止垫片压溃与法兰偏转。
- 📊 螺纹验收：按 ASME B1.3 体系用量规验收螺纹；过盈配合螺纹（B1.12）用于旋入端时，配合扭矩与旋入长度必须按规范控制。
- 📋 长度公差：标准分别给出全螺纹/双头螺柱与法兰螺柱的长度公差（表 5、表 6），采购与检验时应区分对待。
五、常见问题解答 ❓
❓ 问：stud bolt 与双头螺柱（double-end stud）有何区别？
答：stud bolt（法兰螺栓用螺柱）是专用于 ASME B16.5 法兰连接、按 A01 组螺栓材料制造的全螺纹螺柱，长度按法兰设计确定；double-end stud 是两端带螺纹的通用型螺柱，两端可等长（夹紧型）或不等长（旋入型）。两者用途与材料基准不同，法兰工程中常称”双头螺栓”即 stud bolt。
答：stud bolt（法兰螺栓用螺柱）是专用于 ASME B16.5 法兰连接、按 A01 组螺栓材料制造的全螺纹螺柱，长度按法兰设计确定；double-end stud 是两端带螺纹的通用型螺柱，两端可等长（夹紧型）或不等长（旋入型）。两者用途与材料基准不同，法兰工程中常称”双头螺栓”即 stud bolt。
❓ 问：旋入型双头螺柱的旋入端长度怎么定？
答：标准给出旋入型（1.5D 啮合）的尺寸表，旋入端螺纹长度对应约 1.5 倍螺纹直径的啮合深度；对于钢制攻丝材料这是常规做法。脆性材料（如铸铁）或过盈配合螺纹（B1.12）应另按规范计算啮合长度。
答：标准给出旋入型（1.5D 啮合）的尺寸表，旋入端螺纹长度对应约 1.5 倍螺纹直径的啮合深度；对于钢制攻丝材料这是常规做法。脆性材料（如铸铁）或过盈配合螺纹（B1.12）应另按规范计算啮合长度。
❓ 问：减径杆身有什么好处？
答：减径杆身使螺柱在相同预紧力下有更大的弹性伸长量，拥有更好的”弹性储备”，能吸收热膨胀差与振动，减少预紧力衰减，适合高温高压与交变载荷工况；代价是杆身截面积减小，需按净截面校核强度。
答：减径杆身使螺柱在相同预紧力下有更大的弹性伸长量，拥有更好的”弹性储备”，能吸收热膨胀差与振动，减少预紧力衰减，适合高温高压与交变载荷工况；代价是杆身截面积减小，需按净截面校核强度。
🔍 问：B18.31.2 有对应的 ISO 标准吗？
答：标准第 2 节明确”没有可比的 ISO 标准”。该标准是美制体系独有的螺柱产品标准，公制系列对应的是 ASME B18.31.1M（公制双头螺柱），英制螺柱的采购应采用 B18.31.2。
答：标准第 2 节明确”没有可比的 ISO 标准”。该标准是美制体系独有的螺柱产品标准，公制系列对应的是 ASME B18.31.1M（公制双头螺柱），英制螺柱的采购应采用 B18.31.2。
