Los pernos de alta resistencia son uno de los productos más importantes del sector industrial y desempeñan un papel vital en el montaje de diversos tipos de maquinaria. ¿Conoce los métodos para asegurar pernos de alta resistencia? ¿Y cómo se selecciona el método de fijación adecuado? En este artículo, TorcStark proporcionará una respuesta detallada a estas dos preguntas.

¡Ahora comencemos!

Los pernos de alta resistencia se dividen en dos tipos: cabeza hexagonal grande y tipo torque-cizallamiento. Se diferencian únicamente en la forma y en los métodos de fijación, con una resistencia a la tensión idéntica. Cada tipo de perno de alta resistencia tiene su método de fijación aplicable, y profundizaremos en un análisis específico.

1. Método de fijación para pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia

Los pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia se incluyen entre los pernos de tipo regular y se utilizan ampliamente en Europa, América y China. Se utilizan ampliamente, especialmente en puentes ferroviarios, y China adopta exclusivamente este tipo.

Los métodos de fijación para pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia incluyen los métodos de torsión y ángulo.

1.1 Método de torsión

El método de torsión implica apretar la tuerca usando un llave dinamométrica que muestra los valores de torsión.

La operación generalmente consta de dos pasos: apriete preliminar y apriete final. Para juntas grandes, debe implicar tres pasos: ajuste preliminar, ajuste repetido y ajuste final.

El propósito del apriete preliminar y repetido es acercar las placas conectadas. El par de apriete preliminar debe ser de alrededor de 50% del par de construcción, y el par de apriete repetido es igual al par de apriete preliminar.

Después de un apriete preliminar o repetido, los pernos de alta resistencia deben marcarse con color en la tuerca. Luego, repita el apriete según el valor del par de construcción. Una vez completado el apriete repetido, marque la tuerca con otro color.

Consejo:

Ajuste preliminar: Al atornillar el perno en el orificio de la pieza, utilice una llave dinamométrica eléctrica para aplicar la fuerza adecuada para el preapriete. Esto asegura que el perno encaje perfectamente contra el objeto fijo sin fuerza excesiva.

Ajuste repetido: Después del apriete preliminar del perno, debido a la relajación del propio perno y la deformación del objeto fijo, es necesario aplicar nuevamente el torque apropiado para llevar el perno al estado de tensión predeterminado.

Ajuste final: Después de completar el apriete preliminar y repetido, aplique un par fuerte una vez más para llevar el perno al estado de sellado final predeterminado.

El par de construcción T debe determinarse según la siguiente fórmula:

T=kd(P+δP) (Fórmula 1-1)

Dónde:

  • d es el diámetro nominal del perno.
  • P es la pretensión del perno.
  • δP es el valor de la pérdida de pretensión causada por la relajación del perno después del apriete de compensación, generalmente alrededor de 10% de la pretensión.
  • k es el coeficiente de par.

Como se desprende de la fórmula anterior, el par de apriete aplicado no sólo es proporcional al diámetro nominal del perno y la tensión previa especificada, sino que también depende del coeficiente de par.

El coeficiente de torsión debe determinarse mediante experimentación previa y las fábricas suelen proporcionar este valor para cada lote de pernos en el momento de la entrega. Este coeficiente representa el valor fundamental del coeficiente de torsión, que refleja la calidad de fabricación de los pernos. A este coeficiente contribuyen factores como el tratamiento de la superficie del perno (ennegrecimiento, fosfatado), limpieza de la superficie, precisión de la rosca, lubricación, etc., indicativos de la calidad de fabricación del perno. Sin embargo, se determina en condiciones específicas de fábrica.

Varios factores externos también influyen en el coeficiente de torsión, como el transporte, el almacenamiento, si las roscas se dañan durante el uso, si están contaminadas con polvo o aceite y si han estado expuestas a la humedad y se han oxidado.

