nuova bulloneria strutturale

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LA NUOVA BULLONERIA STRUTTURALE alla luce della recente normativa europea

EN 14399 EN 15048 EN 1090-2 EN ISO 898-1

Dispensa a cura di: Dott. Ing. Angelino Perenthaler

Socio Sostenitore Fondazione Promozione Acciaio

www.promozioneacciaio.it

la nuova

BULLONERIA STRUTTURALE

alla luce della recente normativa europea

EN 14399 EN 15048 EN 1090-2 EN ISO 898-1

Le tipologie dei nuovi prodotti unificati, i materiali, la produzione, i trattamenti, le criticit

Screw making machine (1871)

La nuova Bulloneria strutturale pag. 2

Gli argomenti

Uno sguardo introduttivo alle nuove norme

Il quadro generale dellattuale situazione normativa europea e italiana

Lacciaio impiegato

I materiali da costruzione secondo EN ISO 898-1: la nuova (2009) e la precedente (1999) edizione

- Caratteristiche richieste al materiale: deformabilit a freddo, sferoidizzazione dei carburi, resistenza meccanica, indurimento, tenacit, impurezze, grano fine, resistenza alla corrosione e allusura, temprabilit, accuratezza dimensionale, trafilatura, pelatura, rettifica, lappatura, tabelle normative degli acciai e delle caratteristiche meccaniche e fisiche

La produzione, i trattamenti, le criticit

Il processo produttivo: dal filo laminato al bullone finito - Approvvigionamento vergella - Decapaggio in acido - Fosfatazione - Ricottura (eventuale) - Trafilatura e altre lavorazioni superficiali (eventuali) - Stampaggio alla pressa - Filettatura - Trattamento termico - Ripresa (eventuale) - Prove meccaniche sui bulloni

Trattamenti di protezione superficiale

- Zincatura a caldo - Trattamenti elettrolitici - Fosfatazione - Rivestimenti chimici - Rivestimenti meccanici


Aspetti metallurgici critici - Decarburazione - Deidrogenazione - Invecchiamento da zincatura a caldo - Rilassamento a breve e a lungo termine - Cedimento del bullone

I nuovi prodotti unificati

I nuovi sistemi unific.di bulloneria strutturale HR,HV,HRC,SB - EN 14399: Bulloneria strutturale a serraggio controllato (HR, HV, HRC) - EN 15048: Bulloneria strutturale non a serraggio controllato (SB) - La geometria dei componenti

D.M. 14 gennaio 2008: Norme tecniche per le costruzioni (NTC)

Circolare 2 febbraio 2009: Istruzioni per lapplicazione delle NTC

Attraverso le novit introdotte dalla normativa europea (e dal Testo Unico)

- Insieme vite-dado-rondelle

I due tipi di imballi ora in commerci Regole generali di assiemaggio dei componenti secondo EN 1090-2 Elementi di fissaggio speciali

- Il precarico secondo EN 1090-2 ed EC3

- Idoneit degli assiemi: le prove di serraggio

- Calcolo della coppia di serraggio: il fattore k

Coppia di serraggio k-classe Coefficienti di serraggio per le classi K1 e K2 Le due classi a confronto Le prescrizioni della UNI CNR 10011 (superata) Cos il coefficiente k

- Metodi di applicazione della coppia di serraggio

Metodo della coppia Metodo combinato Metodo HRC Serraggio delle viti non precaricate (sistema SB) Controllo del serraggio Approfondimenti sul serraggio dei bulloni

- Considerazioni finali

Un confronto con precedenti specifiche di serraggio Lattuale fase di passaggio dal vecchio al nuovo sistema


Il quadro generale dellattuale situazione normativa europea e italiana

Negli ultimi anni, con la pubbli-cazione delle nuove normative EN ISO 898-1 ed EN 14399-10 stato posto lultimo tassello al quadro normativo europeo sulla bulloneria strutturale. Dalla disamina delle nuove tipologie di bulloneria introdotte se ne trae netta l impressione che esse siano il frutto di uno scambio di compromesso, di un do ut des tra i due gruppi forti della Commissione dopo un confronto durato 10 anni, inca-paci di convergere su un prodot-to unico, razionale, e di ispira-zione squisitamente tecnica. Il sistema HR e il sistema HV non sembrano infatti evidenzia-re differenze cos nette ed im-portanti che ne giustifichino lo sdoppiamento (e costi connes-si!), essendo tra loro molto simili come materiali e come dimensio-

sioni, il primo per caro ai fran- cesi, il secondo radicato invece nel mondo tedesco. Come materiali, il sistema HV prevede solo la cl. 10.9, mentre il sistema HR anche la cl. 8.8. Le viti sono in ambedue i casi a gambo parzialmente filettato, con diverse lunghezze del tratto filettato (HR anche il 50% in pi). Di poco diverse le altezze dei dadi, con l HR alto ca. 9/10 del diametro, meno l HV, ca. 8/10. Queste differenze piuttosto rela-tive confermano che non do-vrebbe essere troppo difficile (e neanche troppo azzardato) im-maginare un piccolo sforzo uni-tario europeo, per far nascere un (ipotetico!) sistema HRV, nelle classi 10.9 e 8.8, con valori di compromesso della lunghezza del tratto filettato e dellaltezza del dado.

Alla base delle due tipologie, la francese HR e la tedesca HV, ci sono in realt due filosofie di rottura diverse (confermate anche da prove e test di rottura), tra cui il

progettista dovr scegliere: per cedimento della vite o per sfilamento del dado.

Nell HR, la maggior duttilit e allungamento plastico del gambo dovrebbero porta-re a collasso la vite per cedimento nel tratto interno libero del filetto ( dado pi

alto e filetto pi lungo). Per questo assorbe anche eventuali sovra-serraggi.

Nel sistema HV invece la rottura avverrebbe prima per cedimento del dado (pi basso), in seguito a strappamento del filetto interno. C il vantaggio che la

vite pu continuare a funzionare a taglio, anche se pu esserci una maggior sensibilit al sovra-serraggio, e per questo i controlli devono essere accurati.


Ritornando allattuale normativa, molto interessante e innovativo si presenta il sistema HRC, sia per la precisione con cui ci permette di applicare la coppia di serraggio, sia per il limitato sforzo fisico da impegnare - previsto infatti luso di un apposito avvitatore elettrico - anche se gi in fase di progetto bisogner fare i conti con lingombro dellattrezzo e con la

libert di manovra possibile attorno al giunto. Infine, per le applicazioni pre-viste senza precarico, la norma-tiva mette a disposizione il siste-ma SB, ampliato sia nella gam-ma proposta per le classi di materiale (infatti non prevede solo bulloni AR), sia nella lun-ghezza del filetto (che in questo sistema non solo parziale ma anche a tutto gambo).

La norma permette comunque di usare - per le applicazioni senza precarico - anche la bulloneria prevista per il precarico.

Le novit di maggior peso e impatto non si presentano per sul fronte delle tipologie di bul-loneria proposte, ma piuttosto nelle precise modalit di serrag-gio dei bulloni precaricati, diven-tate ora pi esatte, mirate e obiettive, con lutilizzatore finale sollevato dallonere di dover decidere o calcolare la coppia di serraggio da applicare allonta-nando cos la principale causa

dei frequenti errori di serraggio, anche se, a onor del vero, dalle conseguenze quasi mai gravi. E noto che nella tecnica di serraggio controllato, eseguito con chiave dinamometrica, il bullone viene precaricato a norma con una forza assiale (ma non solo) che lo sollecita a ridosso del carico di snerva-mento.

Schema di funzionamento della chiave dinamometrica


La norma segue due strade per quanto riguarda i dati di serrag-gio da dichiarare. Una pi precisa, e la coppia dichiarata esattamente: il meto-do K2, con pi impegnativi test che incidono sui costi di produ-zione. Laltra - ed il metodo K1 pre-vede invece un range di valori che appare obiettivamente troppo disperso e che per questo spesso ristretto dai pi seri tra i fornitori. Normalmente, alla vite non si ap-plica direttamente il precarico voluto (con attrezzo tensionato-re, il che non implicherebbe er-rori), ma invece una certa cop-pia (servendosi di una chiave dinamometrica) che quel preca-rico dovrebbe essere in grado di

generare, con le intrinseche difficolt di stabilire il corretto rapporto causa/effetto (coppia/ precarico, noto come k) e cor-rendo il non improbabile rischio di sollecitare il materiale fino a snervamento. Il compito di definire un valore preciso - o un campo di valori - della coppia di serraggio viene ora assegnato dalla norma al produttore, che in generale certamente pi attrezzato per tale compito, e quindi meglio in grado di fornire risultati pi attendibili rispetto al generico utilizzatore finale. La determinazione della coppia viene condotta sui singoli lotti di produzione, attraverso prove se-vere regolamentate dalle norme.

A chiusura di questo sguardo preliminare

possibile prevedere che il destino di ogni singolo bullone, sar fin dora pi.sereno,

non pi lasciato nelle sole mani delloperatore, con la sua soggettivit, con i suoi scarsi mezzi

(Bozzetto di Massimo Ciceri, ripreso dalla Guida BLM)

ma riposto in quelle pi esperte del produttore,

Allutilizzatore restano in carico in ogni caso i corretti stoccaggio, manipolazione e montaggio

dei bulloni.


Nella schematizzazione seguente viene fornito in modo articolato il quadro della nuova normativa sulla bulloneria strutturale.

Eurocodice 3

EN 1993-1- 8:2005 Progettazione delle strutture di acciaio

Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti

EN 1090-2:2008 Esecuzione delle strutture di acciaio e di alluminio Parte 2: Requisiti tecnici per le strutture di acciaio

EN 14399 EN 15048 Bulloni Bulloni a serraggio controllato non a serraggio controllato

EN ISO 898-1:2009

Caratteristiche meccaniche degli elementi di collegamento di acciaio

Parte 1: Viti e viti prigioniere con classi di resistenza specificate Filettature a passo grosso e a passo fine

E la parte relativa ai collegamenti del co-dice europeo, e for-nisce i criteri generali di progettazione delle strutture di acciaio.

La norma specifica i requisiti per lesecu-zione delle strutture di acciaio, indipen-dentemente dalla lo-ro tipologia.

