Os parafusos de alta resistência são um dos produtos mais importantes do setor industrial, desempenhando um papel vital na montagem de diversos tipos de máquinas. Você conhece os métodos para fixar parafusos de alta resistência? E como você seleciona o método de fixação correto? Neste artigo, TorcStark fornecerá uma resposta detalhada a essas duas perguntas.

Agora vamos começar!

Os parafusos de alta resistência são divididos em dois tipos: cabeça hexagonal grande e tipo torque-cisalhamento. Eles diferem apenas na forma e nos métodos de fixação, com desempenho de tensão idêntico. Cada tipo de parafuso de alta resistência possui seu método de fixação aplicável, e nos aprofundaremos em uma análise específica.

1. Método de fixação para parafusos grandes de cabeça hexagonal de alta resistência

Grandes parafusos de cabeça hexagonal de alta resistência se enquadram nos parafusos do tipo regular e são amplamente utilizados na Europa, América e China. Eles são amplamente utilizados, especialmente em pontes ferroviárias, sendo que a China adota exclusivamente esse tipo.

Os métodos de fixação para parafusos grandes de cabeça hexagonal de alta resistência incluem os métodos de torque e ângulo.

1.1 Método de Torque

O método de torque envolve apertar a porca usando um chave de torque que exibe valores de torque.

A operação geralmente consiste em duas etapas: aperto preliminar e aperto final. Para juntas grandes, deve envolver três etapas: aperto preliminar, aperto repetido e aperto final.

O objetivo do aperto preliminar e repetido é aproximar as placas conectadas. O torque para aperto preliminar deve ser em torno de 50% do torque de construção, e o torque para aperto repetido é igual ao torque para aperto preliminar.

Após o aperto preliminar ou repetido, os parafusos de alta resistência devem ser marcados com cores na porca. Em seguida, repita o aperto de acordo com o valor do torque de construção. Depois de concluído o aperto repetido, marque a porca com outra cor.

Dica:

Aperto Preliminar: Ao aparafusar o parafuso no furo da peça, use uma chave de torque elétrica para aplicar a força apropriada para o pré-aperto. Isso garante que o parafuso se encaixe perfeitamente no objeto fixo sem força excessiva.

Aperto repetido: Após o aperto preliminar do parafuso, devido ao relaxamento do próprio parafuso e à deformação do objeto fixo, é necessário aplicar novamente o torque adequado para levar o parafuso ao estado de tensão predeterminado.

Aperto Final: Depois de concluir o aperto preliminar e repetido, aplique novamente um torque forte para levar o parafuso ao estado de vedação final predeterminado.

O torque de construção T deve ser determinado de acordo com a seguinte fórmula:

T=kd(P+δP) (Fórmula 1-1)

Onde:

  • d é o diâmetro nominal do parafuso.
  • P é a pré-tensão do parafuso.
  • δP é o valor da perda de pré-tensão causada pelo relaxamento do parafuso após o aperto de compensação, geralmente em torno de 10% da pré-tensão.
  • k é o coeficiente de torque.

Como é evidente na fórmula acima, o torque de aperto aplicado não é apenas proporcional ao diâmetro nominal do parafuso e à pré-tensão especificada, mas também depende do coeficiente de torque.

O coeficiente de torque deve ser determinado através de experimentação prévia, e as fábricas normalmente fornecem esse valor para cada lote de parafusos na entrega. Este coeficiente representa o valor fundamental do coeficiente de torque, refletindo a qualidade de fabricação dos parafusos. Fatores como tratamento da superfície do parafuso (escurecimento, fosfatação), limpeza superficial, precisão da rosca, lubrificação, etc., contribuem para esse coeficiente, indicando a qualidade de fabricação do parafuso. No entanto, é determinado sob condições específicas na fábrica.

Vários fatores externos também influenciam o coeficiente de torque, como transporte, armazenamento, se as roscas foram danificadas durante o uso, se estão contaminadas com poeira ou óleo e se foram expostas à umidade e enferrujadas.

Mesmo que esses fatores sejam evitados, outros elementos como o número de camadas, espessura e planicidade das placas conectadas, a sequência de aperto do grupo de parafusos, a velocidade de aperto, a presença de lubrificante (graxa) entre a porca e o parafuso ou entre a porca e a arruela, a temperatura durante o aperto (que diminui à medida que a temperatura aumenta) e a oportunidade do aperto final, todos têm algum impacto no coeficiente de torque.

Se o coeficiente de torque for grande e com alta variabilidade, isso indica que o torque de construção é alto e a pré-tensão do parafuso é instável. Isto inevitavelmente tornará difícil garantir a qualidade. Além disso, um aumento no torque de construção não só aumenta a tensão de cisalhamento gerada durante o aperto, mas também aumenta o equipamento e a intensidade do trabalho durante o aperto. Portanto, ao usar o método de torque, é necessário determinar o coeficiente de torque com base nas condições reais de engenharia antes da construção para garantir a qualidade do projeto.、

1.2 Método do Ângulo

O método do ângulo não requer o uso de uma chave especializada. Ele controla o ângulo de rotação da porca, gerenciando efetivamente a tensão do parafuso para atingir a pré-tensão especificada. Portanto, é um método de fixação simples e eficaz, muito utilizado nos Estados Unidos.

O método angular também requer duas etapas: aperto preliminar e aperto final.

Para o aperto preliminar, uma chave curta (30~50cm de comprimento, apertada por uma pessoa, atingindo aproximadamente 20%~30% de pré-tensão) pode ser usada para apertar a porca até que as placas estejam bem encaixadas e uma marca seja feita. Em seguida, usando uma chave longa (ou elétrica, pneumática), a porca é apertada a partir da posição marcada por mais 1/3 a 1/2 volta (120° a 180°) para atingir a posição final.

