산업안전사고예방 - 고착볼트 정비방법 및 주의사항

1. 고착볼트 발생 경로의 이해

1) 표면 응착에 의한 고착 절대적으로 깨끗한 금속면 간의 상태로 나사가 체결된 후 고강도의 외력이 가해져서 양 나사 표면 간의 거리가 단위 원자 간격 이내로 근접되어 두 나사면 사이에 아주 강한 결합(응착)이 발생하여 고착된다.
2) 부식에 의한 고착
볼트나 너트를 체결할 때 나사 등급에 따라 적정 틈새가 발생되는데 이 틈새로 침입할 수 있는 수분, 부식성 액체 및 가스가 금속과 전기 화학적 반응을 일으켜 만들어 내는 산화철이 고착의 원인이다.
3) 이물질에 의한 고착
나사면의 경도 보다 비슷하거나 높은 이물질이 잔재 또는 유입되어서 나사산을 손상시키고 볼트와 너트의 손상된 나사산 사이의 고착 발생한다.
4) 볼트 변형에 의한 고착
볼트 재질의 선정이 부적절하거나 또는 나사산이 과다하게 마모되어 나사산 체결 상태가 헐거운 상태에서 과도하게 볼트를 체결하게 되면 나사산 변형(젖혀짐)이 발생하여 볼트가 고착될 수 있으며 또한 정비원의 부주의한 볼트 체결로 인하여 나사산이 길이 방향으로 휘었을 경우 볼트가 고착된다.
5) 자연파괴에 의한 고착
정적 인장응력 상태에 있는 고강도 부재가 일정한 시간(수년)이 경과한 후에 외부 환경에 의해 취성 파괴를 일으켜 볼트 구멍에 수나사 절손 편이 남아 고착된다.

2. 소형 고착볼트 정비방법

1) 너트를 두드려 푸는 방법
① 너트를 풀기 전 스프레이형 윤활제를 나사산에 충분히 주입 후 1시간 정도 윤활제가 유입되도록 기다린다.
② 한 개의 해머를 너트의 각에 적당히 밀어 지지한다.
③ 다른 한 개의 해머로 반대 측을 몇 번씩 순차적으로 위치를 바꾸어 가며 두드려 너트를 풀어낸다.
④ 탭 볼트와 같이 볼트의 목 밑의 구멍 부분에 녹이 나서 잘 빠지지 않을 경우 볼트 머리를 해머로 몇 번 두드린 후 위의 절차를 반복한다.

2) 너트를 잘라 넓히는 방법
① 너트를 두드려도 너트가 풀리지 않을 경우 실시한다.
② 정을 너트에 대고 해머로 두드려 자르고 벌려서 고착된 너트를 풀어낸다.
※정과 볼트 사이에 틈새를 남겨 수나사에 손상을 주지 않게 주의한다.
③ 유압 너트 파쇄기가 있을 경우 유압 너트 파쇄기를 사용한다.

3) 부러진 볼트를 빼는 방법
① 센터펀치를 이용하여 볼트 중심에 마킹한다.
② 볼트 중심에 볼트 직경의 60% 정도로 드릴링 한다.
③ 스크류 엑스트랙터(Screw Extractor)를 드릴링에 의해 만들어진 홀에 삽입하여 볼트를 뺀다.

3. 대형 고착볼트 정비방법

1) 드릴 날을 이용한 방법
① 볼트의 크기, 작업조건에 따라 커팅 그라인딩 휠, 전동 쇠톱, 산소 토치 등을 이용하여 플랜지 면으로부터 돌출 높이가 약 20mm 정도가 되도록 수평으로 절단한다.
② 센터펀치를 이용하여 볼트 중심에 마킹한다. (필요시 센터링 지그 등을 이용한다.)
③ 볼트 크기에 따라 단계적으로 드릴 직경을 작은 것에서 큰 것으로 크기를 확대해가며 드릴링 작업을 한다.
④ 나사산에 가까워지면 보링 작업을 통해 정밀하게 가공한 후 고착볼트의 잔재물을 제거한다.

2) 특수 절삭공구를 이용한 방법(로터 브로치, 빅토리아 커터)
① 볼트의 크기, 작업조건에 따라 커팅 그라인딩 휠, 전동 쇠톱, 산소 토치 등을 이용하여 플랜지 면으로부터 도출 높이가 약 20mm 정도가 되도록 수평으로 절단한다.
② 볼트 중심에 커터 날을 안내하는 파일럿 구멍을 가공하기 위해 드릴링 한다.
③ 빅토리아 커터를 회전시켜 잔재된 고착볼트를 깎아낸다.