Sono norme armo-nizzate (e recepite da UNI) che precisano i requisiti generali (dimensioni, assiemi, ecc.) per la bulloneria normale e AR, adatta al precarico (EN 14399) o senza pre-carico (EN 15048). La norma specifica le caratteristiche mec-caniche delle viti di acciaio al C e legato, usate in un range di T fra -50 e +150C, con estensione fino a +300C, previe scel-te appropriate in ba-se alle applicazioni.

Quadro normativo italiano

L. n. 1086 del 5 novembre 1971

D.P.R. 380 del 2001

Nuove norme tecniche per le costruzioni D.M. 14 gennaio 2008

G.U. n. 29 del 4 febbraio 2008

La L.1086 (inglobata nel D.P.R. 380) disciplina le opere civili in c.a. e nor-male e a struttura metallica, riman-dando ad appositi decreti (da aggior-nare periodicamente) le norme tecniche di attuazione.

Il D.M. allinea le norma con lo stato dellarte, e raccoglie in maniera orga-nica e unitaria nel Testo Unico (NTC) le diverse norme tecniche finora distri-buite in vari Decreti.


I materiali da costruzione sec.EN ISO 898-1: la nuova ediz. (2009) e la precedente (1999)

Lattuale fabbricazione industri-ale di serie della bulloneria pre-vede questi due processi pro-duttivi

per deformazione a freddo per i diametri pi piccoli

per deformazione a caldo per quelli pi grandi

I piccoli lotti di viti sono di solito ottenuti alle macchine utensili per asportazione di truciolo, macchine che sono indubbia-mente pi versatili rispetto alle

impegnative presse orizzontali di stampaggio. Scopo di queste note quello di presentare la produzione indus-triale, soprattutto di grande serie, dove sono tipici i processi pro-duttivi per deformazione.

Il procedimento di deformazione a freddo, oltre che essere il pi adottato per motivi economici, anche quello in grado di inne-scare un pi favorevole compor-tamento metallurgico.

Le fibre del materiale, sottoposte a deformazione plastica, si orientano parallelamente alla superficie della vite, a tutto beneficio della resistenza della vite stessa,

in particolare nei confronti della fatica.

Le fibre addensate nel fondo filetto e nella zona di variazione di diametro tra gambo e testa, prive di ripiegature o interru-zioni, garantiscono un eccezio-nale rinforzo - verificabile con la prova di tenacit della testa, ved. pi avanti - in queste zone che presentano un pesante inta-glio geometrico.

Il laminato a caldo di partenza per la produzione dei bulloni il filo (detto vergella), che viene fornito avvolto su appositi aspi. Si tratta di laminato tondo di diametro oltre i 5 mm che, prima della deformazione a freddo (o eventualmente a caldo), normal-mente viene sottoposto a pi trattamenti, alcuni sistematici, altri opzionali.


Caratteristiche richieste al materiale I materiali di origine possono essere

acciai non legati o acciai legati a bassa %C, in genere lavorati allo stato naturale di laminazione a caldo

acciai legati da bonifica, allo stato ricotto globulare (per una miglior lavorabilit per deformazione a freddo) o eventualmente gi bonificati

Le caratteristiche che lacciaio deve possedere dovranno corrispon-dere alle esigenze del processo produttivo, come di seguito viene schematizzato.

Deformazione a freddo:

deformabilit, duttilit, omogeneit, qualit della superficie del prodotto di partenza

Deformazione a caldo:

fucinabilit o stampabilit

Asportazione di truciolo:

lavorabilit alle macchine utensili

Per favorirne la lavorabilit, negli acciai automatici vengono penalizzate

le caratteristiche meccaniche, introducendo alcuni elementi in lega (ad es. il piombo),

aggiunti per incrementare la truciolabilit.

Anche lattitudine alla deformabilit a freddo (e a caldo) viene peggiorata in questi acciai,

i quali devono quindi essere utilizzati solo per bulloneria di bassa resistenza.


Deformabilit a freddo.Sferoidizzazione dei carburi (ricottura) In genere il filo viene lavorato allo stato naturale di laminazio-ne, ma pu anche sottoposto a ricottura di sferoidizzazione, allo scopo di migliorare la lavora-bilit a freddo della vergella.

Gli acciai a bassa %C possie-dono in generale buone caratte-ristiche di deformabilit a fred-do, senza necessariamente do-verli sottoporre a un trattamento termico, preliminare o interme-dio, questultimo cio a un certo punto della fase di deformazio-ne (incrudimento!).

La lavorabilit a freddo richiede al materiale la massima defor-mabilit senza che si formino cricche o rotture, e allo scopo deve essere elevata la duttilit.

Alti tenori di C e Mn (e di altri elementi indurenti) peggiorano la deformabilit per cui si rende opportuno un trattamento di ad-

dolcimento, tramite ricottura di globulizzazione o sferoidizza-zione: si pu (indicativamente) prevederla per gli acciai con oltre 0,2 %C.

E noto (e intuitivo) che la dis-tribuzione dei carburi (la cemen-tite in particolare) sotto forma di sferoidi dispersi anzich in for-ma lamellare, gioca a tutto favo-re della deformabilit.

Dal punto di vista della struttura, un grano ingrossato conferisce una miglior lavorabilit a freddo, questo a causa del minor anco-raggio e del meno efficace ef-fetto incastro allinterfaccia tra i grani. Fisicamente, se i grani sono grossi dovranno anche essere in numero minore, e a questo dovr corrispondere anche una minore estensione dellinterfac-cia.

Resistenza meccanica. Indurimento Per aumentare la resistenza meccanica del bullone finale, si pu far ricorso a questi due metodi di indurimento strutturale:

incrudimento da deforma-zione a freddo, applicato alle classi di resistenza fino alla 8.8 esclusa

trattamento termico di boni-fica - quindi tempra seguita da rinvenimento - utilizzato per le classi superiori, cio dalla 8.8 in poi (viti AR).


Per i bulloni bonificati si dovr partire da un materiale avente adeguate caratteristiche di tem-prabilit: con il successivo trat-tamento bisogna infatti ottenere durezza e struttura sufficiente-mente uniformi e omogenee nellintera sezione trasversale ( penetrazione di tempra). A questo proposito, sempre la norma EN ISO 898-1:2009 pre-scrive che, per le classi dalla 8.8, la martensite formatasi con la tempra (quindi prima del rinve-nimento) penetri fino al cuore, e qui dovr interessare il 90% della struttura (il resto pu essere perlite-ferrite), limite che obietti-vamente piuttosto impegna-tivo e difficile da raggiungere, specie nei diametri maggiori.

La miglior omogeneit comporta anche un minor stato tensionale residuo da TT. Nella vecchia normativa questa percentuale era imposta per la sola cl.10.9 (pi facile da otte-nere perch si trattava di acciai legati), mentre non veniva ri-chiesta per la cl. 8.8. Nella revisione della norma si introdotta perci una maggiore uniformit tra i materiali delle classi AR e nelle caratteristiche metallurgiche della sezione. Il compito di favorire caratte-ristiche meccaniche pi spinte, pi che al materiale, verr asse-gnato alla diversa modulazione della temperatura di rinvenimen-to, senza per che possa scen-dere sotto un valore minimo fis-sato dalla norma ved. tab. 2.

Anche la resilienza delle viti la nuova norma prevede valori pi elevati: per ogni classe AR (quindi da 8.8) sono garantiti 27 J

a -20C (le altre caratteristiche restano invece testate a Tamb).

Finora la norma cedimento questo a uninclinazione metallurgica naturale dellacciaio! - sia prevedeva una resilienza via via pi modesta

al salire della classe, sia ne riferiva i valori, come pure delle altre caratteristiche meccaniche e fisiche, a una temperatura che era pi o

meno quella ambiente (e non a -20C come ora), scaricando sullutilizzatore leventuale verifica di idoneit per T pi basse.

In certe applicazioni richiesto che lelevata resistenza meccani-ca di cui il bullone dispone a tem-peratura ambiente, venga mante-nuta anche a T di esercizio eventualmente pi elevate.

La nuova EN ISO 898-1:2009 (Ann. B) non prevede alcuna limi-tazione alle caratteristiche mec-caniche fin quando le T di esercizio non superano i 150 C.


Per T superiori, fino a 300 C, bisogna invece accertarsi, tramite accurata verifica, che le carat-teristiche funzionali del bullone permangano.

E importante infine che la resis-tenza meccanica della vite venga mantenuta adeguata anche in presenza di carichi ciclici di fatica in esercizio.

Duttilit La duttilit una caratteristica basilare al fine di garantire un buon livello di deformabilit del materiale. Elevata duttilit significa che il materiale dispone della neces-saria riserva plastica prima di giungere a rottura.

In questo modo si riuscir a deformarlo a freddo in un cam-po plastico sufficientemente es-teso, al riparo quindi da pericoli di rottura. Nei test (ved. pi avanti) questo si dovr tradurre in un sufficien-te angolo di rotazione del dado.

Tenacit. Impurezze. Grano fine E indispensabile ridurre al mini-mo il contenuto di P, S e N (clas-sificati come impurezze), la cui presenza comporta una pesante e rapida caduta della tenacit. La norma EN ISO 898-1 stabili-sce le percentuali massime di composizione consentite per questi elementi. Gi si constatato come il grano

fine moneta dalle due facce! - se da un lato peggiora la defor-mabilit a freddo del metallo, dallaltro agisce per a favore della tenacit. Quale compromesso tra questi due effetti contrastanti, la pratica produttiva opta per il grano suf-cientemente fine: si privilegia la tenacit del materiale a scapito cio della sua deformabilit. . . .

Richiamo di metallurgia

Il grano fine, oltre che dal trattamento di normalizzazione, nei microlegati anche ottenuto da laminazione condotta a pi basse temperature,

posizionate attorno (o al di sotto) di quella di ricristallizzazione.


Resistenza alla corrosione. Resistenza allusura Sono caratteristiche talora richieste alle viti costruite per applicazioni particolari.

Temprabilit La norma EN ISO 898-1 pre-scrive (per i bulloni AR) che la tempra penetri fino al cuore della sezione filettata: si visto infatti che la martensite nellintorno del centro deve interessare almeno il 90% della struttura: in pratica quindi, struttura quasi completa-mente martensitica! E questa tempra a cuore tecnicamente detta temprabilit si detta pi difficile da raggiun-gere nei pezzi con diametri gran-di, nei quali bisogna allora agire sul fronte dellabbassamento del-la velocit critica di tempra.

