볼트 연결의 피로

볼트 연결에는 피로 파괴라고 알려진 일종의 파괴가 있습니다. 피로 파괴는 주로 장기간의-주기적인 진동 환경에서 발생합니다. 수소 취성과 유사하게 파괴는 갑작스럽지만 둘은 근본적으로 다릅니다.-피로 파괴는 장기간의 반복 하중에 따른 누적 손상의 결과인 반면, 수소 취성은 수소 원자로 인한 취성 파괴입니다. 현재로서는 볼트에 피로파괴가 발생하는 정확한 시점을 미리 예측할 수 있는 기술이 없습니다. 따라서 설계, 자재 선택, 설치 등 초기 단계부터 예방 조치를 취해야 합니다.

모든 볼트에는 수명이 있습니다. 일부 볼트는 재사용이 가능하지만 무한정 사용할 수는 없습니다. 볼트가 설계하중을 초과하는 작동상태로 장기간 방치되면 피로파괴 확률이 크게 높아집니다. 이러한 파손은 생산설비에 심각한 손상을 가져올 뿐만 아니라, 심각한 경우 안전사고로 이어질 수도 있습니다.

그렇다면 볼트에 피로파괴가 발생하는 이유는 무엇입니까? 업계에서 상대적으로 일관된 이해는 다음과 같습니다. 주기적 하중(예: 진동 및 교번 압력)이 작용하면 응력이 볼트의 응력 집중 영역(예: 나사 뿌리 및 헤드와 생크 사이의 전이)에 축적되는 경향이 있습니다. 일치하는 부품에 치수 편차가 있거나볼트 부적절한 예압(너무 빡빡하거나 너무 느슨함)으로 설치하면 국부적 응력 불균형이 더욱 악화됩니다. 축적된 응력이 재료의 피로 한계를 초과하고 재료의 가소성이 이러한 손상을 완충하기에 충분하지 않은 경우 볼트 내부에 미세 균열이 점차 형성됩니다. 사이클 수가 증가함에 따라 균열은 계속해서 전파됩니다. 임계점에 도달하면 볼트가 갑자기 파손됩니다. 육안으로 볼 때 "갑작스런 균열"로 보이는 것은 실제로는-장기적인 균열 축적과 점진적인 전파의 결과입니다. 전체 과정은 다음과 같이 요약할 수 있습니다. 볼트의 응력 집중 지점에 주기적 응력이 작용 → 점차적으로 볼트 매트릭스가 찢어짐 → 미세 균열 형성 → 균열이 임계점까지 전파 → 볼트가 갑자기 파손됩니다.

이것이 볼트를 사용하기 전에 인장 강도 테스트를 거쳐야 하는 이유 중 하나입니다. 인장 시험은 짧은 시간이 소요되지만 파단 위치를 관찰하고(파단이 나사 뿌리 또는 머리-생크 전이와 같은 응력 집중 영역에서 발생하는 경우 피로 위험을 경계해야 함) 파단력을 기록함으로써 볼트의 기본 기계적 특성을 예비 평가할 수 있습니다. 테스트에서 볼트의 파단력이 설계 표준보다 현저히 낮은 경우 이 볼트 배치를 사용하지 않는 것이 좋습니다.

또한 환경 온도 변화도 볼트의 피로 수명에 영향을 미칩니다. 온도가 지나치게 높거나 낮은 환경 또는 온도 변화가 빈번한 환경에서 볼트를 사용하면 재료의 피로 손상이 가속화됩니다. 공기 중의 부식성 매체(예: 습기 및 염수 분무)에 의한 볼트 침식과 결합되면 피로 파손 가능성이 더욱 높아집니다.

이러한 파손 위험의 대부분은 작동 조건에 대한 재료의 적응성과 관련이 있습니다. 생산 공정을 최적화하여 피로 파손 가능성을 줄일 수 있습니다. 조건이 허용되면 볼트 처리 순서를 조정할 수 있습니다.-먼저 볼트 블랭크에 열처리(담금질 및 템퍼링)를 거친 다음 나사산 압연을 수행합니다(일부 시나리오의 전통적인 공정은 나사 압연 후 열처리하는 것입니다. 그러나고강도-볼트, 스레드 롤링 전 열처리는 스레드 가공 중에 발생하는 추가 응력 집중을 감소시켜 내 피로성을 향상시킬 수 있습니다. 또는 전체 나사산 볼트를 부분 나사산 볼트로 교체할 수 있습니다. 결국, 볼트의 매끄러운 생크 부분에는 나사산 구조가 없으므로 나사산 부분보다 응력 분포가 더 균일하고 피로 저항이 훨씬 좋습니다.