[기술자료] 볼트가 부러지는 5가지 원인과 이를 방지하는 방법

 

회전식 어셈블리 또는 기계 장비에 사용할 때 볼트가 부러지면 장비가 오작동하거나 가까운 곳에서 부상을 입을 위험이 있습니다. 문제가 자주 발생하지는 않지만 개인과 회사는 장비나 기계가 '부러진 볼트'에 굴복하지 않도록 하는 데 중점을 둡니다. 흔히 볼트 파손을 방지하기 위해 원통형 프로텍터나 금속판을 사용하지만, 이는 산업 수준에서 채택할 수 없는 '가정용 솔루션'이라고 할 수 있습니다.

다음은 볼트가 파손될 수 있는 다섯 가지 방법과 문제로부터 자신을 보호하기 위해 할 수 있는 일입니다.

1. 과도한 스트레스
이름에서 알 수 있듯이 과도한 스트레스는 볼트에 정당하지 않은 하중을 가하는 것과 관련됩니다. 이것은 볼트 파손의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 볼트에 적절한 응력이 가해지는지 확인하면 볼트의 수명이 크게 향상되는 것을 안심할 수 있습니다.

볼트는 세 가지 유형의 응력을 경험합니다.

예압 또는 볼트 체결부를 온전하게 유지하는 내부 응력
별도의 응력을 가하는 접합 재료의 외력인 서비스 하중
가장 중요한 응력인 인장하중은 볼트의 양쪽 끝을 따로 잡아당기는 정적 응력입니다. 이 하중이 볼트에 과도하게 가해지면 하중 지지 기능이 바뀌어 궁극적으로 볼트가 파손될 수 있습니다. 추가적인 힘이 가해지지 않도록 볼트를 자주 조이거나 뒤집는 행위는 삼가해 주십시오. 가해지는 인장력은 볼트의 인장 강도를 초과해서는 안 됩니다.

2. 피로
피로 파괴는 주로 평생 가치가 없는 전단 볼트와 관련이 있습니다. 간단히 말해서 볼트는 수명 기간 동안 상당한 양의 피로를 겪게 되어 효율성이 점차 감소합니다. 과도한 스트레스와 마찬가지로 피로도 프리로드 및 서비스 부하와 관련될 수 있습니다.

예압 및 서비스 부하는 주기로 예측할 수 있습니다. 볼트는 예압 및 서비스 하중의 사전 결정된 주기를 거칩니다. 그런 다음 피로는 볼트가 경험하는 예비 하중 및 사용 하중 주기의 수로 계산됩니다.

장비가 피로해지지 않도록 하려면 2년마다 볼트를 교체하십시오. 특히 장비가 모델링 장비 및 스탬핑 기계의 응력 요소에 노출된 경우 더욱 그렇습니다.

3. 부식
부식은 단순히 볼트가 산소, 자연적으로 발생하는 화학 물질 또는 기타 금속 제품과 같은 호환되지 않는 물질에 노출되는 것을 말합니다. 자동차 부품의 볼트는 엔진 오일 누출 또는 기타 유체 누출에 노출될 수 있는 화학적 부식에 더 취약하여 시간이 지남에 따라 볼트가 열화될 수 있습니다. 호환되지 않는 금속 부식 또는 갈바닉 부식은 비교적 드물지만 기계, 광업 또는 건축 분야에서 발생할 수 있습니다.

부식의 영향을 줄이는 가장 간단한 방법은 특정 유형의 패스너 및 부식 원인에 맞게 설계된 사전 적용을 사용하는 것입니다. 이 방법은 부식을 줄이는 다른 정교한 방법에 비해 간단하고 효율적이며 경제적입니다.

4. 수소 취화
이 과정은 금속 구조에 원자 수소가 존재하기 때문에 볼트의 금속이 부서지기 쉬워질 때 발생합니다. 여기에 설명된 모든 요인 중에서 수소 취성은 대체로 예방하기 가장 어렵습니다.

수소 취성은 과도한 응력과도 연관될 수 있습니다. 과도한 응력으로 인해 볼트 구조에 기포가 형성되면 볼트의 보호되지 않은 부분이 대기 중에 존재하는 원자 수소에 노출되어 볼트가 더 빠르고 크게 저하됩니다.

수소 취성 발생을 방지하는 유일한 해결책은 패스너가 과도한 응력으로 인해 균열이 발생하는 즉시 교체하는 것입니다. 또 다른 해결책은 수소 취성을 유발하는 양극 용매 및 화학 물질이 없도록 볼트의 분위기를 변경하는 것입니다.