Nella bulloneria questo fine ottenuto con aggiunte di boro (B), ma anche Mn e Cr, come leganti dellacciaio (cfr. tab. pi avanti). A titolo di esempio, in figura sono riportate le curve di temprabilit per due acciai di ugual tenore di C - lo 0,35% - uno dei quali contiene per anche una piccola %B: la pur minima (0,0008%!) presenza di B lo rende un po meno deformabile, ma in com-penso molto pi temprabile ( tempra a cuore di pezzi piuttosto grossi, di acciaio non legato: lo spe-gnimento in olio anzich in acqua).

Curve di temprabilit di due acciai 0,35%C, con e senza B


Richiami di metallurgia

La temprabilit molto sensibile anche alla grossezza del grano austenitico: a un grano austenitico grosso corrisponderebbe

- per gli acciai a medio tenore di C come quelli usati nella bulloneria una penetrazione di tempra pi elevata,

anche se, come si visto, viene preferito il grano fine.

Gli acciai al B possiedono inoltre una resilienza abbastanza pi elevata di quella degli altri acciai legati, e questo sia a temperatura ambiente che a pi bassa T.

Accuratezza dimensionale. Trafilatura (pelatura, rettifica, lappatura) I prodotti di laminazione - quando sono forniti allo stato AR (as rolled) - hanno tolleranze dimen-sionali dellordine dei decimi di millimetro, mentre un laminato trafilato arriva a tolleranze dellor-dine dei centesimi.

Affinch gli utensili a contatto pezzo impiegati nella costruzio-ne delle viti possano lavorare correttamente, lo spezzone di vergella da deformare deve pos-sedere in genere una ben definita accuratezza dimensionale, non solo in termini di dimensioni, ma anche di forma. Per ottenere questo, dopo deca-paggio e fosfatazione viene talo-ra prevista una lavorazione ag-giuntiva di trafilatura della ver-gella, di cui si parler pi avanti.

In altri casi al posto della tra-filatura pu essere sufficiente la sola pelatura.

Nellulterire caso contrario che venga richiesta una precisione maggiore anche della trafilatura si esegue la rettifica, o addirit-tura la lappatura, partendo in tal caso da barre e non da vergella.

Di seguito si riportano alcune tabelle estratte dalla nuova e dalla vecchia EN 898-1, per un significativo confronto tra le due, dei dati riguardanti la composizione chimica

dei materiali adottati le caratteristiche meccani-

niche e fisiche


unica differenza di composizione tra 8.8 e 10.9, per il resto uguali


Il processo produttivo: dal filo laminato al bullone finito

La pi diffusa produzione in serie delle viti - certamente fino a diametri di ca. 33 mm - quella per deformazione a freddo con ricalcatura. Nella pratica industriale la rical-catura , come lestrusione, una lavorazione riservata in genere ai prodotti lunghi. Imbutitura e stampaggio sono invece specifici dei prodotti piani. Nei dadi, la deformazione a freddo viene adottata solo per i diametri foro pi piccoli, normal-mente fino ca. 20 mm, per la dif-ficolt di punzonamento dei fori.

Alcune primarie aziende hanno per sviluppato impianti particolari che consentono la deforma zio-ne a freddo di viti, dadi e parti-colari speciali con di dimensioni decisamente superiori a quelle sopra citate come limite per la deformazione a freddo, arrivando anche alla misura M 48.

In ogni caso, lelevato grado di automazione dei moderni im-pianti richiede necessariamente ai semilavorati di partenza carat-teristiche qualitative sempre pi costanti e omogenee. .

Approvvigionamento vergella

La vergella viene fornita sotto forma di filo avvolto su appositi aspi. Il materiale in ingresso subisce un sistematico controllo di qualit.

Filo vergella avvolto


Decapaggio in acido E il trattamento di pulizia iniziale per stadi successivi (vasche), cui si sottopone la ver-gella in acidi via via pi aggressivi, per poterne asportare croste di laminazione, grassi in super-ficie e sporcizia in genere.

Fosfatazione

Questo trattamento segue il decapaggio, allo scopo di me-glio ancorare lolio e lo stea-rato applicati per limitare lattrito

(e quindi sforzi, lavoro, consumi, usura) nelle successive ope-razioni di deformazione a fred-do.

Ricottura (eventuale)

Si esegue su materiali a elevata % di carbonio e di altri elementi. Si visto trattarsi di una ricottu-ra di globulizzazione, avente lo scopo di migliorarne la deforma-bilit a freddo. La vergella viene trattata nei tipici forni a campana (ved. fig.).

Trafilatura e altre lavorazioni superficiali (eventuali) La trafilatura una lavorazione a freddo preliminare di riduzione della sezione e si pu eseguire in opzione a monte del ciclo di

deformazione per calibrare la sezione della vergella e miglio-rarne la qualit superficiale.


La trafilatura comporta anche un certo grado di incrudimento su-perficiale del filo, con un correla-to aumento di durezza. Operativamente, il filo vergella da trafilare viene svolto dalla matassa mano a mano che entra nella filiera della trafila e tirato, a valle del foro, tramite un argano cabestano per trafilatura e infine riavvolto su aspo.

Le lavorazioni superficiali pre-liminari accennate (eseguite su barre) eventualmente richieste per applicazioni specifiche, sono:

la pelatura, che permette di migliorare lo stato superficiale eliminando i difetti, lo strato decarburato e la calamina

la rettifica, che conferisce tolleranze molto ristrette e una buona qualit superficiale

la lappatura, di caratteristiche ancora pi spinte della rettifica

Stampaggio alla pressa

Loperazione di stampaggio con-siste in una sequenza di fasi progressive di deformazione, che dipendono da pi aspetti e varia-bili, di natura tecnica/tecnologica. Viene in genere effettuata con presse orizzontali a pi stazioni transfer, nelle quali lo spezzone di filo viene sagomato e poi fi-lettato in postazioni successive, fino a ottenere la forma finale. Il metodo di controllo oggi pi adottato prevede un accurato si-

stema di rilevamento e mo-nitoraggio degli sforzi di deforma-zione, integrato nel processo: un andamento degli sforzi che si ripeta uguale a s stesso nel tempo, da solo indice di sta-bilit nella lavorazione.

Loperatore pu anche impostare dei limiti di variazione dello sforzo massimo, con delle bande di tolleranza che limitano la varia-zione % degli sforzi stessi.


Sequenza di stampaggio di viti a testa esagonale e dadi

Andamento delle fibre nelle viti stampate (a testa esagonale, flangiata ecc.)


Andamento delle fibre delle viti tagliate

Filettatura

La norma EN 14399 per viti in classe 10.9 ammette unicamente filettatura rullata. Nella bulloneria standardizzata di serie, la filettatura solo una delle fasi che via via si susse-guono durante il processo di deformazione e viene general-mente eseguita a monte del trat-tamento termico. Rispetto alla filettatura per aspor-tazione di truciolo, la rullatura presenta vantaggi maggiori, sia dal punto di vista economico che da quello meccanico-metallurgi-co.

Con il termine rullatura del filetto si intende il procedimento di filettatura per deformazione, per mezzo di speciali utensili che solo un tempo erano costituiti da veri e propri rulli filettati contro-rotanti, che penetravano nel gambo da filettare.

Negli anni poi, i rulli sono stati sostituiti da pettini piani tra loro affacciati, dotati di moto di lavoro rettilineo alternato. La superficie rigata dei pettini piani pu esser vista come lo sviluppo di quella dei rulli (sono cio il calco sviluppato del fi-letto).

I pettini sono due, dei quali uno fisso e laltro (in genere pi corto) mobile, con facce rigate lun laltra contrapposte. Il pettine mobile trascina il gambo da filettare con moti uno di lavoro (filettatura+espulsione finale) e uno di ritorno (+ presa vite successiva). Il gambo da filettare deve avere diametro di partenza pi grande (ma solo leggermente) del diametro medio della filettatura finale.


Geometria della filettatura metrica

I pettini che penetrano gradual-mente nel gambo cilindrico crea-no la base (o fondo) del filetto, mentre la cresta prende forma dal materiale ricalcato, costretto ad alzarsi e rigonfiarsi plastica-mente verso lesterno, e, di con-seguenza, le fibre sono nel con-tempo indotte a seguire il con-torno della filettatura, senza pre-sentare soluzione di continuit. Si pu perci comprendere lim-portanza fondamentale, ai fini delle tolleranze del filetto, assun-ta dalla precisione dimensionale

e di forma del gambo da filettare.

La rullatura non avviene quindi con asportazione di truciolo, ma utilizza la sola deformazione plastica del materiale, cui richiesta buona deformabilit a freddo e quindi buona duttilit (A > 8%).

Loperazione di filettatura dura appena il tempo di qualche secondo, consentendo cos una produzione molto elevata, anche di centinaia di pezzi al minuto.


Rullatura viti con rulli (superata)

Rullatura viti con pettini piani (attuale)

Maschiatura dei dadi

(EN 14399: da eseguire dopo zincatura nei zincati a caldo, non ripassare dopo filetto)


Nota

Per bulloneria che dovr essere successivamente zincata a caldo, bisogna tener conto del (relativamente) consistente spessore del rivestimento (attorno ai 50 m), che impone di ridurre il diametro

della vite (e/o di aumentare quello del dado).

Per una esatta valutazione delle variazioni, si tenga conto che lo spessore di zinco fa variare il diametro medio di ben quattro volte

lo spessore stesso (in pratica a circa un paio di decimi).

Si adottano due metodi per fare i conti con lo spessore dello strato.

Il primo quello di usare dadi maschiati con dimensioni di filetta-tura maggiorate (campo tolleranza 6AX o 6AZ) e viti aventi una tolleranza pre-trattamento g o h.

dadi marcati con la lettera Z dopo la classe

Il secondo quello di costruire viti con filetto di diametro ridotto (campo tolleranza 6az) da accoppiare con dadi posizione G o H.

viti marcate con la lettera U dopo la classe


Classi di tolleranza Gli elementi di collegamento filettati sono commercializzati nelle categorie di tolleranza A, B e C, in ordine decrescente, di precisione con normativa di rife-rimento la EN ISO 4759-1. Le tolleranze riguardano, oltre la filettatura esterna (vite) e interna (dado), anche la pi generale geometria del bullone (es. la chiave o il gambo cilindrico).

