고강도 볼트란 무엇인가요?

초고강도 마찰 그립 볼트는 크기와 무게를 최소화하면서 향상된 성능을 제공하는 화스너 기술의 획기적인 발전입니다. 이 혁신적인 볼트 디자인은 크기를 줄였음에도 불구하고 기존 볼트와 동등한 체결력을 유지하여 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

1. 무게 감소: 볼트 크기가 작아지면 항공우주 및 자동차 등 많은 산업에서 중요한 요소인 전체 장비 무게 감소에 직접적으로 기여합니다.
2. 설치 공간 증가: 컴팩트한 디자인으로 어셈블리의 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있어 엔지니어가 구성 요소 레이아웃을 최적화하거나 추가 기능을 통합할 수 있습니다.
3. 성능 향상: 이 볼트는 무게를 줄이고 잠재적으로 더 간소화된 설계를 가능하게 함으로써 차량의 연비 향상 또는 항공기의 적재 용량 증가 등 장비 성능 향상에 기여할 수 있습니다.

고강도 마찰 그립 볼트(HSFG 볼트라고도 함)는 조인트 안정성이 중요한 고하중 적용 분야를 위해 설계된 특수 패스너입니다. 이 볼트는 전단 강도가 아닌 마찰의 원리로 작동합니다. 특정 토크로 조이면 연결된 부품 사이에 마찰을 발생시키는 클램핑력을 생성하여 효과적으로 부품을 서로 "고정"합니다.

HSFG 볼트의 주요 특징은 다음과 같습니다:

1. 일반적으로 8.8~10.9 등급 이상의 우수한 인장 강도
2. 일관된 성능을 보장하는 정밀한 제조 공차
3. 하중을 분산하고 표면 손상을 방지하기 위해 경화 와셔와 함께 사용하는 경우가 많습니다.
4. 철골 구조물, 교량 및 고응력 기계 어셈블리에서 일반적으로 사용됨

초고강도 변형은 이러한 특성을 더욱 강화하여 볼트 설계 및 적용의 한계를 뛰어넘습니다.

16.8 및 19.8 등급의 물리적 패스너

1. 고강도 볼트란 무엇인가요?

고강도 볼트, 더 정확하게는 고강도 마찰 그립(HSFG) 볼트라고 하는 고강도 볼트는 중요한 구조물 용도로 설계된 특수 패스너입니다. "고강도 볼트"라는 용어는 건설 분야에서 일반적으로 사용되지만, 그 기능과 특성에 대한 오해를 피하려면 전체 명칭을 이해하는 것이 중요합니다.

HSFG 볼트의 차별화된 특징은 재료 강도뿐만 아니라 높은 체결력을 개발하고 유지할 수 있는 엔지니어링 능력에 있습니다. 이 볼트는 특정 장력으로 프리로드되도록 설계되어 볼트 생크의 전단력이 아닌 정적 마찰을 통해 전단력에 저항하는 마찰 그립을 연결 요소 사이에 생성합니다.

오해 1: 8.8 이상의 재료 등급은 "고강도 볼트"를 정의합니다.

이는 일반적인 오해입니다. 고강도 볼트와 표준 볼트의 주요 차이점은 단순히 재료 강도가 아니라 적용 방법과 하중 지지 메커니즘입니다. HSFG 볼트는 특별히 설계 및 제조되었습니다:

1. 일관된 프리로드 달성 및 유지
2. 동적 부하에서 느슨해지지 않음
3. 뛰어난 내피로성 제공
4. 연결 시 향상된 미끄럼 방지 기능 제공

영국 및 유럽 표준에서 HSFG 볼트는 일반적으로 BS EN 14399에 따라 8.8 및 10.9 등급에 속하며, 미국 표준에서는 ASTM A325 및 A490에 해당합니다. 그러나 이러한 등급의 모든 볼트가 자동으로 HSFG 볼트로 간주되는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 특정 제조 공정, 표면 처리 및 사용 용도에 따라 지정이 달라집니다.

4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 12.9 등급(BS 3692에 명시된 대로)의 표준 볼트는 다양한 하중 조건에 맞게 설계되었으며 HSFG 볼트와 동일한 수준의 예압 또는 마찰 그립 기능을 반드시 제공하지는 않습니다.

요약하자면, 고강도(HSFG) 볼트와 일반 볼트의 차이점은 다음과 같습니다:

1. 일관된 프리로드 기능을 보장하는 특정 제조 공정
2. 원하는 마찰 계수를 달성하기 위한 표면 마감 제어
3. 장력 제어를 위한 특수 도구가 필요한 정밀한 설치 절차
4. 높은 클램핑력을 수용하기 위한 연결 요소의 설계 고려 사항

표2 강철 볼트 및 나사의 강도 등급 지정

2. 고강도 볼트의 강도는 얼마인가요?

