용융 아연 도금 고장력 볼트: 토크 계수는 모두 규격 안이지만 일본은 너트 회전법을 요구합니다

용융 아연 도금 F8T만을 위한 JIS는 없습니다

F8T는 마찰 접합용 고장력 육각 볼트의 일본 강도 등급이며 JIS B 1186에 규정되어 있습니다. 용융 아연 도금 F8T에는 별도의 JIS가 없습니다. 논문에 따르면 JIS B 1186의 값을 적용하며 각 제조업체는 국토교통대신의 승인을 받아 판매합니다. 이 값에는 최소 보증 응력 640 N/mm², 인장 강도 800~1000 N/mm², 토크 계수 0.110~0.150, 최소 아연 부착량 550 g/m²(HDZ55)가 포함됩니다. 와셔는 도금 중 풀림 열처리로 경도가 낮아지므로 하한을 별도로 정합니다.

규정이 너트 회전법을 요구하는 이유

일본의 도로교 시방서와 철도 구조물 설계 기준은 모두 용융 아연 도금 F8T에 너트 회전법을 요구합니다. 탄성 영역에서 토크로 관리하지 않고 소성 영역에서 볼트를 관리합니다. 논문은 두 가지 이유를 제시합니다. 용융 아연 도금 부재와 볼트의 도금 두께 편차가 초기 체결력을 흩뜨리고, 응력 완화에 따른 초기 체결력 손실이 큽니다.

먼저 체결부를 밀착 체결하고(철도 기준은 M16에 100 N·m, M20과 M22에 150, M24에 200을 제시합니다) 표시한 뒤, 길이가 지름의 다섯 배 이하인 볼트는 너트를 120° ± 30° 돌립니다. 더 긴 볼트는 예비 시험이 필요합니다. 이 각도의 근거는 토크와 각도를 함께 쓰는 방법에서 설명합니다.

볼트 1,038개의 토크 계수

조사에는 철도 기관과 제작업체 일곱 곳의 프로젝트에 사용된 볼트 및 시험 볼트의 제품 검사 성적서가 포함되었습니다. 기록은 346건이며 각 기록은 볼트 세 개의 평균입니다.

평균은 범위 중앙에 있고 최솟값은 하한보다 0.005 높으며 최댓값은 상한보다 0.007 낮습니다. 볼트 길이와의 뚜렷한 관계는 없습니다. 또한 한 제조업체의 토크 계수는 모든 크기에서 0.120 미만이었습니다.

정돈된 수치를 체결 축력으로 환산하면

일정한 토크에서 체결 축력은 토크 계수에 반비례합니다. 성적서의 최솟값과 최댓값 사이에서 0.143 ÷ 0.115 = 1.24입니다. 같은 토크에서 계수가 0.115인 로트는 0.143인 로트보다 체결 축력이 24% 더 큽니다. M22만 보면 평균 0.126, 표준편차 0.0058이므로 양쪽으로 표준편차 두 배 범위는 0.114~0.138, 약 ±9%입니다. 이 환산은 성적서 값만 사용한 이 사이트의 계산입니다.

성적서 값은 해당 볼트 세트의 제품 검사 결과입니다. 규정이 우려하는 볼트와 용융 아연 도금 부재의 도금 편차 및 체결 후 응력 완화는 그 값에 포함되지 않습니다. 정돈된 성적서가 토크 관리의 정확도가 충분함을 뜻하지는 않습니다. 규정은 대신 각도 관리를 선택했습니다(토크 수치는 마찰 조건을 전제합니다).

볼트를 지정하는 경우

체결 방법부터 결정하십시오. 토크 관리를 사용한다면 무도금 볼트용 표가 아니라 용융 아연 도금 볼트 자체의 계수로 토크를 정해야 합니다. 도금과 응력 완화에 따른 산포는 여전히 남습니다(토크는 맞지만 체결 축력은 틀립니다).

해당 로트의 성적서를 읽으십시오. 같은 범위 안에서도 제조업체별로 일관되게 낮거나 높은 값이 나올 수 있습니다. 공급업체나 로트가 바뀌면 토크를 다시 확인해야 합니다.

용융 아연 도금 너트는 별개의 문제입니다. 나사산은 도금 후에 가공합니다 (용융 아연 도금 너트는 아연 도금 후 나사산을 가공합니다).

이 페이지에서 내릴 수 없는 결론

이 통계는 JIS B 1186에 따른 일본 F8T의 성적서 통계이며 ISO 강도 등급이나 다른 국가 규정에 직접 적용할 수 없습니다. 체결 축력 환산에는 현장의 도금 편차나 응력 완화 없이 성적서의 계수만 사용했습니다. 이 논문은 용융 아연 도금 고장력 볼트의 수소 취성을 다루지 않습니다(나사를 파단시키는 방청 처리).

이 글은 여섯 단계 중 하나에만 해당하지 않습니다. 여러 단계를 아우르거나 조립 후에 나타나는 문제입니다. 관련 결정은 영어 글 Specifying a screw에서 설명합니다.

자주 묻는 질문

용융 아연 도금 고장력 볼트를 토크로 체결할 수 있습니까?

일본의 도로교 및 철도 구조물 규정은 용융 아연 도금 F8T에 너트 회전법을 요구합니다. 먼저 밀착 체결한 뒤 길이가 지름의 다섯 배 이하인 볼트는 120° ± 30° 돌리며, 그 이유로 도금 두께 편차와 큰 응력 완화 손실을 제시합니다.

용융 아연 도금 고장력 볼트의 토크 계수는 얼마입니까?

2020년에 용융 아연 도금 F8T 볼트 1,038개의 성적서를 조사한 결과 평균은 0.126~0.129, 최솟값은 0.115, 최댓값은 0.143이었고 규정 범위는 0.110~0.150이었습니다. 한 제조업체는 모든 크기에서 0.120 미만이었습니다.

참고 자료

• Komine et al. (2020) — Investigation of torque coefficient and mechanical property on hot dip galvanized high strength bolts, JSCE Journal A1 76(1):174–179(J-STAGE, 공개 논문, 일본어)
• 토크와 각도를 함께 쓰는 방법

논문 전체를 읽었으며 규정값, 기록 수, 토크 계수와 기계적 성질은 발표된 수치 그대로입니다. 논문 표에는 토크 계수의 단위가 kN으로 인쇄되어 있지만 계수는 무차원이며 여기서는 단위 없이 표시했습니다. 체결 축력 비와 표준편차 두 배 범위는 이 사이트의 계산입니다.