La EN 14399-1 rimanda alle norme europee per le tolleran-ze di dimensione, di forma e di posizione e stabilisce diretta-mente quelle della filettatura.

Difetti superficiali Le tipologie di difetti superficiali sono trattate nella norma EN 26157-1 (per le applicazioni generali, e tra queste rientra an-che la bulloneria in esame). Dei difetti superficiali fanno par-te le cricche (di tempra o di

stampaggio), screpolature di stampaggio, rigature, buttera-ture, ripiegature, segni di uten-sile o altri danneggiamenti che riguardano la superficie. La stessa norma ne stabilisce anche i limiti di accettabilit.

Trattamento termico Dopo lo stampaggio i bulloni AR (cl.8.8, 10.9,. quelli normali sono induriti per incrudimento) vengono sottoposti a trattamento termico, eseguito ormai unicamente in impianti di tipo continuo a tappeto. In questi viene effettuato il riscaldo del pezzo da temprare mentre il successivo spegnimento si esegue in olio; segue poi il rinvenimento (o distensione), come schematizzato nel riquadro. I moderni impianti continui sono provvisti di regolazioni e controlli molto accurati e sofisticati, che permettono di sfornare un prodotto di caratteristiche meccaniche e metallurgiche che rispettano i ristretti limiti imposti e dal mercato, e dalla norma.


Schema del trattamento termico di bonifica dei bulloni

Forni a tappeto ad atmosfera controllata


Ripresa (eventuale) Il termine ripresa si riferisce a quell insieme di lavorazioni pre-viste dal ciclo di lavorazione del bullone ma eseguite solo a valle del trattamento termico o perch sono oggetto di specifiche richieste dellacquirente o per particolari esigenze di progetta-zione.

In genere si tratta della filettatura, ma si possono anche eseguire torniture a disegno sul gambo (es. nei gambi calibrati) o in altre parti, od operazioni di rettifica e finitura per ottenere prestabilite tolleranze o rugosit superficiali.

Filettatura I risultati di apposite ricerche hanno evidenziato che le viti con filettatura di ripresa, che sono quindi state rullate dopo il trattamento di bonifica, risentono di uno stato di incrudimento su-perficiale (che coinvolge comun-que pochi decimi di spessore) pi accentuato rispetto a quelle standard, sottoposte invece a trattamento dopo la filettatura. Con il trattamento termico finale viene in buona parte annullato il favorevole orientamento delle fibre che si ricercava con la deformazione plastica. Sul preesistente orientamento delle fibre prevale ora leffetto distensivo del trattamento ter-mico della struttura, anche se il filetto risulter pi fragile nei con-fronti degli intagli di superficie: la temperatura di trattamento ha effetti anche sul precarico di compressione superficiale da rullatura, che cos viene perso.

Le viti bonificate, e rullate solo alla fine - proprio a seguito di indurimento superficiale subito con la rullatura - sono molto pi resistenti a fatica. In queste viti infatti, eventuali difettosit (cricche) di possibile inizio rottura, vengono spinte sottopelle, dalla rullatura, diven-tando molto meno pericolose: si pu ritenere che lincrudimento superficiale per rullatura preval-ga sul trattamento, sullo strato di un paio di decimi di mm.

La resistenza a fatica - intesa come limite di fatica - a seconda dei casi pu raddoppiare o ad-dirittura anche pi che triplicare. Laumento pi forte, anche se di pochi punti %, su viti a passo grosso rispetto a quelle a passo fine, a causa della deformazione pi spinta cui sono state sotto-poste.


Sono perci solo di natura eco-nomica i motivi per cui normal-mente la ripresa della filettatura viene limitata ai casi di applica-zioni piuttosto particolari. Molto maggiori sarebbero infatti i costi per modificare il lay-out e

quelli legati alla durata dei pettini, che scende drasticamente (anche di un ordine di grandezza!) per la deformabilit molto pi limitata del materiale da filettare, indurito in seguito al trattamento.

Prove meccaniche sui bulloni La norma EN 898-1:2009 prevede, tra le altre, le due significative prove sulle viti di seguito descritte, aventi lo scopo di assicurare che la zona di raccordo testa-gambo non comporta penalizzazioni. Prova di trazione con appoggio a cuneo Nella vite sottoposta a prova, la distanza minima tra il primo filetto completo e la superficie di ap-poggio del dado deve essere almeno uguale a un diametro. Il cuneo deve essere temprato e la testa viene sollecitata a tra-zione fino a portare la vite alla rottura. La rottura deve verificarsi sul gambo non importante se nella parte liscia o in quella filet-

tata ma in ogni caso mai nella zona di raccordo con la testa (alla quale pu per estendersi nel caso di gambo tutto filetto).

Il carico alla rottura non deve risultare inferiore a quello pre-visto dalla classe di resistenza della vite, verificandolo di prefe-renza o in questa prova, o, in alternativa, in una prova supple-mentare senza cuneo (ved. fig.).

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Prova di trazione di una vite con appoggio a cuneo

Prova di trazione di una vite


Prova di tenacit della testa La prova di tenacit viene in genere richiesta per le vite di lunghezza insufficiente per leseguire la prova precedente. Dopo aver battuto ripetutamente la testa con il martello, questa si deve adagiare sul piano, e quin-di piegare di (90-), senza ma-nifestare segni di rottura nella

zona raccordo testa-gambo (che non si dovranno riscontrare n a occhio nudo, n con ingrandi-mento tra 8x e 10x). Anche in questo caso, se la vite tutto filetto, ammessa la frat-tura nel primo filetto, ma asso-lutamente non nella testa.

Si fa riferimento a schema e tabella seguenti.

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Trattamenti di protezione superficiale

I trattamenti superficiali dei bulloni che prevedono l applicazione di rivestimenti, sono in genere eseguiti con scopi:

di protezione del metallo base da ossidazione atmosferica o di processo

funzionali, per limitare la dispersione dei valori del coefficiente di attrito e regolarizzare la coppia di serraggio

estetici

Gli eventuali rivestimenti superficiali devono essere eseguiti per norma dal produttore o sotto suo controllo/responsabilit.

Si possono suddividere in:

galvanici per immersione a caldo (zincatura a caldo, hot dip gavanizing) elettrolitici fosfatici metallici depositati chimicamente metallici depositati meccanicamente

Zincatura a caldo

E il trattamento pi diffuso e pi efficace per la protezione dei bulloni dalla corrosione causata da atmosfere aggressive sia in-dustriali che da ambiente marino. La norma EN 14399-1 prevede di eseguire questo, come anche gli altri rivestimenti, per i componenti del bullone sotto la responsabilit del fabbricante. Il rivestimento formato da pi strati di leghe Zn-Fe che si for-

mano nel bagno, (di durezza e resistenza superiori a quella del solo zinco), via via pi ricche di Zn, fino a (quasi) il 100 % in superficie, superficie che benefi-cer di conseguenza della pro-tezione catodica sacrificale del-lo Zn.

Lo zinco in grado infatti di subire molto pi lentamente la corrosione, proteggendo cos il metallo sottostante.


Preparazione Nel caso di forti incrudimenti da lavorazioni a freddo, specie in particolari applicazioni, prima del decapaggio e della zincatura si dovr prevedere un trattamento di distensione. Nel caso di materiali di elevata durezza (in pratica oltre 320 HV ca.), trattati termicamente o in-cruditi, consigliabile eseguire il decapaggio o con acidi meno

aggressivi (spenti da un appo-sito inibitore), o con liquidi alcalini, o infine meccanicamente (lavaggio + sabbiatura), questo allo scopo di limitare il pi possi-bile lassorbimento di idrogeno. Quando necessario, pu even-tualmente seguire un trattamento di deidrogenazione (in ogni caso per la cl.10.9).

Zincatura

La temperatura del bagno normalmente sui 455475 C, i bulloni vengono riposti in appositi contenitori (cestelli) e immersi nelle vasche di zincatura. Appena estratti vengono centri-fugati per eliminare lo zinco in eccesso (non per nei dadi, se fossero gi filettati!), quindi raf-freddati in aria o acqua a se-conda delle loro dimensioni. Limmersione a pi alta tempe-ratura, sui 530550 C - si deve evitare lintervallo fragilizzante 480530 C! - ha come risultato una superficie pi liscia e opaca, con un minor spessore di Zn.

Le diverse T di zincatura richia-mate sono anche espressamente citate nella norma ISO 10684. Si raccomanda l di non eseguire zincatura ad alta temperatura per bulloneria cl. 10.9 da M27 in poi, per contrastare la formazione di microcricche.

Lo spessore minimo dello strato fissato dalle varie normative nazionali e internazionali, e nor-malizzate sono pure le prove em-piriche di verifica delladerenza (martello, coltello,) e i criteri di accettabilit dei difetti superficiali di zincatura (gocce, macchie, zone scoperte,.).

Operazioni finali

La filettatura (maschiatura) dei dadi deve essere eseguita di utensile solo dopo la zincatura per immersione e centrifugazione, (questa non sarebbe in grado di eliminare lo zinco dal filetto interno!).

Dovranno poi essere adegua- tamente lubrificati per garantire il corretto rapporto coppia-preca-rico (vedremo che sono lubrificati per il controllo dellattrito).


Normalmente non sono neces-sari ulteriori trattamenti dopo la zincatura, salvo fosfatazione o cromatazione quando richieste, per evitare gli effetti di particolari stoccaggi (umidi) o come base per una successiva verniciatura. Speciale cura deve essere posta allo stoccaggio, per non compro-

mettere lo stato di lubrificazione originario. . La lubrificazione stessa, il con-tatto tra filetti, la sigillatura del sistema e infine lazione sacrifi-cale dello zinco sul filetto della vite, evitano problemi di corro-sione del dado nonostante la ma-schiatura dopo zincatura.

Grippaggio

A causa della sua minor durezza rispetto allacciaio base, lo zinco di superficie tende - in particolare proprio negli accoppiamenti filet-tati - a originare fenomeni di grippaggio durante la fase di serraggio del bullone.

Per questo si raccomanda (per usi generali) di evitare serraggi a secco, e di lubrificare gli accop-piamenti filettati zincati con apposite paste lubrificanti per bulloneria a base di bisolfuro di molibdeno reperibili sul mercato. Rispetto ai grassi le paste conten-

gono una minor % di oli, una maggior componente solida e altri additivi resistenti alla corro-sione.

