플랜지 볼트 체결 토크 (Flange Bolt Tightening Torque )

이번 글은 볼트 체결토크에 대한  이야기 입니다.  관련  업무에 참조가 되었으면 합니다.

플랜지 볼트 체결 토크 (Flange Bolt Tightening Torque )

 

일반적으로 Bolt  체결 토크는 아래 계산식에 의해서 결정되어 진다.

 

* T = k * d * N ( ~ up to + 5.0%)
	k : Torque Coefficient
	d : Bolt nominal Dia.
	N : Bolt Axial Pre-Tension
	N =	0.75 * Fy * Ae (for JIS 10T)
		0.85 * Fy * Ae (for JIS  8T)
		0.70 * Fu * Ae (for ASTM Bolt)

 

Bolt Grade		Strength	Nom.Dia.	Effec. Area	Pre-Tension	Torque(kN-mm)
		Fy (N/mm2)	d (mm)	Ae (mm2)	N (kN)	k=0.13	k=0.17
JIS	F 8T	640	M16	157	85.4	177.6	232.3
			M20	245	133.3	346.5	453.2
			M24	353	192.0	599.1	783.5
			M27	459	249.7	876.4	1,146.1
			M30	561	305.2	1,190.2	1,556.4
	F 10T	900	M16	157	106.0	220.4	288.3
			M20	245	165.4	430.0	562.3
			M24	353	238.3	743.4	972.2
			M27	459	309.8	1,087.5	1,422.1
			M30	561	378.7	1,476.8	1,931.2
Bolt Grade		Fu (ksi)	d (Inch)	Ae (inch2)	N (kips)	Lbf -ft (k=0.2)
ASTM	A 325	120	5/8	0.226	19.0	197.8
			3/4	0.334	28.1	350.7
			1	0.606	50.9	848.4
		105	1 1/8	0.763	56.1	1051.5
			1 1/4	0.969	71.2	1483.8
	A 490	150	5/8	0.226	23.7	247.2
			3/4	0.334	35.1	438.4
			1	0.606	63.6	1060.5
			1 1/8	0.763	80.1	1502.2
			1 1/4	0.969	101.7	2119.7

 

KSB 1010 에 따른 볼트 사양
	볼트 Size	볼트 강도	토크계수치 (Min.)		체결토크 (N m)			평균 (N m)
					Min.		Max.
	M24	F8T	0.110		416.86	-	565.75	579.960
			0.150		565.75	-	771.48
		F10T	0.110		586.34	-	799.56	816.660
			0.150		795.70	-	1085.04
		F11T	0.110		644.42	-	874.37	897.468
			0.150		878.76	-	1192.32
	(상세 계산은 아래 계산식 참조)
1) M24 F8T
K=	토크 계수치		Min.	0.110
			Max.	0.150
D=	볼트의 공칭 직경		M24	0.024	m as exterior diameter  (외경)
N=	볼트의 축력		Min.	157.9	kN
			Max.	214.3	kN
				K min			K Max.
체결 토크	=	K x D x N	Min.	0.42	kN  m		0.57	kN  m
				416.86	N m		568.44	N m
			Max.	0.57	kN  m		0.77	kN  m
				565.75	N m		771.48	N m
(+/- 10 % 이내에서 결정)
2) M24 F10T
K=	토크 계수치		Min.	0.110
			Max.	0.150
D=	볼트의 공칭 직경		M24	0.024	m as exterior diameter  (외경)
N=	볼트의 축력		Min.	222.1	kN
			Max.	301.4	kN
				K min			K Max.
체결 토크	=	K x D x N	Min.	0.59	kN  m		0.80	kN  m
				586.34	N m		799.56	N m
			Max.	0.80	kN  m		1.09	kN  m
				795.70	N m		1085.04	N m
(+/- 10 % 이내에서 결정)
3) M24 F11T
K=	토크 계수치		Min.	0.110
			Max.	0.150
D=	볼트의 공칭 직경		M24	0.024	m as exterior diameter  (외경)
N=	볼트의 축력		Min.	244.1	kN
			Max.	331.2	kN
				K min			K Max.
체결 토크	=	K x D x N	Min.	0.64	kN  m		0.88	kN  m
				644.42	N m		878.76	N m
			Max.	0.87	kN  m		1.19	kN  m
				874.37	N m		1192.32	N m
(+/- 10 % 이내에서 결정)

 

** ASME PCC-1 :  압력이 작용하는 경계 부분의 볼트 플랜지 조인트 체결에 대한 지침으로 , 기본적으로 볼트 연결이 많이 사용되는  정유, 화학 및 파이프 라인 등에 적용되는 규격으로 , PCC-1은 가이드라인 이지만 볼트 체결시 표준으로 간주되고 있으며,  많은 주요 석유 화학 회사들이  이 표준을 사용하고 있다.  (보다 상세한 사항은 ASME PCC-1 Appendix J 참조)

 

일반적으로 볼트에 적용되는 토크 및 장력(예압)과 관련 된 산출식은  다음과 같으며, 

이 식은  미터식 및  유니파이드 나사산 형식의 볼트 체결에 대해서 아래와 같이 단순화 될 수 있으며, 아래식은 현업에서  실용적으로 많이 사용되고 있다.

 

T	Total tightening torque	총 조임 토크
F	Bolt preload	볼트 예압
μt	Coefficient of friction for the threads	나사산 마찰 계수
d	Nominal major diameter of the thread i.e. for a M24 thread d=24mm	나사산의 공칭 외경, 즉 M24 나사산 d=24mm
d2	The basic pitch diameter of the thread. For metric threads d2=d-0.6495p	나사산 기본 피치 직경 ( 메트릭 스레드의 경우 d2=d-0.6495p)
β	The half included angle for the threads	나사산 절반 포함 각도
p	Pitch of the thread.	나사산 피치
μn	Coefficient of friction for the nut face or bolt head	너트 면 또는 볼트 헤드의 마찰 계수
De	The effective bearing diameter of the nut	너트의 유효 베어링 직경
do	The outer bearing diameter of the nut	너트의 외부 베어링 직경
di	The inner bearing diameter of the nut face	너트 표면의 내부 베어링 직경

 

[ 계산 예시 ]

 

[ Extracted from PCC-1 ]