Noi di Andy Marine crediamo che la conoscenza pratica della produzione sia uno dei beni più preziosi costruiti nel tempo.
All'interno della nostra officina ci sono ingegneri, specialisti della produzione e tecnici esperti che hanno trascorso anni a lavorare con l'hardware marino in acciaio inossidabile, dalla selezione dei materiali e dai processi di fusione alla finitura e al controllo di qualità.
Molte di queste informazioni vengono apprese attraverso l'esperienza di produzione quotidiana: capire perché un componente si guasta, come si comportano i diversi materiali in ambienti marini e quali dettagli contano veramente quando si sviluppa hardware affidabile.
Tuttavia, questa conoscenza pratica viene spesso condivisa solo all'interno dell'officina e raramente raggiunge i clienti che prendono decisioni in materia di approvvigionamento e progettazione.
L'INGEGNERE PARLA è il nostro impegno per organizzare queste conversazioni e condividere l'esperienza di produzione dietro l'hardware marino.
Attraverso questa serie, discutiamo materiali, processi di produzione, considerazioni sulla progettazione e lezioni del mondo reale dal punto di vista di un produttore di hardware marino.
L'INGEGNERE TALKS di oggi Ep.26 è presentato dall'Ingegnere Li, scritto da me, l'editore.
Quando la resistenza sale, la mossa utile è fermarsi
Un elemento di fissaggio inossidabile che gira liberamente per la prima parte della sua corsa, e poi diventa progressivamente più difficile da girare, ti dice qualcosa sul giunto piuttosto che sulla coppia applicata finora. L'istinto dell'utensile è quello di aggiungere forza e posizionare l'elemento di fissaggio. Questo è il momento in cui un piccolo intervento aggiuntivo può trasformare un assieme marginale in un elemento grippato o in un elemento di fissaggio che risulta impossibile da rimuovere alla manutenzione successiva.
La parte imbarazzante del grippaggio del filo è che non si manifesta in un certificato di ispezione. Gli elementi di fissaggio inossidabili che superano i controlli in entrata relativi alla forma della filettatura, al materiale e alle proprietà meccaniche possono comunque non funzionare insieme come coppia. L'irritamento non è solitamente un difetto seduto sul banco in attesa di essere misurato; è una condizione creata durante l'assemblaggio, tra due superfici accettabili ciascuna di per sé.
Quindi la risposta utile alla crescente resistenza è una decisione piuttosto che un numero: fermarsi, leggere le prove e poi decidere se il giunto debba essere riassemblato, rielaborato o rispecificato. Prima di prendere tale decisione è utile sapere quale delle diverse condizioni si sta osservando, perché non tutte richiedono la stessa azione.
Quattro condizioni che si presentano come "Non cambierà"
Il grippaggio è spesso usato come termine generico per qualsiasi filo inossidabile che smette di girare. Almeno quattro condizioni si presentano in modo simile sullo strumento e puntano in direzioni diverse:
| Cosa mostrano lo strumento e le parti | Controlla prima | Ciò che non dimostra | Prossimo passo |
|---|---|---|---|
| Resistenza in forte aumento a metà del serraggio, con metallo strappato, imbrattato o trasferito sui fianchi | Allineamento e se lo stato di attrito corrisponde alle specifiche dell'assieme | Che la qualità è sbagliata o che l'elemento di fissaggio è difettoso | Fermati, tira fuori il dispositivo di fissaggio ed esamina entrambi i fili prima di ogni altra cosa |
| Un filo che non è entrato in modo pulito fin dal primo giro, con contatto sul fianco visibilmente sfalsato | Se l'elemento di fissaggio è stato avviato perpendicolarmente al foro | Che la colpa è del materiale | Rimuovere l'elemento di fissaggio, pulire le filettature del cavo e riavviare con il metodo specificato |
| Sabbia, detriti o composto essiccato tra le filettature | Pulizia della filettatura e ambiente di assemblaggio | Che il design del giunto o il materiale siano sbagliati | Pulire entrambe le filettature e riassemblarle secondo le specifiche |
| Un dispositivo di fissaggio che ruotava liberamente una volta installato e non si separava in seguito, con prodotti di corrosione attorno al giunto | Se l'insieme è stato in servizio e quali depositi sono presenti | Quale delle due parti è responsabile | Trattatelo come un assieme sequestrato e valutatelo prima di applicare ulteriore forza |
Queste categorie si sovrappongono nella pratica. I detriti nelle filettature non scompaiono perché anche le parti sono leggermente fuori allineamento e la contaminazione è spesso un precursore dell'irritamento piuttosto che una spiegazione separata. Una categoria è una direzione per l'indagine, non una diagnosi, e non dice se è sicuro rimettere in servizio il giunto.