5. 볼트 잠금
볼트가 많은 양의 진동에 직면하는 응용 분야에서는 볼트에 고르지 않은 응력이 발생하여 볼트가 파손될 수 있습니다. 예를 들어 변속 포크에서 진동으로 인해 볼트가 느슨해지거나 완전히 파손되어 제어력을 완전히 상실할 수 있습니다.

진동이 심한 작업에 장비를 배치하는 경우 잠금 와셔, 잠금 너트, 와이어 랩, 코터 핀 및 기타 패스너와 함께 볼트를 사용해야 합니다. 패스너를 잠근 후에 진동으로 인해 볼트의 품질이 저하되지 않는다는 것을 안심할 수 있습니다.

장비를 설계, 구축 및 유지 관리하는 동안 이러한 요소를 염두에 두면 볼트 수명을 크게 개선하고 고장 가능성을 줄일 수 있습니다.

이미지 크레디트: Nordroden, Shutterstock

출처
https://www.thomasnet.com/insights/5-causes-of-broken-bolts-and-how-to-prevent-them/

5 Causes Of Broken Bolts – And How To Prevent Them

Bolts breaking can put any piece of equipment in danger of malfunctioning or causing injury in the close vicinity when used on a rotary assembly or mechanical equipment. Although the problem is not encountered often, individuals and companies place added emphasis on ensuring that their equipment or machine does not succumb to ‘broken bolts’. Often, cylindrical protectors or metal plates are used to prevent bolt breakage, but these can be considered ‘home solutions’ which cannot be adopted at an industrial level.

Here are five ways in which bolts can break - and what you can do to insulate yourself from the problem.

1. Overstressing
As the name suggests, overstressing involves placing an unjustifiable load on bolts; this is one of the most common causes of bolt breakage. If you ensure that your bolts are adequately stressed, then you can rest assured that your bolts’ longevity drastically improves.

Bolts experience three types of stress:

Preload, or the internal stress keeping the bolted joints intact
Service load, which is the external force of the joint material to exert separate stresses
Tensile load, the most important stress, is static stress that pulls both ends of the bolt separately. If this load is overapplied to the bolt, it can cause a shift in the load-bearing capabilities and ultimately cause bolt breakage. To prevent the additional force, refrain from tightening and overturning your bolts often. The tensile force exerted should never exceed the bolt’s tensile strength.
2. Fatigue
Fatigue failure mainly pertains to shear bolts which do not come with a lifetime value. In simple terms, the bolts experience a significant amount of fatigue during their lifetime which causes their efficiency to gradually decrease. Like overstressing, fatigue can also be tied to preload and service load.

The preload and service load experienced can be estimated in cycles; bolts go through a predetermined cycle of preload and service load. Fatigue is then calculated by the number of preload and service load cycles experienced by the bolts.

To ensure that your equipment does not succumb to fatigue, replace bolts every two years, especially if your equipment is exposed to stress factors in modeling equipment and stamping machines.

3. Corrosion
Corrosion simply refers to the exposure of the bolts to incompatible substances like oxygen, naturally occurring chemicals, or even other metal products. Bolts in automobile parts are more susceptible to chemical corrosion where bolts can be exposed to engine oil leaks or other fluid leaks, therefore causing them to deteriorate over time. Incompatible metal corrosion or galvanic corrosion is comparatively rare but can happen in mechanical, mining, or construction applications.

The most straightforward way of reducing the effects of corrosion is to use pre-applications designed for specific types of fasteners and causes of corrosion. This method is simple, efficient, and economical compared to other sophisticated methods of reducing corrosion.

4. Hydrogen Embrittlement
This process occurs when the metal of the bolt becomes brittle due to the presence of atomic hydrogen in the structure of the metal. Of all the factors outlined here, hydrogen embrittlement is largely the most difficult to prevent.

Hydrogen embrittlement can also be tied to overstressing; once blisters are formed on the structure of the bolts as a result of overstressing, the unprotected parts of the bolt are exposed to atomic hydrogen present in the atmosphere, causing it to degrade faster and more significantly.

The only solution to preventing hydrogen embrittlement from occurring is to replace fasteners as soon as they crack due to overstressing. Another solution could be altering the bolts’ atmosphere to ensure that they are free of the anodic solvents and chemicals that cause hydrogen embrittlement.

5. Bolt Locking
In applications where the bolts face large amounts of vibration, it can cause an uneven amount of stress on the bolts, causing them to break. For example, in a shift fork, vibrations cause either the loosening of bolts or even complete breakage, which can result in a total loss of control.

In cases where the equipment is deployed in an operation with high vibrations, bolts should be used with locking washers, locking nuts, wire wrap, cotter pins, and other fasteners. After locking the fasteners, you can rest assured that vibrations won’t degrade the quality of your bolts.

Keeping these factors in mind while designing, building, and maintaining your equipment can drastically improve bolt life and decrease the possibility of failures.