Come ispezionare i bulloni ad alta resistenza?

L'ispezione dei bulloni ad alta resistenza è un processo di controllo qualità fondamentale per garantire che soddisfino gli standard specificati (come ASTM A325, A490 negli Stati Uniti o ISO 898-1, IEC 7410-2 a livello internazionale) e può sopportare in sicurezza i carichi progettati. L'ispezione può essere sostanzialmente suddivisa in tre fasi: ispezione dei materiali e dimensionale, prove delle proprietà meccaniche e verifica delle prestazioni e dell'installazione.

1. Ispezione dimensionale e dei materiali

Questa è la prima linea di ispezione, che verifica le caratteristiche fisiche e visive del bullone.

· Ispezione visiva:
· Difetti superficiali: verificare la presenza di crepe, giunture, pieghe, sbavature o ruggine che potrebbero agire come concentratori di stress e causare guasti.
· Marcature sulla testa: verificare che sulla testa sia impressa la corretta identificazione del grado (ad esempio, "A325" o "A490" per i bulloni strutturali) e il marchio del produttore. Questo è un modo rapido per risalire all'origine del bullone e alla resistenza specificata.
· Filettature: ispezionare le filettature per verificare la presenza di eventuali danni, come intaccature, abrasioni (trasferimento di materiale dovuto all'attrito) o usura. Le filettature devono essere pulite, ben formate e continue.
· Ispezione dimensionale:
· Diametro e lunghezza: utilizzare calibri o micrometri calibrati per verificare il diametro del gambo, il diametro maggiore della filettatura, la lunghezza complessiva e la lunghezza dell'impugnatura. Questi valori devono rientrare nelle tolleranze specificate dalla norma.
· Passo e profilo della filettatura: utilizzare calibri per controllare il passo (distanza tra le filettature). Per un'ispezione più precisa, un calibro a tampone per filettatura (per dadi esagonali) e un calibro ad anello (per i bulloni) vengono utilizzati per garantire che la forma della filettatura sia corretta.
· Dimensioni della testa e del dado: controllare la larghezza delle superfici piane, l'altezza della testa e la superficie di appoggio sotto la testa.

2. Test delle proprietà meccaniche

Questo è il fulcro dell'ispezione, che determina la resistenza e la duttilità del bullone. I test vengono in genere eseguiti su campioni provenienti da un lotto di produzione in laboratorio.

· Prova di durezza:
· Metodo: utilizzando un durometro Rockwell (solitamente HRC) o Brinell (HBW), un penetratore viene premuto su una superficie liscia del bullone (spesso l'estremità del gambo o una sezione ricavata da esso).
· Scopo: la durezza fornisce una misura rapida e indiretta della resistenza alla trazione del bullone. Se un bullone è troppo duro, potrebbe essere fragile; se è troppo morbido, potrebbe cedere sotto carico. Il valore misurato deve rientrare nell'intervallo specificato per il suo grado.
· Prova di trazione (prova di trazione diretta):
· Metodo: il bullone viene montato in una macchina di prova universale e allungato fino alla rottura. La macchina registra il carico e l'allungamento.
· Misure chiave:
· Carico di prova: il carico che il bullone deve sopportare senza cedimento permanente (deformazione). Il bullone viene caricato a questa forza e poi controllato per verificare la variazione di lunghezza.
· Resistenza alla trazione: il carico massimo che il bullone può sopportare prima della rottura.
· Limite di snervamento: la sollecitazione alla quale il bullone inizia a deformarsi plasticamente (in modo permanente). Per alcuni bulloni ad alta resistenza, il "limite di snervamento" è determinato da una quantità definita di deformazione permanente (ad esempio, metodo di offset dello 0,2%).
· Allungamento e riduzione dell'area: misura la duttilità del materiale del bullone. Un allungamento minimo garantisce che il bullone si allunghi e si abbassi prima di una frattura fragile.
· Prova del cuneo:
· Metodo: Prova speciale in cui un bullone viene sottoposto a una prova di trazione con un cuneo in acciaio temprato posizionato sotto la sua testa. Il cuneo ha un angolo standard (ad esempio, 10 gradi).
· Scopo: Questo test valuta la duttilità della giunzione testa-gambo del bullone. Un bullone in buone condizioni si frattura nella parte filettata, non sotto la testa. Una frattura sotto la testa indica scarsa qualità o trattamento termico.
· Prova d'urto Charpy con intaglio a V:
· Metodo: Un campione intagliato viene ricavato dalla lavorazione bulloneUn martello a pendolo colpisce e rompe il campione e viene misurata l'energia assorbita (in Joule).
· Scopo: Questo test determina la tenacità del bullone e la sua resistenza alla frattura fragile, soprattutto a basse temperature di esercizio. Questo è fondamentale per le strutture in climi freddi.

3. Verifica delle prestazioni e dell'installazione

In questo articolo ci concentriamo sul comportamento del bullone in un giunto assemblato, in particolare per le applicazioni pretensionate.

· Prova di carico di prova dei dadi:
· Il dado viene assemblato su un mandrino di prova temprato e sottoposto a un carico di prova. Il dado deve resistere a questo carico senza spanare la filettatura.
· Prova di durezza su dadi e rondelle:
· Anche i dadi e le rondelle devono soddisfare requisiti di durezza per garantire che non vengano deformati dall'elevata forza di serraggio.
· Test della relazione coppia-tensione (test di precarico):
· Metodo: il bullone viene assemblato in un dispositivo calibrato (una "cella di carico") e serrato con una chiave dinamometrica. La coppia applicata e il precarico assiale risultante (tensione) nel bullone vengono misurati simultaneamente.
· Scopo: Verificare la consistenza del bullone e l'accuratezza del rapporto coppia-precarico. Questo è fondamentale per garantire che venga raggiunta la corretta forza di serraggio durante l'installazione sul campo. Il coefficiente di attrito (sulle filettature e sotto la superficie del cuscinetto) è un fattore chiave in questo caso.
· Indicatori di tensione diretta (DTI):
· Metodo: Per i bulloni strutturali, vengono utilizzate rondelle speciali con sporgenze (spesso chiamate "rondelle indicatrici di carico" o "Squirter Dots"). Man mano che il bullone viene serrato e allungato, gli spazi tra la rondella e la testa del bullone si appiattiscono. L'ispettore verifica che gli spazi siano chiusi a un livello specificato, confermando il raggiungimento del precarico minimo.

Riepilogo dei punti chiave dell'ispezione:

Categoria di ispezione Test/controlli chiave Scopo
Materiale e dimensioni Visivo, dimensionale, calibro della filettatura Garantire la corretta identità, dimensione e assenza di difetti superficiali.
Proprietà meccaniche Durezza, trazione, cuneo, impatto Verificano la resistenza, la duttilità, la tenacità e la qualità complessiva del materiale.
Prestazioni e installazione Carico di prova del dado, coppia-tensione, DTI Verificare che il sistema bullone-dado-rondella funzioni insieme per ottenere la forza di serraggio richiesta.

Nella pratica, si utilizza una combinazione di questi metodi. Ad esempio, un'ispezione in ricezione potrebbe comportare controlli visivi e dimensionali al 100%, mentre i test meccanici vengono eseguiti su un campione statistico di ciascun lotto di produzione. La corretta documentazione e tracciabilità di tutti i risultati dei test sono essenziali per la garanzia della qualità.