GB50017에 따라 8.8등급의 일반 클래스 B 볼트 1개와 8.8등급의 고강도 볼트 1개의 인장 및 전단 강도를 계산합니다.

고강도 볼트의 "강도"가 어디에 있는지에 대한 질문에 답하려면 먼저 일반 볼트와 고강도 볼트 모두에 대한 설계 작업 조건과 탄성-소성 변형 법칙을 이해하는 것이 중요합니다.

설계 실패의 한계 상태를 연구하면 같은 등급의 일반 볼트의 경우 인장 및 전단 강도의 설계 값이 더 높을 수 있지만, 고강도 볼트의 진정한 강도는 고장 없이 더 극한의 하중을 견딜 수 있는 능력에 있음을 알 수 있습니다.

작업 조건에서 일반 볼트 및 고강도 볼트의 응력-변형률 곡선

설계 실패 시 제한 상태

평범한 볼트 연결를 사용하면 볼트 자체에 설계 한계를 초과하는 소성 변형이 발생하여 볼트가 전단됩니다. 이 과정에서 볼트가 전단을 견디기 시작하기 전에 연결 플레이트 사이에 상대적인 슬립이 발생합니다. 이로 인해 탄성 소성 변형이 발생하고 전단력을 견디게 됩니다.

반대로 고강도 볼트 연결의 경우, 유효 마찰 표면 사이의 정적 마찰이 전단력을 부담하는 초기 요인입니다.

하중이 증가하면 마찰력이 전단력에 저항하기에 불충분해져 정적 마찰력이 극복될 수 있습니다. 이로 인해 두 강판의 상대적인 변위가 발생하며, 이는 설계 고려 사항에서 실패로 간주됩니다.

그러나 이러한 경우에도 볼트 막대는 연결 플레이트와 접촉할 때 자체 탄성 플라스틱 변형을 사용하여 전단을 견딜 수 있습니다.

오해 2: 높은 지지력은 고강도 볼트인가요?

단일 볼트에 대한 계산에 따르면, 고강도 볼트의 인장 및 전단 설계 강도는 일반 볼트보다 낮습니다. 그러나 고강도 볼트의 진정한 강도는 설계 조인트 특성에 있습니다.

조인트가 정상적인 작업 조건에 있을 때 상대적인 슬립이 허용되지 않으므로 탄성 소성 변형이 최소화되고 조인트 강성이 높습니다. 따라서 일반 볼트를 사용하는 설계에 비해 볼트 수를 줄이지 않더라도 조인트의 안전 예비력이 높아집니다.

고강도 볼트는 "강한 노드와 약한 부재"라는 기본 내진 설계 원칙에 따라 높은 노드 강성이 필요한 메인 빔 및 기타 위치에 사용하기에 적합합니다.

따라서 고강도 볼트의 강도는 지지력의 설계값이 아니라 설계된 조인트의 큰 강성, 높은 안전 성능 및 강력한 손상 저항성에서 찾을 수 있습니다.

3. 고강도 볼트와 일반 볼트의 비교

설계 응력 원칙이 다르기 때문에 일반 볼트와 고강도 볼트의 시공 검사에 사용되는 방법에는 상당한 차이가 있습니다.

일반 볼트 및 고강도 볼트에 대한 검사 요구 사항

같은 등급의 일반 볼트에 대한 기계적 성능 요구 사항은 고강도 볼트에 대한 요구 사항보다 약간 높습니다.

하지만 고강도 볼트는 일반 볼트에 비해 충격 에너지를 수용해야 하는 요구 사항이 더 높습니다.

• a. 영국 표준 8.8 등급 고강도 볼트 연결 쌍 식별, 볼트, 너트 및 와셔(BS4395);
• b. 영국 표준 8.8 등급 고강도 볼트 연결 쌍 식별, 볼트, 너트 및 와셔(BSEN14399);
• c. 미국 표준 8.8 등급 고강도 나사 연결 쌍 식별, 볼트, 너트 및 와셔(ASTM A325);
• d. 영국 표준 등급 8.8 일반 볼트 연결 쌍 식별, 볼트, 너트 및 와셔(BS3692).

일반 볼트와 고강도 볼트의 마킹은 현장에서 같은 등급의 볼트를 식별하는 기본적인 방법입니다. 또한 영국과 미국 표준에 따라 고강도 볼트는 토크 값 계산이 다를 수 있으므로 이를 구분할 필요가 있습니다.

비용 측면에서 일반 볼트는 고강도 볼트보다 약 70% 저렴합니다. 허용 요구 사항을 비교하면 고강도 볼트의 프리미엄 비용은 충격 에너지(인성) 성능을 보장하기 위한 것이라는 결론을 내릴 수 있습니다.

4. 볼트의 피로 강도를 개선하는 방법은 무엇인가요?

