Parafusos de Flange de Titânio: Pré-carga, Não Tração

Parafusos de Flange de Titânio: Pré-carga, Não Tensão

Uma junta aparafusada não falha porque o parafuso não é forte o suficiente. Ela falha porque o parafuso nunca foi esticado o suficiente, ou porque o esticamento foi perdido após a montagem. Essa distinção importa mais com titânio do que com aço, porque o titânio se agarra a si mesmo, seu fator de atrito é alto e variável, e uma figura de torque copiada de uma junta de aço produzirá uma pré-carga que é muito baixa ou perigosamente perto do escoamento.

Pré-carga: O Único Número Que Importa

Um parafuso funciona sendo esticado. A tensão na haste prende as peças juntas, e a junta permanece apertada enquanto essa carga de aperto exceder a carga de serviço por uma margem. O alvo usual é de 60 a 75 por cento da carga de prova do parafuso, o que mantém a haste em sua faixa elástica, deixando reserva suficiente para que a junta seja carregada sem se separar.

O problema é que o torque é uma forma pobre de medir a tensão. O torque aplicado é dividido entre esticar o parafuso e superar o atrito sob a cabeça e nas roscas, e a parcela de atrito é a maior. É por isso que o fator de atrito K na fórmula torque igual a K vezes tensão vezes diâmetro decide o resultado: uma mudança de 0,12 para 0,20 em K, que é totalmente normal entre uma rosca lubrificada e uma seca, muda a tensão produzida pelo mesmo torque em cerca de 40 por cento.

Para uma junta de titânio, a conclusão prática é lubrificar deliberadamente e medir em vez de assumir. Uma pasta de dissulfeto de molibdênio nas roscas e sob a cabeça traz a dispersão para uma faixa onde uma chave de torque é um proxy razoável para a tensão. Um parafuso de titânio seco e limpo torcido para uma figura de manual é um palpite, e o palpite geralmente é baixo porque a rosca está arrastando em vez de deslizando.

Galling: Por que as Rosca de Titânio Travam

O titânio tem uma fina película de óxido sobre uma matriz relativamente macia. Sob a pressão e o deslizamento de uma rosca, a película se rompe, metal limpo encontra metal limpo, e as duas superfícies soldam. O resultado é uma rosca que pega, aperta prematuramente e depois rasga quando é desfeita. O efeito é pior com titânio correndo em titânio, que é exatamente a combinação em um parafuso de titânio e uma porca de titânio.

Existem quatro respostas padrão. Lubrificar com uma película sólida como dissulfeto de molibdênio. Fazer a porca de um material diferente, geralmente um aço ou um bronze, ou uma porca de titânio com um revestimento de película seca. Rolar a rosca em vez de cortá-la, porque uma rosca rolada tem um flanco mais liso e uma tensão residual favorável. E controlar a velocidade de montagem: um driver motorizado girando uma porca de titânio seca em alta velocidade irá travar onde uma chave manual não faria.

Duas Porcas e Duas Contraporcas: Lendo o Fornecimento

Esta página fornece cada parafuso com duas porcas e duas contraporcas, e isso é um arranjo de porca de travamento em vez de um sistema de travamento. Duas porcas lisas em uma rosca travam uma contra a outra: a primeira é apertada para a pré-carga, a segunda é rosqueada e apertada contra ela, e o par resiste ao afrouxamento através do atrito entre suas faces de contato. Funciona, e é fácil de inspecionar, mas não substitui uma porca de torque prevalente adequada em um ambiente de vibração.

Uma contraporca com um inserto de nylon é uma má escolha acima de cerca de 120 graus Celsius porque o inserto rasteja, e uma junta de titânio que vê calor é melhor servida por uma porca de torque prevalente totalmente metálica ou por uma porca com fenda com um pino de chaveta. A página também se refere ao uso em alta temperatura, e essa afirmação precisa de cuidado: o que limita um fixador de titânio em temperatura não é a resistência à tração, mas a perda de pré-carga à medida que o parafuso relaxa, e a oxidação da superfície da rosca.