Cosa sta realmente accadendo: l'usura dell'adesivo che si accelera
Il grippaggio è una forma di grave usura adesiva. Due superfici metalliche in movimento relativo si toccano solo nei loro punti più alti – le asperità – e quando un filo viene teso, quei punti di contatto vengono contemporaneamente caricati e fatti scorrere. La pellicola di ossido di cromo che mantiene passivo l'acciaio inossidabile è sottile e si riforma rapidamente nell'aria, ma lo scorrimento la taglia nei punti di contatto ed espone il metallo nudo sottostante. Laddove la pressione di contatto e il calore di attrito che l'accompagna sono sufficienti, il metallo esposto può saldarsi in fase solida, senza fusione in massa.
La conseguenza non è un lieve aumento dell’attrito. Le giunzioni saldate sono spesso più resistenti del metallo base su entrambi i lati, quindi mentre il filo continua a girare, la rottura avviene all'interno del metallo base più debole: il materiale viene strappato da una superficie e trasferito sull'altra. I grumi trasferiti sono più duri della superficie da cui provengono. Raschiano il fianco opposto, rompono la sua pellicola di ossido, aumentano la pressione locale e creano nuovi punti di contatto che possono a loro volta saldarsi. Il danno si autoalimenta, motivo per cui il grippaggio tende ad apparire come un cambiamento improvviso dell'utensile piuttosto che come un avvertimento graduale.
Asperità in contatto reale: si toccano solo i punti più alti dei fianchi
Lo scorrimento taglia la pellicola protettiva di ossido ed espone il metallo nudo
La pressione locale più il calore per attrito saldano il metallo esposto (fase solida)
La saldatura è più resistente del metallo base: il metallo viene strappato e trasferito
I grumi trasferiti raschiano il fianco opposto: più ruvido, più caldo, con una pressione più elevata
Più metallo nudo, più saldature: il ciclo accelera
Ne conseguono due conseguenze pratiche. In primo luogo, dove il serraggio è controllato dalla coppia, un coefficiente di attrito crescente significa che la coppia raggiunta non rappresenta più il carico di serraggio previsto: il giunto può sembrare serrato mentre il suo precarico è inferiore a quanto ipotizzato nel progetto. In secondo luogo, nel caso estremo, la resistenza ad un'ulteriore rotazione può superare la resistenza alla torsione della filettatura esterna, e l'elemento di fissaggio cede in torsione invece di raggiungere la sua sede. Una lettura della coppia che raggiunge il suo obiettivo quindi non è, di per sé, prova che il giunto sia precaricato correttamente.
Perché le filettature inossidabili austenitiche sono l'impostazione abituale
La maggior parte dei reclami irritanti riguarda entrambi i membri della coppia che sono in acciaio inossidabile della serie 300 e il motivo non è misterioso. Gli acciai inossidabili austenitici sono relativamente morbidi e duttili, il loro film passivo è sottile e facile da tagliare durante lo scorrimento e dissipano il calore da attrito meno facilmente dell'acciaio al carbonio generando allo stesso tempo più attrito. Oltre a ciò, i materiali dello stesso tipo e della stessa durezza sono generalmente più soggetti a grippaggio rispetto a quelli dissimili e un bullone 316 in un corpo filettato 316 è esattamente questo abbinamento. Una finitura o un rivestimento su uno dei membri tende a funzionare nella direzione opposta.