E il caso di ricordare fin dora che, con lintroduzione delle nuo-ve normative, il trattamento eseguito a monte dal produttore, per cui i particolari devono essere utilizzati allo stato di consegna senza ulteriori lubrificazioni da parte dellutilizzatore, proprio per non alterare il legame tra coppia e precarico regolato dalla norma. . .

Trattamenti elettrolitici Sono dei trattamenti chimici eseguiti (come quelli descritti pi avanti) previo accordo con lacquirente per conferire alle viti: colorazione (estetica) resistenza agli agenti atmos- ferici

Sono in particolare adottati nei settori automotive, elettronico e degli elettrodomestici. Lo spessore dello strato trattato in genere non supera i 5 m.

Si tratta di rivestimenti a base soprattutto di zinco e sue leghe


(ferro, nichel, cobalto), ma possono essere usati anche altri metalli (rame, nichel) o leghe (Ni-Cr, Cu-Ni-Cr).

I tre tipi di zincatura previsti sono i seguenti: quella gialla (detta anche tropicalizzata), la bianca e quella nera.

Si possono inoltre eseguire: nichelatura, brunitura, fosfatatura nera, ottonatura, bronzatura.

A parit di micron dello strato, la zincatura gialla ha una resistenza

superiore (circa doppia) rispetto alla bianca o alla nera.

La brunitura il trattamento pi semplice e diffuso, e normalmente si considera sufficiente a preveni- re la limitata corrosione delle applicazioni standard. La patina ricoprente si forma sui particolari che, sgrassati e mode-ratamente riscaldati, vengono im-mersi e agitati per un certo tem-po in un bagno di soluzioni parti-colari (es. 5 g/l di cloruro ferrico).

Fosfatazione Il trattamento di fosfatazione consiste nello spruzzare i prodotti o nellimmergerli in un bagno di acido fosforico, formando cos uno strato superficiale fosfatato

(cio composto da fosfati idrati dei metalli presenti nel bagno), poroso, con caratteristiche auto-lubrificanti e protettive contro la corrosione.

Fosfatazione allo Zn

Interessa lambito bulloneria, do-ve raccomandata soprattutto per la sua funzione anticorrosiva.

Lo spessore del rivestimento si aggira sui 511m.

Fosfatazione al Mn

E un trattamento autolubrificante e antiusura, applicabile quando sia sufficiente una resistenza alla corrosione anche pi bassa. E previsto soprattutto per ingra-naggeria, camme, ecc., mentre non raccomandato per bullo-

neria AR per i problemi di fra-gilizzazione da idrogeno che pu comportare.

Lo spessore del rivestimento maggiore di quello base zinco, 715 m. .


Rivestimenti chimici

Si tratta di rivestimenti chimici anticorrosivi, con lamelle di zinco o alluminio ( anodo) in so-spensione base acqua o sol-vente, applicati per immersione o spruzzatura sui particolari ( catodo), con laggiunta di polimeri organici: in particolare il fluoruro di carbonio ha come effetto sia di ridurre che di stabilizzare il coef-ficiente di attrito. Il fissaggio del rivestimento vien fatto in forno ( polimerizzazione). In commercio sono disponibili degli ottimi rivestimenti anticorro-sivi termoindurenti. La preparazione meccanica della superficie e il rivestimento stesso

non causano infragilimento da idrogeno, per cui questo trat-tamento pu venir applicato alla bulloneria di acciaio pi sensibile all infragilimento da H, come quella a elevato carico di rottura (oltre 1040 N/mm2). Lo spessore del rivestimento di 58 m e il colore grigio ar-genteo.

Si pu comunque procedere con un ulteriore strato di finitura organica, cromica o trasparente, per immersione e cottura, o con lubrificanti base olio o cere per ridurre e controllare il coefficiente di attrito.

Rivestimenti meccanici

Sono trattamenti anticorrosivi, sotto forma di polveri applicate con azione meccanica; non pro-vocano assorbimento e fragiliz-zazione da idrogeno, quindi anche questi sono adottati nella bulloneria a elevato carico di rottura (oltre 1040 N/mm2), impie-gata in ambienti solforosi. Di solito si tratta di zinco, ma pu anche trattarsi di Sn, Al o loro miscele.

Gli spessori (in genere sui 10 m) sono diversi, in funzione dellutilizzo.

Dopo il rivestimento i particolari possono subire passivazione, assumendo cos un aspetto cro-mico caratteristico anzich quel-lo del metallo depositato.


Aspetti metallurgici critici

Decarburazione E un aspetto tipico della bulloneria, e consiste nellimpo-verimento di C, che il metallo trattato termicamente subisce in superficie, il che pu comporta-re una diminuzione della resis-tenza del filetto, specie quando a passo fine.

E in genere dovuta all atmo-sfera non adeguamente control-

lata del forno di tempra, ma il fenomeno pu anche innescarsi per la presenza di H.

Una leggera decarburazione superficiale rimane anche dopo la laminazione a caldo, quando non sia prevista la pelatura o altre lavorazioni di asportazione dello strato superficiale decar-burato.

Vengono distinte tre zone.

1- Decarburazione

Consiste nella perdita di C in superficie, nei materiali ferrosi da commercio.

2- Decarburazione parziale

Decarburazione sufficiente a causare una leggera decolorazione della martensite temprata e una significativa riduzione della durezza rispetto al metallo base circostante (senza per che ven- gano evidenziati i grani di ferrite allesame metallografico).

3- Metallo base

E il metallo dove non si riscontrano variazioni nella % di C.


Per contrastare gli effetti della decarburazione si pu ricorrere a una ricarburazione, che consi-ster nell arricchimento dello strato superficiale rispetto al metallo base. La rilevazione del grado di decar-burazione pu essere attuata con:

esame metallografico, previa molatura e lucidatura delle provette, cui far seguire at-tacco in soluzione di nital 3% per mettere in risalto lal-terazione della microstruttura, dovuta appunto alla decarbu-razione (ingrandimento 100x)

metodo della microdurezza - questo metodo a far testo - e consiste in pratica nel determinare la microdurezza Vickers HV 0,3 nelle tre zone della sezione trasversale del filetto

Per contrastare la decarburazio-ne, latmosfera nei forni di trat-tamento termico per bulloneria deve essere controllata, in modo da raggiungere un corretto equi-librio tra il tenore di C dei pezzi e appunto quello dellinterno del forno.

Deidrogenazione

La fragilizzazione da idrogeno si manifesta sul bullone finito, quindi gi trattato termicamente, dopo il rivestimento galvanico.

E una delle cause pi frequenti di scarto nel campo della bullo-neria e tiranteria.

Le fasi del processo di fab-bricazione dei bulloni - durante le quali pu verificarsi assorbi-mento di idrogeno nel metallo - oltre la zincatura elettrolitica (non per quella a caldo!) - sono il decapaggio acido iniziale della vergella e alcune tra le fosfa-tazioni pi acide.

Richiami di metallurgia

Durante la sua diffusione allinterno della matrice, lidrogeno incontra dei vuoti e altri tipi di discontinuit o di inclusioni (e la sua mobilit maggiore nelle zone con deformazioni plastiche ed favorita dal movimento delle dislocazioni), l si concentra e pu combinarsi in forma molecolare H2, dando origine a piccole

bolle di pressione con conseguenti rigonfiamenti specie nelle sezioni pi sottili.

Maggiore la quantit di gas contenuta e minori i vuoti presenti, pi questa pressione aumenta, crescendo di pari passo il conseguente stato di

tensione nel metallo (che pu anche portare a rottura).


Nella abituale prassi metallur-gica, il fenomeno della fragiliz-zazione da idrogeno viene con-trastato tramite la deidrogena-zione dei pezzi, la quale segue criteri diversi, in base al tipo di trattamento che ha causato las-sorbimento. Evitare il trattamento, o non prevederlo affatto quale fase del

processo produttivo dei bulloni, pu diventare quanto mai contro-producente.

Per gli acciai a elevato carico di rottura (>10001100 N/mm2), il trattamento di deidrogenazione sempre richiesto ( pensato gi in fase di progettazione).

Rivestimento galvanico

Il rivestimento galvanico, e il de-capaggio di pulizia dagli ossidi che lo precede, sono causa di assorbimento di idrogeno ato-mico.

Per questo, subito dopo il tratta-mento di zincatura elettrolitica della bulloneria, viene di regola eseguito anche un trattamento di deidrogenazione: si tratta di una distensione a 200240 C, per 24 h in base al livello della temperatura.

Per i rivestimenti pi spessi, possono essere necessarie an-che 810 h. Si d modo cos allidrogeno inglobato nel reticolo cristallino di evolvere verso lesterno - come gi sua tendenza fare essendo in sovrapressione - e alla struttura di scaricare le tensioni, che altrimenti andrebbero a sovrap-porsi a quelle di esercizio (e magari anche a quelle di tempra). Segue un raffreddamento fino a temperatura ambiente.

Zincatura a caldo

Per il decapaggio prima della zincatura di pezzi di elevata durezza (oltre 320 HV) trattati termicamente, vengono impiegati acidi spenti. In alternativa il decapaggio si pu eseguire anche meccanicamente. Quando richiesta, la deidrogena-zione preceder l immersione.

Fragilit da idrogeno

Rottura testa di vite HV zincata

.


Fosfatazione

Fra i trattamenti di fosfatazione, quella allo Zn non implica assor-bimento di idrogeno per la limi-tata acidit dei bagni.

Non cos invece per quella al Mn.

Il procedimento consiste nel portare i pezzi alla temperatura di 110 C, lasciandoli per ca. 8 h; segue il raffreddamento che li riporta a Tamb.

Lo strato fosfatico non resiste in genere a temperature oltre i 110 C. Solo nel caso di fosfatazione Zn-Ca possibile raggiungere i 150 C. Effetti analoghi si possono ottenere con una permanenza per pi tempo (ca. 6 gg.) a tem-peratura ambiente.

Invecchiamento da zincatura a caldo

Richiami alla metallurgia del fenomeno

Il fenomeno dellinvecchiamento si manifesta allorch, a seguito di un incrudimento per deformazione plastica a freddo,

si riscalda lacciaio fino a ca. 350 C. Comporta infragilimento, con spostamento a destra

della curva di transizione della tenacit.

