축력이 가해진 볼트 체결부에 온도가 미치는 영향은?

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볼트 체결부에 미치는 부정적 영향

250°C가 넘는 사용 온도는 합금강과 구조용 강에서 크립(Creep) 현상과 응력 이완 현상(Relaxation)을 발생시킵니다. 따라서 사용 온도에서 탄성 상태의 축력이 적용된 볼트라고 하더라도 축력이 적용된 부분은 스틸 화스너의 항복 강도 감소분에 준하여 이완됩니다.

온도 변화로 인해 부품과 화스너는 온도 변화율, 부품의 질량 및 크기, 금속의 전도율 그리고 각 개별 소재의 팽창 계수에 따라 다양한 진폭으로 팽창하거나 수축합니다. 이런 식으로 소재와 부품 간의 상대적 팽창 또는 수축 차이로 인해 체결부에서 축력 변화가 발생합니다. 축력 변화의 최대 진폭은 과도 상태에서 일어나는 경우가 많습니다.

모든 부분이 동일 진폭으로 동시에 팽창하는 것이 아니기 때문에 열주기(Thermal Cycling)도 열로 인한 피로를 발생시킬 수 있습니다. 뜨거운 부분과 차가운 부분 간의 경계 영역에는 더 많은 응력이 가해지며 이로 인해 소재의 국소 피로가 발생할 수 있습니다. 그러나 온도가 모든 부분에서 안정적으로 고른 상태인 경우 클램프 부하에서 변화를 최소화 하거나 체결부 설계에서 축력 수정을 고려할 수 있도록 등질 팽창 계수를 가진 소재를 사용하는 것이 권장됩니다.

앞에서 언급한 문제들은 다음과 같은 최신의 설계 규정, 소재 선택 및  체결부 계산 가이드라인을 준수하여 해결할 수 있습니다:

  • 침전, 노후화 또는 열 처리(템버링 또는 어닐링)와 같은 금속의 극적인 변화를 피하기 위해 사용 온도에서 기계적 거동 특성에 따라 적합한 소재를 선택해야 합니다.
  • 사용 부하 그리고 열 주기 동안 다른 종류의 상대적인 열 팽창 또는 수축에 따라 유발되는 부하의 변동으로 인한 과도한 응력이 발생하지 않도록 확인하여야 합니다.

  • 크립 현상 및 이완 현상으로 인해 손실되는 축력 정도를 예상해야 합니다.

Nord-Lock 그룹의 경험과 솔루션

쐐기형 풀림 방지 와셔부터 멀티 잭볼트 텐셔닝까지 노드락 그룹의  제품군은 극한의 환경에서도 널리 사용됩니다.

노드락 그룹은 제품 선택, 제품 설계 및 체결부 설계 과정을 통해 볼트 체결부의 안전하고 내구성 강한 부품을 제공하기 위해 최신 가이드라인을 준수합니다. 또한 사용 온도와 부식 및 크립의 위험성을 고려하여 소재를 선택합니다. 

이후 상온 체결에서 사용 중 잔류 부하 또는 추가 부하에 이르기까지 축력 범위를 검토합니다. 필요한 경우 코팅, 윤활유 및 드라이 필름이 적용 되며 이와 함께 체결부 자체에서 발생하는 모든 위험을 피할 수 있도록 설계 단계에서부터 고객을 지원합니다.

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