고강도 볼트의 가장 일반적인 고장 형태는 복잡한 하중과 관계없이 피로 파괴입니다.

1980년 초, 전문가들은 200건의 볼트 연결 실패 사례를 연구한 결과 50% 이상이 피로 고장으로 인한 것임을 발견했습니다.

따라서 고강도 볼트의 내피로성을 개선하는 것이 중요합니다.

그리고 피로 골절 의 볼트에는 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 최대 스트레스를 유발하는 피로 골절 는 정적 응력을 받는 재료의 강도 한계보다 훨씬 낮으며 항복 한계보다 훨씬 낮습니다.
• 피로 골절은 눈에 띄는 소성 변형 없이 갑작스럽고 부서지기 쉬운 골절이 발생합니다.
• 피로 골절은 시간이 지남에 따라 미세한 손상이 누적된 결과입니다.

볼트의 경우 주요 고장 형태는 나사산 부분의 소성 변형과 나사의 피로 파단입니다. 이 중 대부분의 손상은 다음과 같이 발생합니다:

• 너트와 연결된 첫 번째 스레드의 65%
• 20%는 실과 광택 막대 사이의 전환점에서
• 볼트 헤드와 나사 사이의 필렛에 15%.

1. 스트레스 집중을 줄이기 위한 설계 최적화

응력 집중을 없애기 위해 볼트의 끝단 크기를 엄격하게 제어합니다:

a. 큰 전환 필렛 사용

b. 언로딩 홈 절단

c. 실 끝의 언더컷 절단

d. 볼트 헤드의 경사각을 최적화하면 응력 집중을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

e. 강화 스레드 사용

강화 스레드와 일반 스레드의 주요 차이점은 외부 스레드의 작은 직경(d1)과 루트 전이 필렛 반경(R)입니다.

강화 스레드의 주요 특징으로는 일반 스레드에 비해 더 큰 소경(d1), 루트 전이 필렛 반경(R) 증가, 볼트 내 응력 집중 감소 등이 있습니다.

강화 스레드의 루트 전이 필렛 반경(R)에 대한 특정 요구 사항이 있으며, R+ = 0.18042P 및 rmin = 0.15011P(여기서 P는 피치)입니다. 이와는 대조적으로 일반 스레드에는 이러한 요구 사항이 없으며 직선형 섹션을 가질 수도 있습니다.

2. 제조 공정 개선

열처리 제어 개선 및 표면 처리 공정을 통해 볼트를 제조하면 볼트의 피로에 대한 저항력을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

a. 열처리

볼트는 열처리 후 압연하여 상당한 잔류 압축 응력을 생성하여 균열의 형성과 성장을 늦추고 내구성을 향상시킵니다. 피로 강도. 예방하는 것이 중요합니다. 탈탄 열처리 중 표면 탈탄이 있는 볼트와 없는 볼트의 피로 강도를 비교합니다.

탈탄이 존재하면 층에서 탄소가 산화되어 금속 구조에서 시멘타이트가 감소하고 더 낮은 강도 및 경도 일반 구조물과 비교하여. 일반적으로 볼트의 피로 강도는 표면 탈탄 조건에서 19.8%까지 감소합니다.

b. 인산염

볼트 표면의 인산염 처리는 녹을 방지하고 조립 시 안정적인 마찰을 보장하는 역할을 합니다. 또한 마모도 줄일 수 있습니다.

스레드 롤링 공정에서 스레드 롤링 휠과 스레드 롤링 휠 사이의 마찰을 줄이면 나사산 는 압연 후 볼트 나사산의 응력 분포에 긍정적인 영향을 미치고 나사산 표면의 거칠기를 줄일 수 있습니다.

3. 적절한 프리로드 설정

일반 볼트 연결의 장력은 주로 처음 세 개의 응력을 받는 나사산에 의해 전달됩니다. 초기 축력이 상당하면 일부 나사산의 뿌리에서 국부적으로 소성 변형이 발생하여 다음과 같은 결과를 초래합니다. 잔류 스트레스 의 뿌리를 압박합니다. 이 잔류 압축 응력은 스레드의 피로 강도를 향상시킵니다.

또한 나사산의 소성 변형은 응력 분포를 개선하고 접촉 압력을 감소시켜 나사산의 피로 강도를 향상시킵니다. 예압이 클수록 볼트 연결부는 예압의 분리 및 이완에 더 잘 견딜 수 있습니다. 그 결과 볼트 연결의 유효 피로 강도가 높아집니다. 볼트 연결.

따라서 볼트 연결부의 사전 체결력을 높이면 주기적인 외부 하중에서 피로 파괴를 견디는 능력이 향상되고 진동 및 충격력 또는 제한된 과부하로 인한 피로 파괴의 위험이 줄어듭니다.