E noto dalla metallurgia che linvecchiamento dovuto alla diffusione degli atomi soprattutto di N - meno quelli di C e O - verso le dislocazioni,

che vengono cos ancorate e bloccate, causando indurimento e infragilimento strutturale: occorre ricordare a tal proposito che al moto delle dislocazioni

legata la possibilit del materiale di deformarsi plasticamente! Invecchiamento da zincatura

La zincatura a caldo della bullo-neria viene eseguita a tempera-tura di ca. 460 C, condizione questa perch il processo stesso dellinvecchiamento - che a tem-peratura ambiente si sviluppe-rebbe con una evoluzione ben pi lenta - venga accelerato nei materiali che sono sensibili a

questo fenomeno di degradazio-ne (acciai non calmati).

La zincatura quindi non tanto la causa dellinvecchiamento, bens un acceleratore, che ne favorisce il manifestarsi in un tempo di di-versi ordini di grandezza pi bre-ve (pochi minuti invece che mesi!).


Rilassamento Il rilassamento il fenomeno per cui, o subito dopo il montaggio o successivamente, durante leser-cizio, si verifica un certo allenta-mento del precarico di trazione nel bullone.

Nella maggior parte dei casi si presenta a breve termine, cio appena completato lassiemaggio del giunto, o comunque nei pri-missimi periodi di servizio, e qui

le cause sono esterne, e preva-lentemente meccaniche.

Si registra per anche il mani-festarsi di un ulteriore rilassa-mento, che trae questa volta origine dalla struttura interna del materiale. Si manifesta a lungo termine in pieno esercizio, e far perdere al bullone unaltra parte dellorigina-rio carico di serraggio.

Rilassamento a breve termine Nella fase di serraggio di com-ponenti del giunto, in alcuni punti (o ristrette zone) si pu giungere a snervamento, originando feno-meni di scorrimento o creep del materiale, con la grave conse-guenza di ridurre la sollecitazione inizialmente applicata( preca-rico). Il fenomeno, per la molteplicit delle concause che lo innescano,

fornisce valori piuttosto dispersi e pu essere analizzato sperimen-talmente.

In genere il bullone rilassa rapi-damente negli istanti subito dopo il serraggio iniziale, per poi pro-seguire pi lentamente nel tem-po. Ed proprio per tale motivo che la norma prevede il controllo del serraggio dopo 1272 h.

Rilassamento del precarico nei bulloni


La causa pi ricorrente di questo primo rilassamento la rugosit delle superfici a contatto dei filetti di vite e madrevite, che si limi-tano a interagire tra loro solo sulle creste, o comunque in zone di superficie limitate. Ne consegue una concentrazione degli sforzi che induce deforma-zione plastica locale e ridistri-buzione, che comunque richiede

del tempo per svilupparsi e stabilizzarsi. Al fenomeno sono maggiormente soggetti i pezzi nuovi, non rodati, per cui nelle applicazioni di una certa criticit si possono contenere gli effetti serrando e riaprendo per alcune volte i bullo-ni, fino a ottenere una certa rego-larit, con estensione delle su-perfici a contatto.

Altre concause possono trovarsi nella geometria costruttiva, come:

diametri dei filetti troppo diversi tra loro, e conseguenti superfici di contatto ridotte rispetto a quelle previste nel progetto

accoppiamenti troppo corti flessioni secondarie sul bullone, con sovraccarico lato compresso superfici di testa e dado non parallele, con pressioni irregolari fori troppo piccoli (smussi, raccordi!) o troppo grandi (superfici, pressioni!)

Altre possono ritrovarsi in ambito operativo, come:

carichi esterni eccessivi, in grado di amplificare il fenomeno variazioni ripetute di temperatura durezza inferiore rispetto al progetto (es. per trattamenti mal riusciti) velocit di serraggio eccessiva, che influenza il coefficiente di attrito

e anche i fenomeni di scorrimento e rilassamento, i quali hanno bisogno di tempo per verificarsi e stabilizzarsi. Per lesecuzione dei test di serraggio la norma EN 14399-2 prevede una velocit compresa tra 1 e 10 giri/min.

Nota

La vite in fase di serraggio sottoposta anche a torsione, oltre che a trazione. La torsione tendenzialmente dovrebbe azzerarsi assieme alla coppia, il che per non cos immediato, specialmente nei giunti molto rigidi.

Si parla cos anche di un rilassamento torsionale, che va a sovrapporsi a quello dello sforzo di trazione.

Linterazione dei vari rilassamenti pu presentarsi come piuttosto complessa, e contribuisce a una dispersione degli effetti ancora maggiore.


Rilassamento a lungo termine Si sviluppa in tempi pi lunghi, e i bulloni ne sono soggetti (come del resto le molle). Consiste nella caduta del carico senza che questo sia accompa-gnato da una corrispondente de-formazione del materiale (come richiederebbe invece il rispetto della legge di Hooke!).

Se dopo un certo periodo di esercizio il bullone viene scarica-to, esso non riprende la confor-mazione iniziale, ma si compor-ter piuttosto come se una parte delliniziale deformazione elastica si trasformasse in plastica.

Lentit del rilassamento dipende da carico, temperatura e tempo. Temperature superiori a 300 C generano un sensibile rilassa-mento del precarico applicato, che pu addirittura annullarsi. Alle temperature usuali per le normali applicazioni, i tempi di avanzamento del fenomeno non sono in genere tali da innescare apprezzabili manifestazioni di rilassamento a lungo termine, e non comportano problemi per la funzionalit del giunto.

Dati del fenomeno

La resistenza meccanica che il materiale in grado di esibire a temperatura ambiente, diminuisce al crescere sia di T che del tempo di permanenza.

Come ordine di grandezza, una permanenza a 200 C pu ridurre del 15% lo snervamento, e a 300 C pu salire anche al 25%,

in funzione del tempo, e gli effetti di questa diminuzione andranno a influire sul carico di serraggio iniziale.

Ad esempio, una permanenza a 300 C per 4 giorni, riduce il carico di serraggio del 25% in modo permanente, a causa della diminuzione dello snervamento.

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Cedimento del bullone Qualora lattrito tra gli elementi del giunto risulti insufficiente, causa l errato serraggio o il precarico inadeguato, o per allen-tamento in seguito a vibrazioni o infine per fenomeni di corrosione,

il giunto bullonato pu subire uno slittamento. Di conseguenza il bullone viene sollecitato a taglio e/o flessione secondari non previsti, e come tali potenzialmente pericolosi.

Le vibrazioni - sollecitazioni di piccola ampiezza per ripetute ciclicamente nel tempo - possono essere in grado di liberare lenergia elastica immagazzinata durante il serraggio e bloccata

allo stato potenziale per effetto dellattrito. Le vibrazioni possono diventare particolarmente insidiose per i giunti sollecitati a taglio.

Piuttosto temuta anche la pos-sibilit di cedimento per fatica, dovuto ai carichi variabili che agiscono sul bullone. La causa pu risiedere nel cattivo proporzionamento del giunto, ad es. con flange di spessore trop-

po piccolo rispetto al diametro del bullone, con in pi magari la presenza di una cricca sul filetto o nel raccordo con la testa, o di un difetto metallurgico, con ac-crescimento e propagazione fino alla rottura.


I nuovi sistemi unificati di bulloneria strutturale HR,HV,HRC e SB

EN 14399: Bulloneria strutturale a serraggio controllato

diametro minimo utilizzabile per bulloneria strutturale: M12 sporgenza vite da faccia esterna dado: almeno un filetto

filetti liberi oltre la faccia interna dado: almeno quattro filetti completi secondo EN 1090-2:2008

filetto a norma ISO 261; ISO 965-2; ISO 965-5

stato superficie: grezzo (trattato termicamente+brunito+legg.oleato) o zincato a caldo

Sistema HV

EN 14399-4

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 / vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale corto (lg. tratto filettato unica in base al solo diametro) altezza dado ~ 0,8 d 2 rondelle bonificate

(300370 HV), smussata almeno quella sotto testa

precarico al 70% del carico di rottura della vite

Sistema HR

EN 14399-3

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 vite cl.8.8 con dado cl.8 vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale ISO 888

(3 lg. tratto in base a lg. vite 125, 200, >200) altezza dado ~ 0,9 d 1 o 2 rondelle bonificate

(300370 HV), leventuale seconda sotto testa vite, smussata

precarico al 70% del carico di rottura della vite

Sistema HRC

EN 14399-10

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 vite cl.8.8 con dado cl.8 vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale lungo (3 lg. tratto in base a lg. vite) codolo a rottura calibrata altezza dado ~ 0,9 d rondella bonificata piana

o smussata precarico al 70% del

carico di rottura della vite


EN 15048: Bulloneria strutturale non a serraggio controllato

diametro minimo utilizzabile per bulloneria strutturale: M12 sporgenza vite da faccia esterna dado: almeno un filetto

filetti liberi oltre la faccia interna dado: almeno un filetto completo secondo EN 1090-2:2008

Sistema SB (structural bolting) EN 15048-1-2:2007

per applicazioni meno importanti e rischiose

bulloni ugualmente certificati da unico produttore, marcatura CE diametri per applicazioni standard: da M12 a M36

(la norma non esclude per altri diametri)

gambo a filetto totale o parziale

norma dimensionale viti ISO 4014 . 4018 (*)

norma dimensionale dadi ISO 4032 - 4033 (*)

classe vite: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 norma materiale (acciai al C e legati) EN ISO 898-1

resilienza min. 27 J a -20 C per bulloni AR

classe dado: 4, 5, 6, 8, 10, 12

rondella (in genere non richiesta, ma consigliata) classe durezza: 100 HV o 200 HV; norma ISO 7091

marcatura vite e dado: classe resistenza + SB + produttore dell assieme

(*) Il passaggio da UNI 5337/5738 per le viti e UNI 5587/88 per i dadi a ISO comporta per talune misure una modifica della chiave (es. per M12 scende da 19 a 18 mm, e per M22 sale da 32 a 34 mm).

Fornitura bulloni

a) unico imballo, con caratteristiche determinate su ciascun lotto di fabbricazione b) viti e dadi imballati separatamente, quindi intercambiabili, con caratteristiche

funzionali determinate sul lotto esteso Le rondelle sono in genere fornite in imballi a parte. La rintracciabilit minima di 10 anni. Le prove di trazione sono eseguite sullassieme vite-dado senza rondelle, con forza massima almeno pari al 90% della resistenza di norma della vite (sez. resistente).