A Alegação dos 500 Graus, Leia com Cuidado

Um parafuso de titânio comercialmente puro aquecido a 500 graus Celsius no ar não derreterá nem colapsará, mas absorverá oxigênio em sua superfície, formará uma camada alfa quebradiça e rastejará sob uma pré-carga que seria trivial à temperatura ambiente. Uma junta pré-carregada a essa temperatura perde carga de aperto à medida que o parafuso relaxa, e um parafuso que perdeu sua pré-carga é um parafuso que não está mais fazendo seu trabalho, qualquer que seja o seu certificado.

A leitura honesta de uma figura de 500 graus é que ela descreve um limite de material em vez de um limite de junta. Onde uma junta realmente deve funcionar quente, a liga é geralmente Ti-6Al-4V ou uma classe de temperatura mais alta, a pré-carga é definida mais baixa para deixar reserva de rastejamento, e a junta é qualificada por um teste de relaxamento em temperatura em vez de um teste de tração à temperatura ambiente. Para uma flange em um duto de ar quente, esse teste vale mais do que qualquer número único em uma folha de dados.

Corrosão, Peso e o Caso Marinho

Fixadores de titânio são escolhidos em água do mar, em plantas químicas e em estruturas offshore porque a película de óxido se reforma após um arranhão e o metal não pica em cloreto. Os detalhes que decidem se essa promessa é mantida são a fresta sob a arruela, o contato com uma estrutura de aço e o engajamento da rosca. Um parafuso de titânio em uma estrutura de aço torna o aço o ânodo, então a estrutura corrói em torno de um fixador que parece perfeito; arruelas isolantes e uma face de aço revestida evitam isso.

Peso é a outra razão. Titânio a 4,51 gramas por centímetro cúbico é cerca de 43 por cento mais leve que o aço, e em uma grande flange com dezenas de parafusos a economia é real. Vem com uma ressalva: o titânio tem um módulo menor, então um parafuso de titânio estica mais para a mesma carga, o que é bom para fadiga e ruim para uma junta que precisa de um aperto rígido. O parafuso e a flange devem ser projetados juntos.

Acabamentos Naturais e Coloridos

A página oferece acabamentos naturais e coloridos. Natural é a superfície de laminação, cinza prateado, com a película passiva intacta. Colorido é uma película anodizada, e a cor vem da interferência nessa película em vez de um corante, então não desbota e não pode ser combinada exatamente de um lote para o outro, a menos que o processo seja controlado. A anodização não é uma barreira de corrosão da mesma forma que a tinta: é uma versão mais espessa da película que já existe, e muda o atrito sob a cabeça.

Este último ponto é importante para uma junta controlada por torque. Um parafuso anodizado torcido com uma figura destinada a um parafuso natural entregará uma pré-carga diferente, porque a película é mais áspera e seu fator de atrito é diferente. Se a cor for decorativa, a junta deve ser projetada em torno dela; se a junta for crítica, especifique o acabamento e o lubrificante juntos, e qualifique a combinação.

Preço, Quantidade e o Que a Página Diz

A descrição dá um preço unitário de 0,5 a 3,2 dólares americanos por peça dependendo do tamanho e quantidade, uma quantidade totalmente personalizável, fabricação CNC ou forjada, acabamento natural ou colorido, e o fornecimento de duas porcas e duas contraporcas com cada parafuso. O preço é uma referência para um tamanho padrão: um parafuso de flange em um diâmetro grande com uma rosca fina e um teste de carga de prova é um item diferente de um parafuso hexagonal pequeno, e o desconto por quantidade é real, mas é cotado por pedido em vez de publicado.

Notas de Pedido

Escreva o grau com seu número UNS, a classe de propriedade ou a tração e carga de prova que você precisa, o tamanho e passo da rosca, o comprimento da rosca, o tipo de cabeça, o material e altura da porca, o acabamento, o lubrificante se a junta for controlada por torque, e o teste e certificado. Indique a temperatura de serviço e se a junta é pré-carregada, pois essas duas respostas decidem se um parafuso comercialmente puro é apropriado ou se a liga e o teste de relaxamento são necessários. E peça o relatório do teste de carga de prova, não apenas uma folha de química, porque um parafuso é comprado por sua resistência e não por sua análise.

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