O ângulo de aperto final precisa ser determinado com base na relação com a pré-tensão e está relacionado à espessura da pilha de placas (h) e ao diâmetro do parafuso (d). Os regulamentos atuais no Japão e nos Estados Unidos são os seguintes:

Japão:

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

EUA:

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

2. Método de fixação para parafusos de alta resistência do tipo torque-cisalhamento

Os parafusos de alta resistência do tipo torque-cisalhamento foram originalmente introduzidos no Japão.

Devido ao design inerente do parafuso, ele apresenta uma ranhura e uma cabeça de came na extremidade do parafuso. A profundidade da ranhura é determinada com base na relação entre o torque necessário para finalmente quebrar a cabeça do came e a pré-tensão. Portanto, quando a cabeça do came se rompe, o parafuso atinge o valor de pré-tensão especificado.

O aperto de parafusos de alta resistência do tipo torque-cisalhamento também envolve um aperto preliminar e um aperto final, com um aperto adicional repetido no meio para juntas grandes.

O aperto preliminar e o aperto repetido podem ser realizados usando um chave de torque elétrica, com valor de torque também ajustado em 50% da fórmula (1-1) e coeficiente de torque de 0,13. Assim, o torque para aperto preliminar/aperto repetido pode ser expresso como:

T0=0,065d(P+δP)(Fórmula 2-1)

Após o aperto preliminar ou repetido, os parafusos de alta resistência devem ser marcados com cores na porca. Depois, um especialista Chave elétrica tipo TC é usado para apertar a porca e a cabeça do came até que a cabeça do came se quebre.

A fixação de parafusos de alta resistência do tipo torque-cisalhamento é simples e facilita a inspeção se os parafusos estão apertados demais ou insuficientemente. Portanto, é altamente preferido pelas unidades de construção. A desvantagem é que a cabeça do came requer um pouco mais de consumo de aço. Além disso, se não houver um controle rigoroso sobre o erro de fabricação da profundidade do canal, poderá introduzir alguma variabilidade na pré-tensão dos parafusos.

3. Análise de dois métodos de aperto de parafusos de alta resistência

3.1 Análise do método de fixação de parafuso de alta resistência tipo torque-cisalhamento

O método de fixação dos parafusos de alta resistência do tipo torque-cisalhamento é simples e fácil de inspecionar. Portanto, enquanto houver um abastecimento confiável e acesso a chaves de torque elétricas, e a qualidade dos parafusos atende às normas nacionais, é uma opção viável para utilização em estruturas de construção.

3.2 Análise do método de fixação para parafusos de alta resistência com cabeça hexagonal grande

A fabricação de parafusos grandes de cabeça hexagonal de alta resistência é relativamente simples, com ampla disponibilidade de fornecimento. Porém, seu processo de fixação exige certas especificações, principalmente no que diz respeito à determinação do coeficiente de torque e torque de fixação. Embora existam vários fatores que afetam o coeficiente de torque, ao melhorar o controle de qualidade da fabricação de parafusos e do gerenciamento da tecnologia de construção, a confiabilidade da qualidade da conexão pode ser alcançada em um nível mais elevado.

Dica:

Garantir a qualidade dos parafusos é crucial, e a chave está na redução do coeficiente de torque e na minimização de sua variabilidade na fabricação dos parafusos.

O tratamento de fosfatação de superfície para parafusos, porcas e arruelas de alta resistência pode reduzir significativamente o coeficiente de torque e sua variabilidade. O coeficiente de torque pode ser reduzido em aproximadamente 50%, normalmente variando de 0,115 a 0,120, com um desvio padrão de 0,0026 a 0,0098 e uma variabilidade de pré-tensão de 0,016 a 0,096.

O método de fixação para parafusos grandes de cabeça hexagonal de alta resistência, usando o método angular, é simples e prático. Contudo, é crucial controlar rigorosamente o ângulo de aperto final; caso contrário, existe o risco de aperto insuficiente ou excessivo, sendo mais provável o aperto excessivo.

Em circunstâncias normais, os valores de pré-tensão obtidos através do método de torque são geralmente estáveis. Porém, vários fatores durante a construção podem influenciar o coeficiente de torque, tornando mais desafiador fazer análises quantitativas. Fatores como o impacto das flutuações de temperatura durante a construção (mudança aproximadamente k=士6,15X10-4~士6,6X10-4/℃, com uma taxa de mudança média de aproximadamente 0,48% a 0,50% por grau Celsius) e o efeito de intempestividade o aperto final pode aumentar ou diminuir o coeficiente de torque, muitas vezes dificultando uma análise quantitativa.

Nessas situações, é aconselhável considerar a utilização do método angular para o aperto final, combinando os métodos de torque e ângulo. Ao utilizar o método do ângulo, após o aperto final, recomenda-se verificar batendo em cada parafuso com um pequeno martelo de 0,3 a 0,5kg. Além disso, as verificações do torquímetro devem ser realizadas recuando a porca apertada em 30° a 50° e depois apertando-a de volta à sua posição original para verificar se há um desvio significativo (não excedendo 10%).

Esta abordagem permite que os dois métodos de fixação se complementem. A verificação de torque pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

Tzb=kdP

Resumo:

Como parafusos de alta resistência são comumente usados na conexão de pontes, ferrovias e equipamentos de alta e ultra-alta pressão, é essencial considerar de forma abrangente todos os fatores que podem afetar o processo de fixação. O método de fixação escolhido deve garantir a precisão da aplicação de torque em parafusos de alta resistência. Isto garante a conclusão tranquila do projeto e aborda questões de segurança para o pessoal da construção.