ORMA TITOLO


La geometria del bullone La tabella seguente riporta i dati dimensionali che pi interessano, li-mitatamente ad alcuni diametri dei tre sistemi HV, HR (= HRC) e SB.

M16

HV HR SB

k 10 k/d 0,63 m 13 14,5 13 16

m/d 0,8 0,9 0,8 1 s 27 24

dw 24,9 27 23 c 0,5,1 / 0,20,8 r 1,2 0,6 b 28 38

l>125 44 l>200 57

tutto filetto b l

M24

HV HR SB

15 0,63

20 21,5 19 24 0,8 0,9 0,8 1

41 36 38 41 34,6

0,5,1 / 0,20,8 1,5 0,8

39 54 60 73 tutto filetto

b l

M30

HV HR SB

~19 0,63

24 25,6 24 30 0,8 0,9 0,8 1

50 46 46,6 50 44,6 0,5,1 / 0,20,8

2 1 44 66 72 85 tutto filetto

b l

M36

HV HR SB

~23 0,63

29 31 29 36 0,8 0,9 0,8 1

60 55 55,9 60 53,3 0,5,1 / 0,20,8

2 1 52 78 84 97 tutto filetto

b l


D.M. 14 gennaio 2008: Norme tecniche per le costruzioni (NTC)

Circolare 2 febbraio 2009:

Istruzioni per lapplicazione delle NTC Per i requisiti il nuovo Testo unico o NTC rimanda integralmente alla normativa europea, e in particolare alle varie parti della EN 14399. Da notare (tabelle estratte sottostanti) che tra i bulloni strutturali AR, anche il Testo Unico non prevede luso della classe 12.9.


Attraverso le novit introdotte dalla normativa europea (e dal Testo Unico)

Insieme vite-dado-rondelle La EN 14399: Elementi di collegamento strutturali ad alta resistenza adatti al precarico introduce la novit di maggior rilievo nellambito della bulloneria.

I vari componenti vite, dado e rondella non devono pi essere considerati separatamente, ma provenire dallo stesso lotto o dallo stesso lotto esteso (*) di unico produttore, autorizzato da un Ente

esterno notificato ad apporre il marchio CE sulle confezioni (e facoltativamente anche sui componenti).

I due tipi di imballi ora in commercio

1) Imballo unico contenente

vite+dado+due rondelle nei sistemi HR, HV, HRC, o vite+dado nel sistema SB, dove ogni singolo pezzo deriva da un unico lotto

k-classi previste: K1 o K2

2) Imballi separati di

viti,dadi e rondelle, tra loro intercambiabili allinterno della stessa fornitura, provenienti dallo stesso lotto esteso (*) sul quale il fornitore ha determinato le caratteristiche di serraggio

k-classi previste: solo K1

(*) manufacturing lot of that component that mainly influences the result of the suitability test combined with the other . components from the same supplier chosen by a documented method


Possono essere forniti due tipi di rondelle

1. piane semplici (EN 14399-5) 2. piane smussate (EN 14399-6)

tra loro uguali come ingombri, le seconde per con smussi interno ed esterno su una delle due facce.

rondelle semplici rondelle smussate

Regole generali di assiemaggio dei componenti sec. EN 1090-2 Il diametro nominale minimo da utilizzare per impieghi strutturali delle viti M12, se non diver-samente stabilito nelle specifiche richieste. Nelle sezioni in parete sottile e nei profili in lamiera deve essere definito il diametro minimo per ciascuna tipologia di elemento di fissaggio. La lunghezza della vite viene scelta in modo che a fine ser-raggio siano rispettate le pre-scrizioni relative alle sporgenze della filettatura.

In particolare deve sporgere (al-meno) un filetto completo ester-namente al dado.

.


Prima di procedere con il ser-raggio completo del giunto, si de-ve controllare a mano che lav-vitamento del dado sia scorrevole. Questo sia nel caso che i com-ponenti da assiemare proven-gano da imballi separati, sia nel caso di bulloni gi preassemblati dal produttore (imballo unico). Se lavvitamento a mano risulta difficoltoso, il bullone deve esse-re sostituito. Il dado - che in genere rivestito per immersione - deve essere av-vitato con marcatura leggibile rivolta verso lesterno del giunto (la rugosit della stampigliatura sarebbe inoltre in grado di influire sui valori dell attrito).

Marcatura dei dadi

Se non diversamente concordato con il fornitore, dadi e testa nor-mali non devono essere assolu-tamente saldati. Si deve ricorrere altrimenti ai dadi saldabili previsti per es. dalla norma DIN 929.

Dadi saldabili DIN 929

Nei collegamenti a coprigiunto semplice ( con una sola sezio-ne resistente a taglio) a una sola fila di bulloni, si deve sempre inserire una rondella sotto la te-sta e una sotto il dado.

Le rondelle semplici sono da uti-lizzare solo sotto i dadi, mai sotto la testa, per la quale sono obbli-gatorie quelle smussate: atten-zione che lo smusso sia rivolto verso la testa! Questo per evitare possibili effetti concentrati originati dagli spigoli vivi (la durezza della rondella supera 300 HV!).

Le regole sulle modalit di serraggio del bullone prevedono che la coppia torcente sia applicata al dado

e solo quando ci non sia possibile si pu ruotare la testa della vite (ved. pi avanti le limitazioni).


Quale che sia lelemento serrato (dado o testa), per la classe 10.9 sempre previsto usare rondelle sia sotto il dado che sotto la testa.

Composizione del bullone cl.10.9

La sequenza di chiusura deve iniziare dalla zona pi rigida del collegamento, eventualmente anche con cicli di serraggi successivi.

Esempio - La zona pi rigida di una giunzione con coprigiunti di un profilo a doppio T si trova in genere al centro del gruppo di bulloni. In una flangiatura di testa dello stesso tipo di trave, invece in prossimit delle ali.

In presenza di fori maggiorati o asolati, si devono usare appo-site piastrine, di materiale e di-mensioni adeguati, con spesso-re minimo 4 mm.

Piastrine analoghe, o in alter-nativa fino a tre rondelle (in ogni caso non si devono superare i 12 mm di pacco), si possono impiegare per arrivare al previ-sto spessore di serraggio. Si deve avere lavvertenza di disporle dalla parte opposta a quella del componente sul quale si chiuder a chiave (quindi in genere sotto la testa).

Quando occorra ripristinare lorto-gonalit tra asse vite e superfici

serrate si interviene se lerrore riscontrato superiore a 3 per diametri fino a M20, 2 oltre - bisogna inserire piastrine incli- nate di materiale e dimensioni opportuni. La norma consiglia luso di rondelle anche in presenza di ri-vestimenti superficiali spessi, per evitarne o ridurne il danneggia-mento. Anche se l utilizzo di rondelle nei collegamenti non precaricati con fori normali non richiesto dalla norma EN 1090-2:2008. E per consigliabile (o eventual-mente richiesto) disporne alme-no una, sotto lelemento ruotato.


Collegamenti non precaricati La norma stabilisce che in questi collegamenti si deve assicurare un ampio contatto nella zona centrale tra le piastre, eventual-mente anche con linserimento di spessori di aggiustamento. In questo caso pu essere accet-tato che i vertici siano staccati, anche fino a 4 mm. Pur non essendo precaricati, questi collegamenti si devono co-munque chiudere a mano, appli-cando lo sforzo che una persona normale in grado di esercitare su chiave senza una prolunga, o

anche utilizzando una chiave a percussione (interrompendo per appena inizia il tipico martellio). E da prestare particolare atten-zione a non esagerare con il serraggio dei bulloni delle classi normali (non AR), o di quelli corti o degli M12 (che sono i bulloni strutturali pi piccoli previsti). A serraggio completato, deve restare libero non meno di un filetto completo oltre il dado, dalla parte del pacco serrato (e un filetto oltre il dado come visto).

Collegamenti precaricati La coppia di chiusura, diretta-mente o indirettamente dichiarata dal fornitore, stata testata dallo stesso serrando il dado, e quindi per coerenza da applicare an-cora al dado quando utilizzata al montaggio. Dovendo ( ad es. per i motivi di spazio) ruotare invece la testa,

tale coppia non attendibile e per adeguarla bisogner fare riferimento ai criteri dellAppendi-ce H della norma o a test in-tegrativi eseguiti dal fabbricante.

La lunghezza di serraggio da considerare nel calcolo dell effet- to flangia del collegamento, viene composta come in figura.


Il serraggio con precarico per norma non richiede ulteriori dis-positivi antisvitamento. Se i bulloni gi precedente-mente chiusi a coppia, vengono per qualche motivo allentati, de-vono essere sostituiti con altri, senza richiudere gli stessi. Questo non riguarda per la fase di premontaggio, dove nor-malmente o non si arriva a chiu-dere con il 100% del precarico o non si riapre affatto (sono per in ogni caso da rimettere nella medesima posizione).

Prima di precaricare le flange serrando i bulloni del gruppo, bisogna verificare la compatibi-lit dei componenti e la corret-tezza dellaccoppiamento. Si pu prima eseguire una chiu-sura a mano nei modi gi visti per i giunti non precaricati: alla

fine il distacco ai vertici non dovr superare i 2 mm, metten-do in atto le necessarie azioni correttive sui componenti.

Se per mancanza di spazio di manovra non possibile agire con la coppia sul dado, si pu farlo sulla testa: saranno per da prendere speciali precauzioni, in accordo con il produttore, in base al metodo di serraggio adottato (tra le quali linserire la rondella smussata sotto la testa ruotata!).

Alla fine del serraggio devono sporgere, dalla parte del pacco serrato, non meno di quattro filetti completi.

Particolare attenzione da riservare infine a non alterare lo stato di lubrificazione originario e a proteggere i bulloni da umidit e agenti inquinanti. .

Elementi di fissaggio speciali

Gli elementi di fissaggio ( fasteners) sono considerati speciali se non contemplati in normative europee o interna-zionali note. Devono essere allora ben defini-ti e anche superare i dovuti test.

Speciali elementi o particolari metodi di fissaggio devono es-sere stabiliti in accordo con le raccomandazioni del fabbricante e con le corrispondenti sezioni della EN 1090-2 ( 8.1 8.8).

