当今世界，几乎没有一种设备还能回避使用螺纹紧固件，对于压力容器设备也不例外。随着现代工业的高速发展和现代科技水平的不断提高，人们对螺纹紧固件组合方式的认识和要求也正变得越来越贴合实际情况。如何在压力容器设备的设计和使用当中，使螺纹紧固件的强度组合更趋合理、更加安全、更为经济，已经成为每一位专业技术人员所必须面对的课题之一。
长期以来，人们在压力容器设备螺纹紧固件的强度组合选择中，基本上都止步于满足工作需求或符合标准规范等，其它的思考不是很多。对螺纹紧固件的强度组合问题也是仁者见仁，智者见智。有人认为螺杆和螺母的材质均应当稍强；有人认为螺杆的材质应该稍强些；也有人认为螺母的材质应该稍强；还有人认为小直径时螺杆材质应该稍强，而大直径时螺母材质应当稍强，究竟哪一种说法更科学合理、更符合应用实际呢，下面，本文就这个问题展开一些粗浅的分析和探讨。
1结构原理与失效形式1.1结构原理压力容器设备螺纹紧固件的设置，主要目的是为了形成设备的密封。其结构件主要包括螺杆本文中系螺栓、螺钉、螺柱的统称）和螺母，较典型的结构原理参见。
设备带压工作时，由于内外压差的作用，盖板将受到向上的作用力，产生向上脱离设备本体的运动趋势，从而在密封垫处造成脱松和泄漏。设置螺纹紧固件正是为了防止这种脱松泄漏，并在密封垫处形成一定的预紧，以满足设备的密封要求。
为了形成有效的密封，螺杆必须通过与之相组合的螺母拉紧盖板，使盖板能克服内外压差的作用，紧压在密封垫上无法产生脱松。工作时，螺杆将承受相应的轴向拉伸作用力，传递该拉伸作用力并施加于盖板上，螺杆和螺母有效旋合段的螺纹根部将承受大小相等、方向相反，相应的剪切作用力。
失效形式就是为了必要时能更合理地控制其失效形式。根据螺纹组合件的结构原理和受力情况，可以知道在超载状态下，其可能出现的失效形式将主要有以下四种：螺杆因拉伸应力过大而断裂；螺杆因旋合螺纹处剪切应力过大而脱扣；螺母因旋合螺纹处剪切应力过大而脱扣；螺杆和螺母因旋合螺纹处剪切应力过大而同时脱扣。
虽然螺栓有时也会产生弯曲，螺母有时甚至会从中间整体崩裂，但这些失效形式大多与安装不当或材质本身不合格、压力容器设备螺纹紧固件的基本受力情况不符等有关，因此，本文将不作为正题讨论。
应力分析与强度组合2.1主要作用应力的确定正常受力状态下，压力容器设备螺纹紧固件所承受的主要作用应力分别为：螺杆内的拉应力、螺杆有效旋合段螺纹根部的剪切应力T和螺母有效旋合段螺纹根部的剪切应力T.通常使用的紧固件螺纹尺寸及配合情况见，图中：d为螺杆外螺纹的大径，山为螺杆外螺纹的小径，D为螺母内螺纹的大径，Di为螺母内螺纹的小径。组合时，D与d及以与di分别为公差配合尺寸，在理论计算中，可以认为D=d，Di=di.显然，图中的D和d值大于Di和di值。
当螺杆所承受的拉伸为F，螺杆与螺母的螺纹有效旋合长度为L，设螺杆的最小截面直径即其外螺纹小径di，则根据有关资料，可以推出螺杆内的拉应力为：螺杆螺纹剪切应力T为：螺母螺纹剪切应力T为：由以上算式可知，当外作用力F确定时，拉应力仅与螺纹小径di值的大小有关，而剪切应力TT除与螺纹的直径大小有关外，还受螺纹有效旋合长度L值的影响，与L值成反比关系：即随着L值的增大，剪切应力值将会相应减小。
