En Andy Marine, creemos que el conocimiento práctico de fabricación es uno de los activos más valiosos que se construyen con el tiempo.
Dentro de nuestro taller, hay ingenieros, especialistas en producción y técnicos experimentados que han pasado años trabajando con herrajes marinos de acero inoxidable, desde la selección de materiales y los procesos de fundición hasta el acabado y el control de calidad.
Muchos de estos conocimientos se aprenden a través de la experiencia de producción diaria: comprender por qué falla un componente, cómo se comportan los diferentes materiales en entornos marinos y qué detalles realmente importan al desarrollar hardware confiable.
Sin embargo, este conocimiento práctico a menudo se comparte sólo dentro del taller y rara vez llega a los clientes que toman decisiones de abastecimiento e ingeniería.
CHARLAS DE INGENIERO es nuestro esfuerzo por organizar estas conversaciones y compartir la experiencia de fabricación detrás del hardware marino.
A lo largo de esta serie, analizamos materiales, procesos de producción, consideraciones de diseño y lecciones del mundo real desde la perspectiva de un fabricante de hardware marino.
El ENGINEER TALKS Ep.26 de hoy es presentado por el ingeniero Li, escrito por mí, el editor.
Cuando la resistencia aumenta, la medida útil es detenerse
Un sujetador de acero inoxidable que gira libremente durante la primera parte de su recorrido y luego se vuelve cada vez más difícil de girar, le dice algo sobre la unión más que sobre el torque que ha aplicado hasta ahora. El instinto de la herramienta es agregar fuerza y asentar el sujetador. Ese es el momento en el que una pequeña aportación adicional puede convertir un conjunto marginal en uno atascado, o en un elemento de sujeción que resulte imposible retirar en el siguiente servicio.
La parte incómoda del desgaste de roscas es que no se anuncia en un certificado de inspección. Los sujetadores de acero inoxidable que pasan las comprobaciones entrantes en cuanto a la forma de la rosca, el material y las propiedades mecánicas aún pueden no funcionar juntos como un par. El irritamiento no suele ser un defecto que se queda en el banquillo esperando a ser medido; es una condición creada durante el montaje, entre dos superficies que eran aceptables por sí solas.
Por lo tanto, la respuesta útil al aumento de la resistencia es una decisión más que un número: detenerse, leer la evidencia y luego decidir si la junta debe ser reensamblada, reelaborada o reespecificada. Antes de tomar esa decisión, es útil saber cuál de varias condiciones bastante diferentes está considerando, porque no todas exigen la misma acción.
Cuatro condiciones que se presentan como "no cambiará"
Galling se utiliza a menudo como término general para cualquier rosca de acero inoxidable que deja de girar. Al menos cuatro condiciones se presentan de manera similar en la herramienta y apuntan en diferentes direcciones:
| Lo que muestran la herramienta y las piezas | comprobar primero | Lo que no prueba | Siguiente paso |
|---|---|---|---|
| La resistencia aumenta bruscamente durante el proceso de apriete, con metal roto, embadurnado o transferido en los flancos | Alineación y si el estado de fricción coincide con las especificaciones del ensamblaje. | Que la calidad es incorrecta o que el sujetador está defectuoso | Deténgase, retire el sujetador y examine ambos hilos antes que nada. |
| Una rosca que no entró limpiamente desde el primer giro, con contacto de flanco visiblemente desplazado | Si el sujetador se inició en escuadra con el agujero | Que el material tiene la culpa | Retire el sujetador, limpie las roscas principales y reinicie con el método especificado. |
| Arena, escombros o compuesto seco entre los hilos | Limpieza del hilo y entorno de montaje. | Que el diseño de la junta o el material es incorrecto | Limpie ambas roscas y vuelva a ensamblar según las especificaciones. |
| Un sujetador que giró libremente cuando se instaló y que no se separará más tarde, con productos de corrosión alrededor de la junta. | Si el conjunto ha estado en servicio y qué depósitos hay presentes. | ¿Cuál de las dos partes es responsable? | Trátelo como un conjunto atascado y evalúelo antes de aplicar más fuerza. |
Estas categorías se superponen en la práctica. Los residuos en las roscas no desaparecen porque las piezas también están ligeramente desalineadas y la contaminación es frecuentemente un precursor del irritamiento en lugar de una explicación separada. Una categoría es una dirección para la investigación, no un diagnóstico, y no indica si es seguro volver a poner en servicio la articulación.
