虎牌螺絲
螺絲、鉚釘、焊接還是黏：螺牙接合到底是為了什麼
結論先講：螺紋特別擅長同時做到兩件事—— 用一般工具就能拆開再裝回去，以及被鎖到一個有人選定的夾持力。 這兩件都不是獨門。鉚接一樣會產生夾持力，快拆插銷拆得比它更快。 真正少見的是「兩件同時、可以重複、而且只要一支扳手」。 所以第一個問題是「這個接合實際上在用那兩件裡的哪一件」， 因為螺牙接合的代價，不管你有沒有用到它們，大部分照樣要付。
那些螺紋到底花掉什麼
值得攤開來列，因為每一項在這個站上都各自是一整篇文章， 很容易一個一個遇到，卻沒發現它們有同一個來源。
- 一個孔，而空著的孔會集中應力。 Kirsch 一八九八年的解給的是：無限寬平板、單軸拉伸下， 空圓孔孔緣是遠場應力的三倍。 這個數字要小心用：如果改成以淨截面應力為基準， 它會隨著孔相對於板寬變大而往二靠。 所以只講「三倍」而不講是對哪一個應力，其實沒講到什麼。 真正留得住的是問題的形狀——空孔就是應力高於平均的地方， 而一個不需要孔的接合，從頭就沒有製造出這個地方
- 預力是儲存起來的能量，而它會漏。 嵌入與橫向移動都會把它拿走， 漏得多快取決於你不一定控制得到的東西，這也是為什麼 夾持長度會變成一個設計變數， 而不是剩下來的東西
- 組裝變成一道要管制的製程。 一個扭力值、有時候一個順序、有時候還要回鎖——而 扭力是夾持力的一個很差的代理指標
- 每個接合的成本是零件加上鎖付工時再加上檢驗， 而且你做幾台就重複幾次
以上沒有一項是在反對用螺絲。 那是「可拆」這個性質的帳單。錯的不是付這筆錢—— 錯的是替一個會被打開零次的接合付這筆錢。
每一種替代做法買到什麼、收你什麼
| 做法 | 要孔嗎 | 買到什麼 | 收你什麼 |
|---|---|---|---|
| 螺牙 | 要 | 可逆、可現場維修、可調整 | 預力要維持、鎖付要管制、每個接合都有成本 |
| 鉚釘 | 要，但被填滿 | 成形力本身就給出夾持力，而且沒有會回轉的螺紋；安裝快 | 拆下來就毀了；夾持力是成形擠出多少就多少，不是你設定的數字。剪力與拉力則是有額定值的，而且分等級 |
| 焊接 | 不用 | 沒有扣件孔，母材直接承載 | 它自己在焊趾與焊根有應力集中、熱影響區、變形、材料與可及性的限制 |
| 接著劑 | 不用 | 負荷分散在一個面上而不是灌進一個孔；可以接異材 | 怕剝離與劈裂、表面前處理、固化、溫度與濕氣、潛變上限、難檢查 |
| 卡扣 | 不用 | 不用另外買、拿取、鎖付一個零件 | 可拆次數要設計進去；塑膠會潛變與應力鬆弛；幾何由模具決定 |
鉚釘那一列，是「乾淨的比較」通常出錯的地方。 鉚釘也要一個孔，但它把孔填滿了，而且成形的過程同時產生夾持力與孔周殘留應力—— 所以它既不是一個空孔，也不是一個沒有預力的接合。 它缺的是「一條會回轉的螺紋」，以及「一個可以寫在圖上的數字」。
真正決定的那個問題
強度會先把清單刷掉一輪——接著劑被剝離力拉、焊接遇到焊不起來的材料、 卡扣用在塑膠會鬆弛的溫度，這些是被能力排除，不是被偏好排除。 但只要有一種以上的方法通過那道篩選，強度通常就不再是決定因素， 接下來要問的是：
- 這個接合在產品的一生中會被打開幾次？
- 那個夾持力有在做事嗎？壓一個墊片、靠摩擦傳橫向負荷、 維持一個電接觸、在變動負荷下把兩件壓在一起。 它不需要被寫在圖上才算在做事——但如果沒有人講得出它在做什麼， 那件事值得在爭論扭力值之前先知道
- 誰打開，用什麼工具？在工廠裡用壓床開一次，跟技師站在梯子上開，是兩個不同的問題
- 產品壽命結束時會怎樣？如果答案是回收商要把材料分開，那是一次真的打開，而且可能是唯一的一次
「零次」很常見，而且很少有人講出來。 裝一次就再也不維修的殼、在治具上焊死的支架、用黏的而不是鎖的蓋子。 當設計審查在問「用哪一支螺絲」、卻沒有人問過「它多久會被打開一次」， 第一個問題早就被預設回答掉了。