Tra questi metodi di fissaggio rientrano ad esempio speciali fori filettati, i perni filettati, gli incollaggi ecc.

.


Il precarico secondo EN 1090-2 ed EC3 In accordo con EC3 il precarico dei bulloni a serraggio controllato viene portato per le classi 8.8 e 10.9 al 70% del carico di rottura

La norma UNI CNR 10011 lo limitava invece all80% del valore minimo tra snervamento (o F0.2 per AR) e 70% del carico di rottu-

ra (quindi in pratica il 56% del medesimo). Mettendo a confronto il nuovo e il vecchio criterio di calcolo, si vede come ora il precarico sia incrementato del 25%, e questo senzaltro dovuto alla maggior precisione raggiunta nella defini-zione del legame tra la coppia e il conseguente precarico.

In tabella, ripresa dalla EN 1090-2, i valori del precarico Fp,C (*).

(*) Da applicare in tutti i casi in cui non sia richiesto un valore inferiore, e in tal caso la specifica deve precisare anche assieme, metodo e parametri di serraggio, requisiti di controllo.

Idoneit degli assiemi: le prove di serraggio La vecchia normativa prevedeva per la bulloneria strutturale gli stessi criteri di accettabilit della bulloneria normale, e le verifiche di idoneit si eseguivano separa-tamente e indipendentemente per viti, dadi e rondelle. Lassieme vite+dado+rondelle non veniva invece sottoposto a prove. Le attuali norme EN 14399-2, accanto all obbligo di fornire lotti omogenei fissano la prova attitu--dinale di (vite+dado+rondelle), as-

siemati, da eseguire con il dispo-sitivo e la macchina di figura, con precisione molto stretta (1%). Lo scopo di garantire con buona attendibilit, che a fronte di una determinata coppia di serraggio, venga effettivamente raggiunto il precarico di norma, senza oltrepassarlo o portare a deformazione plastica la vite. I test sono condotti a Tamb, con velocit di serraggio compresa tra 1 e 10 giri/min.


Dispositivo e macchina per la prova di serraggio

Bloccata la testa della vite, sul banco di prova si applica una coppia di serraggio al dado, capace di farlo ruotare sulla rondella lubrificata. Analisi dei risultati

Diagramma carico assiale-rotazione dado

Per un dato spessore serrato a, la prova superata se la vite non ne uscir danneggiata, al rag-giungimento di determinati cari-

chi stabiliti dalla norma la vite, e di prefissati angoli di rotazione il dado, come esemplificato nel dia-gramma stesso.


Vengono poi determinati n coef-ficienti di torsione ki e anche il loro valore medio km, costruendo per ogni test una curva coppia-forza di serraggio. I componenti vengono sempre sostituiti allinizio di ogni test, senza riutilizzarli ( buona regola

da applicare sempre anche in prati-ca a causa soprattutto del deteriora-mento delle superfici di appoggio). Si calcola anche lo scarto qua-dratico medio sk e il suo coef-ficiente di variazione o indice di dispersione Vk, con le formule del riquadro sottostante.

Diagrammi coppia di serraggio-carico assiale

La bulloneria AR non evidenzia un ben definito limite di snerva-mento, che viene perci sostituito dal limite di snervamento conven-zionale Rp0,2 (limite di deforma-

zione permanente dello 0,2% del tratto di vite precaricato lb,eff, da verificare sulla curva carico-allun-gamento con i criteri di lettura sotto schematizzati).

Diagrammi carico assiale-allungamento


Calcolo della coppia di serraggio: il fattore k Si gi precisato che il preca-rico da generare nel bullone leffetto dellapplicazione di una adeguata coppia di chiusura, da introdurre quando possibile agen-do sul dado, altrimenti sulla testa della vite. La coppia di serraggio del lotto prodotto deve essere dichiarata

dal produttore, che stabilisce - in base ai criteri della EN 14399-2 sopra riportati - un fattore k, da considerare come un vero e pro-prio fattore di rendimento della coppia, nel senso che il ki lega l effetto ( precarico) alla causa ( coppia) che lo ha determinato.

Coppia di serraggio

Il coefficiente ki attraverso il diametro d lega la coppia di serraggio Mr,i con il precarico Fp,C secondo la relazione

Mr,i = ki d Fp,C

k-classe

La normativa ha introdotto tre cosiddette k-classi di serraggio. A ognuna di esse corrispondono ben precise informazioni sul fattore k, con lobbligo del produttore di dichiararlo.

Le k-classi sono definite in tabella, tratta dalla norma EN 14399-1.

E previsto che sia lacquirente a richiedere al fornitore una tra le classi K0, K1 o K2, ed egli, in mancanza di specifica richiesta, pu fornire la K0 (significativa nel caso di applicazione diretta del precarico).

Gli assiemi in classe K2 devono essere obbligatoriamente forniti solo in confezioni imballate e sigillate dal produttore (quindi non in imballi

separati) contenenti prodotti di lotti omogenei ( EN 14399-1). .


Coefficienti di serraggio per le classi K1 e K2

K1

Viene controllato un campione di almeno 5 assemblaggi rappresenta-tivi del lotto, da cui ottenere altrettanti valori ki

ki = Mr,i / (Fp,i d) (i = 1,2,5..)

E sufficiente controllare che tutti i valori siano compresi nellintervallo

ki = 0,100,16

senza verificarne la dispersione attorno al loro valor medio km. Indicazioni obbligatorie per norma: 0,10 k 0,16 Eventuali indicazioni integrative: kmin , kmax rilevati nelle prove sul lotto

k consigliato dal fornitore (*)

Mr,1 = k Fp d (**)

(*) pu corrispondere al kmax dei test sul lotto o della norma (0,16) o al km (0,13) della norma

(**) il momento pu anche fare riferimento ad altre specifiche direttive o norme (es. DIN 18800-7) purch non in contrasto normativo

K2 controllato un campione come sopra, da cui rilevare 5 o pi valori

ki = Mr,i / (Fp,i d) (i = 1,2,...5..)

Si calcola quindi km, che la media degli n valori ki cos ricavati

km = ki / n con limite km = 0,100,23

e si limita il corrispondente valore dellindice di dispersione

Vk = sk /km = {(ki km) /(n-1)}1/2/km < 0,10

Indicazioni obbligatorie per norma: km , Vk . Eventuali indicazioni integrative: Mr,2 = km Fp d


In figura riportato, per la classe K2, un esempio di etichetta posta su un imballo di bulloni.

assiemati (vite+dado+rondelle smussate) immessi in commercio appartenenti allo stesso lotto

con dichiarati in maniera precisa e dettagliata i risultati delle prove

il valore di km il valore di Vk per completezza, il corrispondente valore della coppia Mr

sistema

zincato (a caldo)

bullone M 24 cl.10.9

(lg.120)

dado cl. 10

rondella smussata HV

coppia di serraggio 759 Nm

lotto n. 264902

km = 0,128

k-classe K2

Vk = 0,03

.


Taluni fornitori propongono limballo unico in classe K2, e, su richiesta dellaquirente lo rendono disponibile anche in classe K1. Nel fac-simile di etichetta sotto riportato sono stampati i dati che si possono rilevare in un im-ballo unico fornito in classe K1. Oltre ai valori massimo e mini-mo di norma (nonch medio) del ki, il produttore pu dichiarare anche i risultati dei test dello specifico lotto, il che pu interes-

sare quando essi non vengono mantenuti costanti nei vari lotti di produzione (ci sono fornitori che invece riescono a mantene-re costante il k per tutti i lotti). La coppia di preserraggio del metodo combinato, che il produttore pu riportare sulla confezione, nel fac-simile ripro-dotto stata posizionata al centro del campo previsto, con k = 0,13 e inoltre gi ridotta al 75%, come ammesso dalla EN 1090-2:2008 al 8.5.4.

1

numero di lotto valori min e max del k risultanti dai test sul lotto (indicazione facoltativa) indicazione della classe K1 della bulloneria

(un accordo a livello di produttori italiani - non seguito pi di tanto! aveva cercato di orien-tare la fornitura di bul-loneria HV solo in classe K1, e HR in sola K2)

valore della coppia da applicare con il metodo combinato (il metodo cio previsto dalla norma) nella fa-se di preserraggio e dellangolo di rota-zione del 2 step

(indicazione facoltativa)

limiti di norma per il k

Nota

In questo caso la coppia di preserraggio dichiarata il 75% della coppia ottenuta dal km tra i limiti di norma ( 0,13).


Nel caso di imballi separati dei componenti il bullone, le tre tar-ghette di viti, dadi e rondelle possono avere laspetto delle illustrazioni seguenti.

Su ogni targhetta sono sempre indicati i limiti di norma del k.

Il momento di serraggio in-dicato sulla targhetta del dado (che rivestito in superficie). Il valore della coppia stato scelto dal produttore e, in

questo caso corrisponde a un k = 0,135, quindi compreso tra i limiti di norma.

Pi precisamente e non in con-trasto con la norma, nel caso illustrato il valore di coppia di-chiarato viene fatto coincidere dal produttore con quello pre-visto dalla DIN 18800-7 per bulloneria zincata a caldo e lu-brificata.

Viti HV M24 cl. 10.9

Dadi M24 cl. 10 Rondelle smussate 300 HV


Importante

Le modalit di serraggio riportate nellimballo presuppongono la rotazione del dado del bullone.

Nel caso si chiuda la testa della vite, il fabbricante pu stabilire diversi parametri oppure, in accordo alla EN 1090-2 (App. H),

si possono eseguire dei test per le condizioni locali.

Le due classi a confronto E importante ricordare che lutilizzatore non pu in nessun caso modificare lo stato di lubrificazione della fornitura, e deve provve-dere a una corretta conservazione del prodotto.

Dal confronto fra le due classi appare evidente lapprossima-zione permessa (e prevista) dal-la norma per valori di k in classe K1 e, allopposto, i precisi valori dichiarati invece in classe K2.

La classe K1 ammette infatti per k un valore massimo di 0,16, un valore minimo di 0,10, con una variazione massima di 0,06, quasi il 50% del valore medio. A tale eccesso della norma, i produttori pi responsabili cer-cano di porre rimedio fornen-do allutilizzatore indicazioni di serraggio pi precise, cos da limitare la variabilit della coppia contenuta nella norma, nei ter-mini sopra esposti. In classe K1, a

nuova bulloneria strutturale

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