Prevenire l'autoallentamento dei bulloni preservando la coppia
In che modo l'autoallentamento dei bulloni può trasformarsi rapidamente da lieve disagio a problema rilevante.
I bulloni allentati possono essere un problema fastidioso, ma possono anche portare a conseguenze serie e persino catastrofiche.
Nel 2012, ad esempio, 432 barili di fanghi di perforazione a base sintetica sono finiti nel Golfo del Messico in seguito al cedimento di bulloni di circa 1,2 metri su un impianto di trivellazione. Dopo un'indagine, il produttore dei bulloni ha dovuto sostituire 10.000 bulloni distribuiti e la società di trivellazione petrolifera ha dovuto interrompere le operazioni in acque profonde.
"La sicurezza e l'affidabilità dei giunti bullonati spesso determinano l'affidabilità e la sicurezza complessive dei sistemi meccanici e per carichi pesanti", afferma il Dr. Cheng Siong Phua, Vice President of Technology per STANLEY® Engineered Fastenings Asia Pacific & Global Electronic Division.
L'autoallentamento del bullone è causato da qualsiasi tipo di carico dinamico, come vibrazioni o variazioni di temperatura, carico di serraggio insufficiente e parti inadatte, che comporta movimenti relativi che ne aumentano il rischio, secondo un articolo del 2017 della rivista Engineer Live. La somma di questi piccolissimi movimenti determina infine l'allentamento del gruppo filettato.
Secondo Bolt Science, una società di consulenza e formazione con sede nel Regno Unito, la causa di gran lunga più frequente di allentamento è lo scorrimento laterale del dado o della testa del bullone rispetto al giunto, con conseguente movimento relativo che si verifica nelle filettature.
"Un problema di allentamento è indicativo di un precarico insufficiente che si traduce in un movimento articolare", afferma Bill Eccles, fondatore di Bolt Science e consulente specializzato in problemi di bullonatura.
Il movimento relativo che si verifica nelle filettature può essere attribuito a tre problemi comuni: piegatura delle parti, effetti termici differenziali e forze esterne su un giunto.
La sicurezza e l'affidabilità dei giunti bullonati spesso determinano l'affidabilità e la sicurezza complessive dei sistemi meccanici e per carichi pesanti. —Dott. Cheng Siong PhuaVice President of Technology
STANLEY Engineered Fastening, Asia Pacific & Global Electronic Division
Una conclusione su cui gli esperti concordano è che la vibrazione ha un effetto molto maggiore in un giunto caricato a taglio rispetto a uno caricato solo a trazione. Ad esempio, quando l'asse di un bullone è parallelo a vibrazioni anche gravi, potrebbe risultare in un precarico ridotto fino al 40% per un lungo periodo, ma di solito non si tradurrà in una perdita totale del precarico o nella perdita di un elemento di fissaggio. D'altra parte, una forte vibrazione trasversale, che è perpendicolare all'asse del bullone, può causare e spesso causa una conseguenza grave su tutto il precarico.
È anche possibile che un certo tipo di vibrazione a volte stringa, a volte allenti e a volte non alteri in alcun modo un elemento di fissaggio quando non è soggetto né a un puro movimento trasversale né a un puro movimento assiale, ma a una combinazione di questi determinando uno scorrimento dell'arco.
Per quanto possa sembrare controintuitivo, la perdita di precarico può verificarsi senza la rotazione dell'elemento di fissaggio e senza alcun movimento relativo tra le filettature esterne e interne. Questa condizione si chiama rilassamento. Una forma di rilassamento, l'inglobamento, si verifica quando la rugosità della superficie si appiattisce e l'area di contatto reale diventa inferiore all'area di contatto apparente nelle filettature, nelle facce del giunto e sotto la faccia del dado.
La tendenza in corso verso prodotti più leggeri e più piccoli porta a un aumento della quantità di vibrazioni in un giunto, secondo un articolo del 2014 della rivista Assembly. Queste due tendenze a volte possono funzionare in tandem l'una con l'altra. Ad esempio, i materiali più leggeri vibrano di più, mentre gli elementi di fissaggio più piccoli, in generale, possono sopportare meno vibrazioni. Di conseguenza, gli elementi di fissaggio in prodotti piccoli e leggeri sono suscettibili di allentamento, a meno che non vengano prese in considerazione opzioni di progettazione per affrontare questo rischio.