Incluso si se evitan estos factores, otros elementos como el número de capas, el espesor y la planitud de las placas conectadas, la secuencia de apriete del grupo de pernos, la velocidad de apriete, la presencia de lubricante (grasa) entre la tuerca y el perno o entre la tuerca y la arandela, la temperatura durante el apriete (que disminuye a medida que aumenta la temperatura) y la puntualidad del apriete final, tienen algún impacto en el coeficiente de torsión.

Si el coeficiente de torsión es grande con alta variabilidad, indica que el torque de construcción es alto y la pretensión del perno es inestable. Esto inevitablemente hará que sea difícil garantizar la calidad. Además, un aumento en el torque de construcción no solo aumenta la tensión cortante generada durante el apriete sino que también aumenta la intensidad del equipo y la mano de obra durante el apriete. Por lo tanto, cuando se utiliza el método de torsión, es necesario determinar el coeficiente de torsión en función de las condiciones de ingeniería reales antes de la construcción para garantizar la calidad del proyecto.

1.2 Método del ángulo

El método del ángulo no requiere el uso de una llave especializada. Controla el ángulo de rotación de la tuerca, gestionando eficazmente la tensión del perno para lograr la pretensión especificada. Por tanto, es un método de sujeción sencillo y eficaz, muy utilizado en Estados Unidos.

El método del ángulo también requiere dos pasos: ajuste preliminar y ajuste final.

Para el ajuste preliminar, se puede usar una llave corta (30~50 cm de largo, apretada por una persona, logrando aproximadamente 20%~30% de pretensión) para apretar la tuerca hasta que las placas estén ajustadas entre sí y se haga una marca. Luego, utilizando una llave larga (o una llave eléctrica o neumática), se aprieta la tuerca desde la posición marcada durante 1/3 a 1/2 vuelta adicional (120° a 180°) para alcanzar la posición final.

El ángulo de apriete final debe determinarse en función de la relación con la pretensión y está relacionado con el espesor de la pila de placas (h) y el diámetro del perno (d). Las regulaciones actuales en Japón y Estados Unidos son las siguientes:

Japón:

  • h≤8d o h≤200mm 1/2 círculo
  • h>8d o h>200mm 2/3 círculo

EE.UU:

  • h≤4d 1/3 círculo
  • 4d<h≤8d 1/2 círculo
  • 8d<h≤12d 2/3 círculo

2. Método de fijación para pernos de alta resistencia tipo torsión-cizallamiento

Los pernos de alta resistencia del tipo par-cizallamiento se introdujeron originalmente en Japón.

Debido al diseño inherente del perno, presenta una ranura y una cabeza de leva en el extremo del perno. La profundidad de la ranura se determina en función de la relación entre el par necesario para romper finalmente el cabezal de la leva y la pretensión. Por lo tanto, cuando la cabeza de la leva se rompe, el perno alcanza el valor de pretensión especificado.

El apriete de pernos de alta resistencia del tipo par-cizallamiento también implica un apriete preliminar y un apriete final, con un apriete adicional repetido en el medio para juntas grandes.

El apriete preliminar y el apriete repetido se pueden realizar utilizando un llave dinamométrica eléctrica, con el valor de par también fijado en 50% de la fórmula (1-1) y un coeficiente de par de 0,13. Por tanto, el par de apriete preliminar/apriete repetido se puede expresar como:

T0=0,065d(P+δP)(Fórmula 2-1)

Después de un apriete preliminar o repetido, los pernos de alta resistencia deben marcarse con color en la tuerca. Luego, un especialista Llave eléctrica tipo TC Se utiliza para apretar la tuerca y la cabeza de la leva hasta que la cabeza de la leva se rompa.

La fijación de pernos de alta resistencia del tipo par-cizallamiento es simple y facilita la inspección de si los pernos están demasiado apretados o insuficientemente. Por tanto, es muy favorecido por las unidades de construcción. El inconveniente es que el cabezal de leva requiere un poco más de consumo de acero. Además, si falta un control estricto sobre el error de fabricación de la profundidad de la ranura, se puede introducir cierta variabilidad en la pretensión de los pernos.