Lo que realmente está sucediendo: el desgaste del adhesivo se acelera
El irritamiento es una forma de desgaste adhesivo severo. Dos superficies metálicas en movimiento relativo se tocan sólo en sus puntos altos (las asperezas) y cuando se aprieta un hilo, esos puntos de contacto se cargan y se deslizan simultáneamente. La película de óxido de cromo que mantiene pasivo al acero inoxidable es delgada y se vuelve a formar rápidamente en el aire, pero al deslizarla se corta en los puntos de contacto y expone el metal desnudo debajo. Cuando la presión de contacto y el calor de fricción que la acompaña son suficientes, el metal expuesto puede soldarse en una fase sólida, sin que se funda.
La consecuencia no es un suave aumento de la fricción. Las uniones soldadas suelen ser más fuertes que el metal base a ambos lados, por lo que a medida que la rosca continúa girando, la falla ocurre dentro del metal base más débil: el material se arranca de una superficie y se transfiere a la otra. Los grumos transferidos son más duros que la superficie de donde proceden. Raspan el flanco opuesto, rompen su película de óxido, aumentan la presión local y crean nuevos puntos de contacto que a su vez pueden soldarse. El daño se retroalimenta a sí mismo, por lo que el irritamiento tiende a aparecer como un cambio repentino en la herramienta en lugar de una advertencia gradual.
Asperezas en contacto real: sólo se tocan los puntos altos de los flancos
Las tijeras deslizantes cortan la película protectora de óxido y exponen el metal desnudo.
La presión local más el calor por fricción sueldan el metal expuesto (fase sólida)
La soldadura es más fuerte que el metal base: el metal se arranca y se transfiere
Los grumos transferidos raspan el flanco opuesto: más áspero, más caliente y con mayor presión
Más metal desnudo, más soldadura: el ciclo se acelera
De ello se desprenden dos consecuencias prácticas. En primer lugar, cuando el apriete se controla mediante el par, un coeficiente de fricción creciente significa que el par alcanzado ya no representa la carga de sujeción prevista: la unión puede parecer apretada mientras su precarga se sitúa por debajo de lo que asumió el diseño. En segundo lugar, en el caso extremo la resistencia a una mayor rotación puede exceder la resistencia a la torsión de la rosca externa, y el sujetador falla en torsión en lugar de alcanzar su asiento. Por lo tanto, una lectura de torque que alcanza su objetivo no es, por sí sola, evidencia de que la articulación esté correctamente precargada.
Por qué los hilos de acero inoxidable austenítico son el ajuste habitual
La mayoría de las quejas irritantes implican que ambos miembros del par son de acero inoxidable de la serie 300, y la razón no es misteriosa. Los aceros inoxidables austeníticos son relativamente blandos y dúctiles, su película pasiva es delgada y fácil de cortar durante el deslizamiento, y disipan el calor por fricción con menos facilidad que el acero al carbono, al mismo tiempo que generan más fricción. Además de eso, los materiales del mismo tipo y la misma dureza generalmente son más propensos a irritarse que los diferentes, y un perno 316 en un cuerpo roscado 316 es exactamente esa combinación. Un acabado o revestimiento sobre uno de los miembros tiende a funcionar en la otra dirección.
La selección de materiales es una parte legítima de la respuesta, pero no es una búsqueda. Generalmente se informa que los grados con mayor dureza resisten mejor la abrasión, y se informa que las microestructuras con más de una fase, o con carburos, nitruros o sulfuros dispersos, reducen la soldadura en frío entre superficies deslizantes, sujeto en todos los casos a que la resistencia a la corrosión sea consistente con el entorno de servicio, que para el trabajo marino es la limitación que generalmente decide la cuestión. Las calidades de mecanizado libre ilustran este oficio: sus inclusiones de sulfuro actúan como un lubricante sólido en contacto deslizante y su comportamiento frente a la corrosión debe evaluarse por separado.
El emparejamiento de grados a veces se presenta como una cura para las irritaciones. El ejemplo comúnmente citado (un perno 304 contra una tuerca 316) no es confiable porque la diferencia de dureza entre los dos no es necesariamente lo suficientemente grande como para cambiar el resultado. La clase de propiedad se cita de la misma manera, y en eso los informes no están de acuerdo: algunos trabajos indican que los sujetadores de clase 80 superiores resisten mejor el desgaste que los sujetadores de clase 70, mientras que otros informes sostienen que el trabajo en frío involucrado aumenta el riesgo. Dado que la evidencia publicada apunta en dos direcciones, ni el emparejamiento de grados ni la clase de propiedad son una base para elegir un sujetador basándose únicamente en la resistencia al desgaste. Cuando la cuestión es crítica para una junta, pertenece a la especificación y puede resolverse mediante prueba en el conjunto real.