2.2等强度组合与失效分析2.2.i等强度组合时的失效条件当螺杆和螺母采用等强度材质时，材质的许用拉应力为，许用剪切应力为：材质的的0.75-.8倍。保守起见，本文中取，则：时，螺杆将出现断裂，由式：i）可推得条件式：由条件式：4）46），可以进一步推得各种失效状态允许螺纹组合件所能承受的最大受力值。避免螺杆断裂失效时，允许承受的最大受力值Fi为：避免螺杆脱扣失效时，允许承受的最大受力值F2应符合下式：避免螺母脱扣失效时，允许承受的最大受力值F3应符合下式：等强度组合时的失效分析实际应用中，人们发现螺杆的断裂失效往往是突然发生的，故比较容易发现，而脱扣失效是逐渐发生的，故很难发现，这增加了螺杆组合件因失效而造成事故的可能性。因此，对螺纹组合件的设计和使用，总希望失效的形式是螺杆的断裂。
分析式：7）式：9）可知，当螺纹组合件的材质和公称直径一定时，螺杆断裂失效的理论极限受力值Fi是确定的，而螺杆和螺母脱扣失效的理论极限受力值F2、F3还将取决于螺纹的有效旋合长度L，它与L的大小成正比例关系。显然，当L值越小时，脱扣就越容易发生。
为了有效控制螺纹的脱扣失效，使组合件的失效形式尽可能是螺杆的断裂，目前有关标准已提出相应要求：压力容器用紧固件螺母不得选用薄螺母。在具体的设计和使用当中，原则上应该选用公称高度S0.5D（螺纹有效长度S0.4D）或公称高度S0.8D螺纹有效长度S0.6D）的螺母，在今后的工作上，这是一个必须予以足够重视的环节。
保守起见，以下本文均以螺母公称高度取0.5D时（即有效螺纹长度L=0.4D）为基本条件，进行分析和讨论。将L=0.4D代入工式8）、式9）后以推得：避免螺杆脱扣失效时，允许承受的最大受力值F2为：避免螺母脱扣失效时，允许承受的最大受力值F3为：等强度螺纹组合，若螺母的高度符合规定，总是存在F1 >F3，即在理论上，螺杆的断裂总是最先发生，螺母的脱扣将总是最后发生，螺母和螺杆不可能同时脱扣，在螺杆出现断裂失效前，脱扣情况一般不会发生。
2.3强度组合的选择与分析通过对螺纹组合件等强度组合时的失效分析可知，适当提高螺纹的强度等级，使螺杆不致于过早断裂，将有助于提高组合件的整体受力状态和适用情况，从而也将使组合件的结构更趋经济合理。
在螺纹的实际组合中，螺杆强度应比螺母高多少为合理呢，结合前面分析，本文认为：提高螺杆材质的强度等级时，必须考虑螺杆的断裂失效应稍先于螺纹的脱扣失效这个原则。即应同时满足条件式F1 3结语从综合角度考虑，在实际的设计和使用当中，应选择螺杆的强度等级稍高于螺母。如本文取螺母公称高度为0.5D时，螺杆材质的许用拉应力可以是螺母材质许用拉应力的1.2倍或更高些，更高幅度取决于组合螺纹的公称直径。 为确保螺纹紧固件在必要时的失效形式是螺杆的断裂，在压力容器设备的螺纹紧固件中，不得选用薄螺母作为螺纹受力元件。结合本文中的分析，所选用组合螺母的公称高度应不得小于0.5D.鉴于文中所有的受力分析与计算均参照材料力学等有关力学理论进行，其结论将不适用于无抗拉强度规定的脆性易断裂材料。同时，组合螺纹的材质必须有一定的抗塑性变形能力，即要有相应的屈服强度。 由于在具体的分析和计算中，将材质的取为0.75，将螺母的公称高度值由0.5D取为0.5D等，可以预见，本文的分析结果仍是一个相对保守的分析结果。但作为一种思路和探讨，本文仅希望能为有关人员在实际工作中，提供一些有益的借鉴和。