然後你選它的那兩個理由會開始互相打架
選螺絲是為了可拆，然後接合鬆了，於是上螺絲膠。 這裡值得停一下，因為在螺絲上用永久級的膠， 等於把當初花錢買到的那個性質還回去一部分。
有時候那完全正確——可拆級的膠擋得住振動，而且用手工具還是拆得下來。 永久級也不是世界末日，原廠會給「局部加熱＋手工具」的拆卸方式。 但值得注意發生了什麼事：這個接合正在變得更難打開， 而「能打開」正是當初買螺紋的兩個理由之一； 何況螺絲膠只處理螺絲鬆脫兩條路徑裡的一條。 如果規格一路往永久那邊飄，值得重新問的是：它到底需不需要被打開。
螺絲真正贏的地方
- 維修可及性——任何技師會打開的東西、任何保固內要修的東西
- 調整——組裝之後才要對位，或之後還要再對一次
- 焊不起來的異材組合，而接著劑的固化時間又是產線等不起的
- 法規要求可分離——電池與其他壽命終期必須拆得開的元件
- 少量，卡扣的模具或焊接的治具攤不掉的時候
以上每一項裡，螺紋都買到了某個具體的東西。這就是那個檢驗： 在走那套規格順序之前，先講清楚「可拆」是為了什麼， 因為那個決策順序的其餘部分，都預設這一題已經回答過了。
這一篇屬於第 1 步，母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。
常見問題
什麼時候不該用螺絲？
當螺紋擅長的那兩件事都沒有被用到的時候。螺紋讓接合可以用一般工具拆開再裝回去，也讓夾持力可以被鎖到一個有人選定的數值。但大部分的代價不管有沒有用到都要付：一個孔、一個必須建立而且要對抗嵌入與移動去維持的預力，以及一道要管制的鎖付製程。如果這個接合裝一次就再也不維修，而且沒有人講得出它的夾持力在做什麼，那些螺紋就是付了錢沒有用到。
改用鉚釘就不會有螺絲造成的應力集中嗎？
不是同一個。鉚釘需要一個孔，但它把孔填滿了，而且成形時會產生夾持力與孔周殘留應力，所以空孔的結果不能直接搬過來。Kirsch 一八九八年的解給的是：無限寬平板、單軸拉伸下，空圓孔孔緣為遠場應力的三倍；若改以淨截面應力為基準，它會隨孔相對板寬變大而往二靠。鉚接是有夾持力的。它沒有的是一條會回轉的螺紋，以及一個你可以指定並驗證的預力數字。
為什麼焊接或黏接就沒有孔的問題？
它們避開的是扣件孔，那跟避開應力集中不是同一件事。焊接有它自己的應力集中，在焊趾與焊根，而焊接接頭的疲勞裂紋幾乎都從那裡開始；另外還有熱影響區、變形，以及對材料與幾何的限制。接著劑把負荷分散在一個面上而不是灌到孔緣，代價是表面前處理、固化時間、溫度與濕氣、潛變上限、怕剝離與劈裂，還有一個做完之後很難檢查的接合。
要上螺絲膠，是不是代表這個接合本來就不該用螺絲？
有時候是，而且它是一個問題而不是一個判決。用可拆級的膠去擋振動是合理的設計，連永久級也拆得下來——原廠會給局部加熱配合手工具的做法。但加上去就是讓這個接合更難打開，而那正是當初買螺紋的兩個理由之一；所以如果規格一路往永久那邊飄，值得問的是它到底需不需要被打開。
到底靠什麼決定用哪一種？
強度會先刷掉一輪——接著劑被剝離力拉、焊接遇到焊不起來的材料、卡扣用在塑膠會鬆弛的溫度，都是被能力排除。等到不只一種方法通過那道篩選之後，才輪到「會被打開幾次、誰打開、用什麼工具」，以及那個夾持力有沒有在做事（例如壓墊片或靠摩擦傳力）。在工廠裡用壓床開一次，跟技師站在梯子上開，是兩個不同的問題；而壽命終期為了回收而分離，即使是唯一的一次，也算一次打開。
參考資料
詢價
不確定這個接合到底需不需要用螺牙？ 告訴我們它多久打開一次、誰打開、兩邊是什麼材料，以及那個夾持力有沒有在做事。 我們是賣螺絲的，這個建議請照這個立場打折看—— 但一個永遠不會打開、也沒有預力要維持的接合，我們其實寧願你不要為它買螺絲， 因為那種接合最後都會變成「一直鬆」的客訴回來。