Las variables que puedes controlar
La selección de calidad es una palanca y, por lo general, la menos móvil una vez que un producto está en producción. Las siguientes variables están en manos de las funciones de fabricación, compras y montaje, y es allí donde se puede eliminar la mayor parte del riesgo.
Calidad del hilo y rebabas
Se informa comúnmente que las roscas laminadas son menos susceptibles a la irritación que las roscas mecanizadas o cortadas, porque la superficie es más suave y el flujo del grano sigue la forma de la rosca en lugar de cortarse a través de ella, aunque al menos una fuente de materia prima inoxidable cuestiona el beneficio del conformado en frío en el material de la serie 300, por lo que esta es una tendencia reportada más que una regla establecida, y no reemplaza la evaluación de la falla real.
Más consistente entre las fuentes es el papel del daño y la geometría. Mellas, abolladuras, uniones, solapamientos de material y rebabas forman los puntos altos que inician el ciclo, razón por la cual una rosca con daño visible, o una que no pasa su calibre, es una señal de advertencia: la interferencia agrega torque predominante en la parte delantera de la curva de apriete y la geometría dañada puede comenzar a irritarse cerca. Las roscas finas se mellan más fácilmente al manipularlas y necesitan más rotación para la misma carga de sujeción, por lo que generalmente se las trata como más propensas a irritarse que las roscas gruesas. El acabado de la superficie también importa en ambos extremos: se informa que los acabados que son excesivamente lisos y los acabados que son excesivamente ásperos son menos favorables que un acabado de rango medio controlado.
Manipulación y embalaje pertenecen a la misma conversación. Los sujetadores pesados de acero inoxidable que se dejan caer o se juntan en un recipiente salen con hilos mellados, y una mella es un estímulo irritante. Los controles entrantes que un comprador puede implementar son simples: limpiar el hilo con un paño y observar si se engancha, examinar el flanco con un aumento de baja potencia, confirmar la limpieza y aplicar el calibre y los criterios de aceptación que menciona la especificación de compra en lugar de un estándar improvisado.
Alineación y cómo se inicia el sujetador
Las piezas acopladas deben alinearse tan bien como lo permita el conjunto antes del ajuste final. Cuando la alineación es deficiente, el contacto del flanco se restringe a dos pequeños arcos en lados opuestos de la rosca, por lo que el mismo trabajo de apriete se concentra en una fracción del área de contacto prevista y la temperatura y presión locales aumentan en consecuencia. Arrancar manualmente el sujetador para asegurarse de que esté encajado a escuadra, antes de usar cualquier herramienta eléctrica, evita que esa condición se incorpore en la primera vuelta. Si se puede utilizar un hilo para juntar una pila de piezas y cómo se debe iniciar el sujetador, son elementos de la especificación de ensamblaje; la razón por la que existen esos elementos es la geometría de contacto que se acaba de describir.
Velocidad de montaje y calor por fricción
La mayor parte del trabajo invertido en una unión roscada se destina a superar la fricción más que a la carga de sujeción, y en los flancos esa energía se deposita en un pequeño volumen de metal. La mayor parte del sujetador puede permanecer fría mientras que la superficie del flanco cargado se calienta mucho más que la pieza en su conjunto, y una mayor velocidad de instalación aumenta tanto el calor generado como el riesgo de apretar demasiado. Esta es la base del consejo estándar del taller de colocar los sujetadores de acero inoxidable más lentamente que los sujetadores de acero al carbono del mismo tamaño, y de vigilar el torque de asiento en lugar del reloj. Las características de bloqueo merecen la misma atención: los elementos de torsión predominante agregan carga axial a medida que se acoplan, lo que agrega una cola de trabajo adicional al frente de la curva de apriete y cambia el estado de fricción de la junta.
Control de fricción y lubricación aprobados
El control de la fricción es una decisión de diseño, no una elección de consumibles. Agregar un lubricante, o cambiar un recubrimiento o enchapado, cambia la relación de torsión-tensión de la unión, y el torque de apriete especificado debe reevaluarse cada vez que eso sucede; una cifra de torque de rosca seca no se transfiere a una rosca lubricada, y aplicar una reducción porcentual fija a la cifra original no sustituye la redeterminación.
Qué lubricante o recubrimiento es aceptable depende del medio de servicio, la temperatura, los materiales en contacto, los efectos galvánicos y la aprobación del fabricante de sujetadores. Vale la pena tener en cuenta dos precauciones para el trabajo marino: los compuestos que contienen grafito pueden promover la corrosión galvánica del acero inoxidable y también tienen limitaciones de alta temperatura, por lo que su uso debe justificarse en lugar de asumirse; y una grasa que se seca, se agrieta o no moja la superficie puede dejar una bolsa donde se acumula el agua, lo cual es una condición de grieta en sí misma. Los recubrimientos aplicados por proveedores (sistemas de cera, PTFE o disulfuro de molibdeno) se usan ampliamente en sujetadores de acero inoxidable y son más fáciles de controlar en la producción que el lubricante aplicado en el banco. No existe un único producto antiagarrotamiento que se adapte a todas las articulaciones y este artículo no recomienda deliberadamente ninguno.