3. Análisis de dos métodos de apriete de pernos de alta resistencia

3.1 Análisis del método de fijación de pernos de alta resistencia tipo torsión-cizallamiento

El método de fijación de los pernos de alta resistencia tipo torsión-cizalla es simple y fácil de inspeccionar. Por lo tanto, mientras exista un suministro fiable y acceso a llaves dinamométricas eléctricas, y la calidad de los pernos cumple con los estándares nacionales, es una opción viable para su uso en estructuras de construcción.

3.2 Análisis del método de fijación para pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia

La fabricación de pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia es relativamente sencilla y existe una amplia disponibilidad de suministro. Sin embargo, su proceso de fijación requiere ciertas especificaciones, especialmente en lo que respecta a la determinación del coeficiente de torsión y el par de fijación. Aunque hay varios factores que afectan el coeficiente de torsión, al mejorar el control de calidad de la fabricación de pernos y la gestión de la tecnología de la construcción, la confiabilidad de la calidad de la conexión se puede lograr a un nivel superior.

Consejo:

Garantizar la calidad de los pernos es crucial y la clave reside en reducir el coeficiente de torsión y minimizar su variabilidad en la fabricación de los pernos.

El tratamiento de fosfatado superficial para pernos, tuercas y arandelas de alta resistencia puede reducir significativamente el coeficiente de torsión y su variabilidad. El coeficiente de torsión se puede reducir en aproximadamente 50%, que generalmente oscila entre 0,115 y 0,120, con una desviación estándar de 0,0026 a 0,0098 y una variabilidad de pretensión de 0,016 a 0,096.

El método de fijación de pernos grandes de cabeza hexagonal de alta resistencia, mediante el método del ángulo, es sencillo y práctico. Sin embargo, es fundamental controlar estrictamente el ángulo de apriete final; de lo contrario, existe el riesgo de apretar demasiado o demasiado poco, siendo más probable un ajuste excesivo.

En circunstancias normales, los valores de pretensión obtenidos mediante el método del par son generalmente estables. Sin embargo, varios factores durante la construcción pueden influir en el coeficiente de torsión, lo que dificulta la realización de análisis cuantitativos. Factores como el impacto de las fluctuaciones de temperatura durante la construcción (cambio aproximadamente k=士6.15X10-4~士6.6X10-4/℃, con una tasa de cambio promedio de aproximadamente 0.48% a 0.50% por grado Celsius) y el efecto de cambios inoportunos El apriete final puede aumentar o disminuir el coeficiente de torsión, lo que a menudo dificulta la realización de un análisis cuantitativo.

En tales situaciones, es aconsejable considerar el uso del método del ángulo para el apriete final, combinando los métodos de torsión y ángulo. Cuando se utiliza el método del ángulo, después del apriete final, se recomienda comprobar golpeando cada perno con un martillo pequeño que pese entre 0,3 y 0,5 kg. Además, se deben realizar comprobaciones con la llave dinamométrica haciendo retroceder la tuerca apretada entre 30° y 50° y luego apretándola nuevamente a su posición original para verificar si hay una desviación significativa (que no exceda 10%).

Este enfoque permite que los dos métodos de fijación se complementen entre sí. La verificación del par se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Tzb=kdP

Resumen:

Dado que los pernos de alta resistencia se utilizan comúnmente en la conexión de puentes, vías férreas y equipos de alta y ultra alta presión, es esencial considerar todos los factores que pueden afectar el proceso de fijación de manera integral. El método de fijación elegido debe garantizar la precisión al aplicar el par a pernos de alta resistencia. Esto garantiza la finalización sin problemas del proyecto y aborda los problemas de seguridad del personal de construcción.