La selezione del materiale è una parte legittima della risposta, ma non è una ricerca. Si ritiene generalmente che i gradi con durezza più elevata resistano meglio al grippaggio e che le microstrutture con più di una fase, o con carburi, nitruri o solfuri dispersi, riducano la saldatura a freddo tra superfici scorrevoli, soggette in ogni caso alla resistenza alla corrosione coerente con l'ambiente di servizio, che per il lavoro marittimo è il vincolo che di solito decide la questione. Le qualità a lavorazione meccanica illustrano il mestiere: le loro inclusioni di solfuro agiscono come un lubrificante solido nel contatto strisciante e la loro resistenza alla corrosione deve essere valutata separatamente.
L'abbinamento dei gradi viene talvolta presentato come una cura per l'irritazione. L’esempio comunemente citato – un bullone 304 contro un dado 316 – non è affidabile, perché la differenza di durezza tra i due non è necessariamente abbastanza grande da cambiare il risultato. La classe di proprietà è citata allo stesso modo, e qui i rapporti non sono d'accordo: alcuni lavori indicano che gli elementi di fissaggio di classe 80 superiore resistono al grippaggio meglio degli elementi di fissaggio di classe 70, mentre altri rapporti sostengono che il lavoro a freddo coinvolto aumenta il rischio. Poiché le prove pubblicate puntano in due direzioni, né l'abbinamento dei gradi né la classe di proprietà costituiscono una base per la scelta di un elemento di fissaggio in base alla sola resistenza al grippaggio. Laddove la questione sia critica per un giunto, rientra nelle specifiche e può essere risolta mediante prove sull'assemblaggio reale.
Le variabili che puoi controllare
La selezione della qualità è una leva, e solitamente quella meno mobile una volta che il prodotto è in produzione. Le variabili riportate di seguito sono nelle mani delle funzioni di produzione, acquisto e assemblaggio e sono quelle in cui è possibile correre la maggior parte del rischio.
Qualità del filo e sbavature
Si ritiene comunemente che i fili rullati siano meno suscettibili all'usura rispetto ai fili lavorati o tagliati, perché la superficie è più liscia e il flusso del grano segue la forma del filo invece di essere tagliato attraverso di esso, sebbene almeno una fonte di materia prima inossidabile contesti il vantaggio della formatura a freddo nel materiale della serie 300, quindi questa è una tendenza segnalata piuttosto che una regola consolidata e non sostituisce la valutazione del guasto effettivo.
Più coerente tra le fonti è il ruolo del danno e della geometria. Intaccature, ammaccature, cuciture, sfregamento del materiale e bave costituiscono i punti salienti che danno inizio al ciclo, motivo per cui un filo con danni visibili, o uno che non supera il limite di passaggio, è un segnale di avvertimento: l'interferenza aggiunge la coppia prevalente nella parte anteriore della curva di serraggio e la geometria danneggiata può iniziare a deteriorarsi nelle vicinanze. Le filettature fini si intaccano più facilmente durante la manipolazione e necessitano di una maggiore rotazione per lo stesso carico di serraggio, motivo per cui sono generalmente considerate più soggette a grippaggio rispetto alle filettature grosse. Anche la finitura superficiale è importante su entrambi i lati: le finiture eccessivamente lisce e le finiture eccessivamente ruvide sono entrambe considerate meno favorevoli di una finitura di fascia media controllata.
La manipolazione e l'imballaggio appartengono alla stessa conversazione. Gli elementi di fissaggio pesanti in acciaio lasciati cadere o gettati insieme in un contenitore escono con i fili intaccati e un'intaccatura è uno stimolo irritante. I controlli in entrata che un acquirente può mettere in atto sono semplici: pulire il filo con un panno e notare se si impiglia, esaminare il fianco con un ingrandimento a basso ingrandimento, confermare la pulizia e applicare il calibro e i criteri di accettazione indicati nelle specifiche di acquisto piuttosto che uno standard improvvisato.