3) 침투액 강제 주입에 의한 고착볼트 제거 방법(단, 터빈 스터드볼트의 중심에 히팅 홀이 있는 경우 적용한다.)
① TBN 로우 케이싱(Low Casing) 하부에 있는 스터드볼트 히팅 홀 (Heating Hole)에 플러그를 용접한다.
② 스터드볼트 상부 나사부에 육각 너트를 체결한다. ③ 스터드볼트 상부에 체결된 육각 너트 위에 침투유 압입 장치를 체결한다.
④ 침투액 주입 플러그를 개방하고 깔때기를 설치한 후 침투력이 강한 NCA사 침투유(ND-150)을 완전히 채우고 침투액 주입 플러그를 닫는다.
⑤ 유압펌프(10,000psi)를 침투유 압입 장치에 연결한다.
⑥ 유압펌프의 오일 주입구에 터빈 오일을 가득 채운 후 유압펌프를 조작하여 침투액을 압축시켜서 로우 케이싱 스레드(Low Casing Thread)와 볼트 나사부 사이로 침투액이 유출되도록 한다.
⑦ 압력계의 지시 압력이 15kg/㎤을 지시할 때까지 침투액이 유출되지 않으면 유압펌프의 릴리프 밸브를 개방하여 볼트 내 압력을 떨어뜨린 후 동봉으로 스터드볼트를 타격하여 나사부의 고착상태가 박리되도록 한다. 한 번에 박리가 안 되면 시간적 여유를 가지고 재차 유압펌프의 릴리프 밸브를 조정한 후, 재가입하는 작업을 반복하여 침투액이 유출되도록 한다.
⑧ 로우 케이싱 호리존탈 조인트(Lower Casing Horizontal Joint)에서 침투액이 충분히 유출되었을 때 수동 유압펌프의 릴리프 밸브를 열어 압력을 Okg/c㎤으로 강하시킨 후 침투액 주입 플러그를 개방한다. 그리고 배수펌프를 설치하여 볼트 히팅 홀에 잔존한 침투액을 회수한다.
⑨ 볼트 상부 나사부에 함마렌치를 스터드볼트 하부에 체인렌치를 설치하고 동봉 또는 해머로 타격하여 나사부 마찰력을 최소화한다.

4) CO2로 스터드볼트 급속 냉각에 의한 고착볼트 제거 방법
① 위의 방법으로 침투액(ND-150)을 강제로 주입시킨 후 로우 케이싱 스터드와 볼트 나사부 사이로 침투액이 유출되도록 한다.
② 침투액을 가압할 때 용접했던 로우 케이싱의 하부 스터드볼트 히팅 홀 플러그를 제거한다.
③ 스터드볼트 히팅 홀 상부에 CO2 분사용 장치를 장착한다.
④ CO2 저장통과 주입구 사이의 연결 배관은 최소로 하고 CO2가 이동 중 팽창하지 않도록 단열 보온한다.
⑤ CO2 저장통의 차단 밸브를 열고 스터드볼트 상부에서 CO2를 팽창시켜서 볼트가 수축되도록 하여 수나사와 암나사부의 사이가 느슨하게 한다.

5) 해머렌치와 체인렌치를 이용한 고착볼트 제거 방법
① 분해하려고 하는 스터드볼트에 아이볼트를 설치하고 체인블록으로 인양할 수 있도록 준비한다.
② 해당 볼트에 알맞은 임시 너트를 용접하거나, 볼트의 상단 나사부에 더블 너트를 체결한다.
③ 동 해머 등으로 볼트를 하향 및 좌, 우 방향으로 타격하여 볼트 나사부와 케이싱 나사부 사이의 모리코트, 스케일, 이물질 등이 박리되도록 한다.
④ 더블 너트부에 해머렌치를 장착하여 타격하고 볼트 하단부에 체인렌치를 설치하여 회전시키면서 볼트를 느슨하게 한다.
⑤ 반복적으로 볼트 상단부 및 측면을 타격하여 로우 케이싱과 볼트 나사부 사이의 부식, 또는 고착에 따른 마찰력을 감소시킨다.
⑥ 볼트가 풀리기 시작하면 반대 방향으로 타이팅(Tighting) 및 헐거움 (Loose) 진행 방향으로 회전시키는 동작을 반복하여 나사부의 고착에 의한 마찰력을 최소화시켜 볼트 이완을 진행한다.
⑦ 볼트를 느슨하게 이완시킬 때에 마찰 저항력의 증가가 감지되면, 반대 방향으로 타이팅 및 헐거움 진행 방향으로 터어닝(Turming)을 반복해서 마찰력을 감소시켜야 한다. 작업 진행 중 암나사와 숫나사가 씹히는 현상(Forzen)이 발생하지 않도록 유의하여 스터드볼트를 완전히 분해한다.

6) 방전 가공기를 이용한 고착볼트 제거 방법
① 가공물을 적당한 가공액 내부에 담근다.
② 직류전원에서 가변저항 R을 거쳐 축전기 C를 충전한다.
③ 이 충전된 전류가 가공물을 양극으로 하고 공구를 음극으로 하여 방전하는 동안에 가공되어, 구멍이 뚫린다.