Torque, fricción y precarga
No existe una tabla de pares de apriete universal para sujetadores de acero inoxidable, y la razón es estructural más que un vacío en la literatura. ISO 3506, el estándar de clase de propiedad de sujetadores de acero inoxidable, proporciona un par de rotura mínimo en lugar de un par de apriete; Las tablas de referencia publicadas para sujetadores de acero inoxidable se calculan sobre la base de suposiciones establecidas sobre la condición de la superficie y la lubricación, y sus editores las describen como una guía en lugar de una especificación, con pruebas indicadas para aplicaciones críticas. Por lo tanto, el par de torsión de montaje para una unión determinada debe establecerse en función del sujetador, la geometría de la unión y el estado de fricción que realmente se ha especificado para ella, y volver a verificarse cuando alguno de ellos cambie.
Cuándo detenerse e investigar
- Deténgase cuando aumente la resistencia antes de que las piezas estén cara a cara.No agregue torsión y no busque una herramienta de impacto para clavar el sujetador a través de la obstrucción. El aumento de la resistencia es información sobre la articulación, no un obstáculo a vencer.
- Retire el sujetador y observe ambos hilos.Tenga en cuenta el metal rasgado, manchado o transferido, arena o escombros, compuestos secos y productos de corrosión. Compruebe si el sujetador comenzó a escuadrar y si las piezas estaban alineadas.
- Clasifique el hallazgo en las categorías anteriores y tenga en cuenta la superposición.Un conjunto atascado que ha estado en servicio es un caso diferente de un sujetador que se atascó durante el primer ensamblaje y ninguno de los dos indica por sí solo qué miembro del par es responsable.
- Trate las piezas dañadas como si estuvieran dañadas.Cualquier sujetador o cuerpo con roscas desgastadas debe ser evaluado según las instrucciones del fabricante y por personal calificado. Un hilo que haya sido revestido, limado o reelaborado de otro modo en el sitio no debe devolverse a una conexión de soporte de carga crítica.
- Registrar lo encontrado, con las condiciones.El estado de fricción, las herramientas y la velocidad utilizadas, la condición de alineación y los números de pieza son los que permiten que el siguiente montaje evite el mismo resultado. Un suceso irritante sin ese registro tiende a repetirse en el siguiente lote.
Qué poner en las especificaciones de compra y montaje
La mayor parte del riesgo descrito anteriormente se puede trasladar del compartimento de montaje a un documento. Para herrajes de acero inoxidable con conexiones roscadas, estos son los elementos que vale la pena registrar:
- Forma de rosca, diámetro, paso y clase de tolerancia., indicado para ambos miembros de la pareja en lugar de solo para el perno.
- Clase de material y propiedad de ambos miembros., incluida la relación de dureza entre ellos cuando se sabe que una junta es sensible al irritamiento.
- Criterios de calidad y aceptación del hilo.— el calibre o método de inspección, los requisitos de limpieza y los límites de rebabas y daños, acordados antes de realizar el pedido.
- Requisitos de embalaje y manipulación.que protegen los hilos terminados en tránsito, almacenamiento y kit.
- El estado de fricción previsto: seco, enchapado, encerado o recubierto, qué lubricante o recubrimiento está aprobado y quién lo aplica.
- El método de apriete: velocidad de conducción, par de asiento, secuencia y número de etapas definidos por la especificación de montaje, junto con la base sobre la que se estableció la relación par-precarga.
- Trazabilidad, de modo que un conjunto incautado pueda rastrearse hasta un lote y un cambio de especificación.
Nada de esto es una especificación para un proveedor en particular. La cuestión es que la calidad del hilo, la limpieza y el estado de fricción se pueden anotar y verificar, y dejarlos implícitos es lo que convierte una cuestión de montaje ordinaria en un argumento de garantía.
Discusión de los requisitos de fijación roscada
Si especifica u obtiene hardware marino inoxidable con conexiones roscadas, envíenos el dibujo del componente, el conjunto al que pertenece y las condiciones de fricción y torsión que define su especificación. Podemos revisar los requisitos de rosca y material en comparación con la aplicación y discutir lo que se debe registrar en la orden de compra para que la junta se comporte según lo previsto en el ensamblaje y en el próximo servicio.