Allineamento e modalità di avvio del dispositivo di fissaggio
Le parti accoppiate devono essere allineate per quanto consentito dall'assemblaggio prima del serraggio finale. Laddove l'allineamento è scarso, il contatto sul fianco è limitato a due piccoli archi sui lati opposti della filettatura, quindi lo stesso lavoro di serraggio è concentrato in una frazione dell'area di contatto prevista e la temperatura locale e la pressione aumentano di conseguenza. Avviare manualmente il dispositivo di fissaggio per assicurarsi che sia innestato in posizione quadra, prima di utilizzare qualsiasi utensile elettrico, impedisce che tale condizione venga incorporata al primo giro. Se un filo può essere utilizzato per mettere insieme una pila di parti e come deve essere avviato l'elemento di fissaggio, sono elementi per le specifiche di assemblaggio; il motivo per cui esistono questi elementi è la geometria del contatto appena descritta.
Velocità di assemblaggio e calore di attrito
La maggior parte del lavoro svolto in un giunto filettato è dedicato al superamento dell'attrito piuttosto che al carico di serraggio, e sui fianchi l'energia viene depositata in un piccolo volume di metallo. La maggior parte dell'elemento di fissaggio può rimanere fredda mentre la superficie del fianco caricato diventa molto più calda della parte nel suo insieme e una maggiore velocità di installazione aumenta sia il calore generato che il rischio di un serraggio eccessivo. Questa è la base del consiglio standard dell'officina di avvitare gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile più lentamente rispetto agli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio della stessa dimensione e di guardare la coppia di serraggio piuttosto che l'orologio. Le caratteristiche di bloccaggio meritano la stessa attenzione: gli elementi di coppia prevalente aggiungono carico assiale quando si innestano, il che aggiunge una coda di lavoro extra nella parte anteriore della curva di serraggio e modifica lo stato di attrito del giunto.
Lubrificazione e controllo dell'attrito approvati
Il controllo dell'attrito è una decisione di progettazione, non una scelta di consumo. L'aggiunta di un lubrificante o la modifica di un rivestimento o di una placcatura modificano la relazione coppia-tensione del giunto e la coppia di serraggio specificata deve essere rivalutata ogni volta che ciò accade: un valore di coppia con filettatura asciutta non si trasferisce a una filettatura lubrificata e l'applicazione di una riduzione percentuale fissa al valore originale non sostituisce la rideterminazione.
Quale lubrificante o rivestimento sia accettabile dipende dal mezzo di servizio, dalla temperatura, dai materiali a contatto, dagli effetti galvanici e dall'approvazione del produttore degli elementi di fissaggio. Vale la pena ricordare due avvertenze per il lavoro marittimo: i composti contenenti grafite possono promuovere la corrosione galvanica dell'acciaio inossidabile e hanno anche limitazioni alle alte temperature, quindi il loro utilizzo deve essere giustificato piuttosto che scontato; e un grasso che si secca, si screpola o non riesce a bagnare la superficie può lasciare una tasca in cui si raccoglie l'acqua, che è una condizione di fessura a sé stante. I rivestimenti applicati dai fornitori (cere, PTFE o sistemi al bisolfuro di molibdeno) sono ampiamente utilizzati sugli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile e sono più facili da controllare in produzione rispetto ai lubrificanti applicati al banco. Non esiste un unico prodotto antigrippaggio adatto a ogni articolazione e questo articolo deliberatamente ne sconsiglia uno.
Coppia, attrito e precarico
Non esiste una tabella universale delle coppie di serraggio per gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile e la ragione è strutturale piuttosto che una lacuna nella letteratura. ISO 3506, lo standard di classe di proprietà degli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile, fornisce una coppia di rottura minima anziché una coppia di serraggio; le tabelle di riferimento pubblicate per gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile sono calcolate in base a presupposti dichiarati relativi alle condizioni della superficie e alla lubrificazione e sono descritte dai rispettivi editori come una guida piuttosto che come una specifica, con prove indicate per applicazioni critiche. La coppia di assemblaggio per un dato giunto deve quindi essere stabilita rispetto al dispositivo di fissaggio, alla geometria del giunto e allo stato di attrito effettivamente specificato per esso - e ricontrollata quando qualcuno di questi cambia.
Quando fermarsi e indagare
- Fermarsi quando la resistenza aumenta prima che le parti siano faccia a faccia.Non aggiungere coppia e non utilizzare uno strumento di percussione per guidare il dispositivo di fissaggio attraverso l'ostruzione. L'aumento della resistenza è un'informazione sull'articolazione, non un ostacolo da sconfiggere.
- Tira fuori il dispositivo di fissaggio e guarda entrambi i fili.Fare attenzione ai metalli strappati, imbrattati o trasferiti, alla sabbia o ai detriti, al composto essiccato e ai prodotti della corrosione. Controllare se l'elemento di fissaggio è iniziato perpendicolarmente e se le parti erano allineate.
- Ordina i risultati nelle categorie precedenti e tieni presente la sovrapposizione.Un assieme grippato che è stato in servizio è un caso diverso da un dispositivo di fissaggio che si è inceppato durante il primo assemblaggio e nessuno dei due indica da solo quale membro della coppia è responsabile.
- Trattare le parti danneggiate come danneggiate.Qualsiasi elemento di fissaggio o corpo con filettature usurate deve essere valutato in base alle indicazioni del produttore e da personale qualificato. Un filo che è stato rifinito, limato o altrimenti rilavorato sul posto non deve essere riportato a una connessione portante critica.
- Registra ciò che è stato trovato, con le condizioni.Lo stato di attrito, gli strumenti e la velocità utilizzati, la condizione di allineamento e i numeri delle parti sono ciò che consente al successivo assemblaggio di evitare lo stesso risultato. Un evento irritante senza tale record tende a ripetersi nel lotto successivo.
Cosa inserire nelle specifiche di acquisto e montaggio
La maggior parte del rischio sopra descritto può essere spostato dall'area di assemblaggio a un documento. Per la ferramenta inossidabile con attacchi filettati, queste sono le voci da registrare:
- Forma della filettatura, diametro, passo e classe di tolleranza, dichiarato per entrambi i membri della coppia piuttosto che per il solo bullone.
- Classe materiale e proprietà di entrambi i membri, compreso il rapporto di durezza tra loro laddove un'articolazione è nota per essere sensibile al grippaggio.
- Qualità del filo e criteri di accettazione— il calibro o il metodo di ispezione, i requisiti di pulizia e i limiti di bave e danni, concordati prima dell'effettuazione dell'ordine.
- Requisiti di imballaggio e movimentazioneche proteggono i fili finiti durante il trasporto, lo stoccaggio e l'assemblaggio.
- Lo stato di attrito previsto: asciutto, placcato, cerato o rivestito, quale lubrificante o rivestimento è approvato e chi lo applica.
- Il metodo di serraggio: velocità di trasmissione, coppia di serraggio, sequenza e numero di stadi come definiti dalle specifiche di assemblaggio, insieme alla base su cui è stata stabilita la relazione coppia-precarico.
- Tracciabilità, in modo che un insieme sequestrato possa essere ricondotto ad un lotto e ad una modifica delle specifiche.
Niente di tutto questo è una specifica per un particolare fornitore. Il punto è che la qualità del filo, la pulizia e lo stato di attrito possono essere tutti annotati e verificati, e lasciarli impliciti è ciò che trasforma una normale questione di assemblaggio in un argomento di garanzia.
Discutere i requisiti di fissaggio filettati
Se specificate o acquistate hardware marino inossidabile con connessioni filettate, inviateci il disegno del componente, l'assieme a cui appartiene e le condizioni di attrito e coppia definite dalle vostre specifiche. Possiamo esaminare i requisiti di filettatura e materiale rispetto all'applicazione e discutere cosa deve essere registrato sull'ordine di acquisto in modo che il giunto si comporti come previsto durante l'assemblaggio e durante la manutenzione successiva.
