Cómo determinar el par de apriete y elegir un método de apriete para una unión atornillada

El par es un sustituto de la fuerza de sujeción, no el objetivo

Un valor de par no es el objetivo; lo es la fuerza de sujeción que produce. Cuando un perno se gira a lo largo de su hélice de rosca, el movimiento giratorio se convierte en movimiento lineal, el perno se estira y las piezas sujetas se comprimen. Pero la mayor parte del par aplicado se dedica a vencer la fricción en lugar de estirar el perno ⁸. El desglose es aproximadamente 10 % de pretensado útil, 50 % de fricción bajo la cabeza y 40 % de fricción de rosca ⁸. Por eso el mismo par puede producir fuerzas de sujeción muy distintas según el estado de fricción de la unión. Parta en cambio del pretensado requerido. Una fuente de nivel de proveedor informa de que la mayoría de los elementos de sujeción se aprietan para alcanzar el 65–80 % de la carga de prueba, y desarrolla el caso de un perno de acero M6 al 75 % de la carga de prueba ¹⁶. Para ese perno — carga de prueba de unos 700 MPa sobre un área de tracción de unos 20 mm², es decir, una carga de prueba de 14.000 N y un objetivo del 75 % de 10.500 N — la fuente indica que el objetivo se alcanza con unos 7–8 N·m en condiciones lubricadas ¹⁶. Trátelo como una observación específica de la fuente para un M6 lubricado, no como un valor aplicable a una unión en seco: el mismo perno en seco necesitaría un par distinto para la misma fuerza de sujeción. Antes de calcular nada, pregúntese qué pretensado necesita realmente la unión y qué amplitud tiene la ventana útil. Esa ventana, no la cifra de par, es lo que decide el método en el siguiente paso.

Calcular un par de primera aproximación a partir de la fuerza de sujeción y el factor de tuerca

La relación par-pretensado puede escribirse como Par = Carga × Diámetro nominal del perno × Factor de tuerca / 12, donde el factor de tuerca K condensa en un solo número la geometría de la rosca, el paso, la fricción en la cara de la tuerca y la fricción de la rosca ¹⁵. K se determina experimentalmente y varía con la lubricación, de modo que la misma carga produce pares distintos en condiciones de fricción diferentes ¹⁵. El ejemplo desarrollado en la fuente: para 50.000 lb de carga sobre un espárrago de 1-1/8 in con un compuesto antigripante de factor de tuerca 0,17, par = 50.000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. Los factores de tuerca de los compuestos antigripante suelen situarse entre 0,15 y 0,20 ¹⁵. Ese K es el eslabón débil. No es una constante que pueda asumirse — debe medirse para su combinación de sujeción, recubrimiento y lubricante, o tomarse de la norma aplicable. Si no puede obtener un K medido para su unión, el par calculado es solo una estimación de partida.

Adaptar el método de apriete a la ventana de pretensado

La ventana útil de pretensado dividida por la dispersión de cada método determina qué métodos pueden alcanzar el objetivo. Si cabe una ventana de ±30 %, el control por par es suficiente ¹⁹ (cifra comunicada por el proveedor); si solo cabe ±10–15 %, se requiere control par-ángulo ²³. Las dispersiones siguientes son rangos representativos de trabajos correctamente ejecutados, no garantías ¹⁹.

Ajustar el par según la lubricación y el recubrimiento

La lubricación reduce la fricción y, por tanto, el par necesario para alcanzar el mismo pretensado ⁸. Aplicar a un elemento de sujeción lubricado un par especificado para acero en seco sobretensa la unión — el perno alcanza una fuerza de sujeción mayor que la prevista por la especificación ²². Si especifica un elemento de sujeción con recubrimiento, el valor de par debe tener en cuenta el recubrimiento ²². Los recubrimientos de hojas de zinc con capa superior mantienen un coeficiente de fricción que suele estar entre 0,09 y 0,16 según la especificación de la capa superior, lo que produce una relación par-pretensado más predecible que la del acero sin tratar ¹¹. Esa consistencia es justamente lo importante: un coeficiente de fricción controlado hace la conversión de par a pretensado más repetible, de modo que el par calculado se acerca más al pretensado obtenido. Lo que las fuentes no aportan es un valor de K o un factor de reducción de par para cada tipo de lubricante. Deberá obtenerlo del proveedor del lubricante o de la norma aplicable, y verificarlo en una unión de muestra.

Adaptar la herramienta al método

La herramienta puede dominar la dispersión que el método elegido pretendía lograr. Las precisiones de control de las herramientas van de ±0,25–5 % para una llave dinamométrica de tornillo sin fin a ±10–30 % para una llave de impacto, con tensado controlado por ordenador en ±0,5–2 % ^{12 19} (cifra comunicada por el proveedor). Un tensador hidráulico es más preciso (±1–5 %) que la mayoría de las llaves dinamométricas (±3–15 % de palanca, ±10–30 % de impacto) ^{12 19} (cifra comunicada por el proveedor). Si especifica control par-ángulo para una ventana de ±10–15 % pero aprieta con una llave de impacto, la dispersión propia de la herramienta puede superar la del método. Empareje la clase de precisión de la herramienta con el método antes de comprometerse con la producción. Un proveedor señala que el apriete por par es el método más antiguo, más simple y más rentable para el apriete controlado ¹⁷. Otro proveedor informa de que las llaves dinamométricas digitales con curvas de par en tiempo real pueden detectar condiciones de apriete anómalas ²⁵. Son posiciones de proveedores, no una verificación independiente del rendimiento de la herramienta en su unión.

Planificar la verificación

En conjuntos de alta resistencia críticos para la seguridad, la unión pierde pretensado después del apriete, por lo que una comprobación final de par inmediatamente después de la instalación puede indicar un valor que no se mantendrá. Prevea un período de relajación antes de la comprobación final.

• Deje un período de relajación de 24–48 h tras el apriete inicial antes de la comprobación final de par en conjuntos de alta resistencia críticos para la seguridad ²⁴.
• Durante ese período, un elemento de sujeción con fragilización por hidrógeno en fase temprana pierde fuerza de sujeción o se fractura, de modo que la comprobación lo detecta ²⁴.
• Use llaves dinamométricas calibradas o equipos par-ángulo para que los elementos de sujeción no se aprieten en exceso más allá del pretensado especificado ²⁴.
• La verificación de re-apriete tras el período de relajación confirma la integridad de la unión ²⁴.

Confirmar la norma aplicable antes de la liberación

Las fuentes establecen que las normas rigen las tablas de pares y las reglas de cálculo, pero no las reproducen. Antes de liberar una unión para producción, confirme qué norma o especificación aplica y obtenga la tabla o regla de cálculo real. La relación par-pretensado y el objetivo del 65–80 % de la carga de prueba son orientación general ¹⁶; el valor de par específico para su tamaño, grado y condición de lubricación procede del documento normativo, no de este artículo. Si su unión es crítica para la seguridad o de alta resistencia, la norma también puede fijar requisitos de tiempo de relajación, método de verificación y documentación. Confírmelos al mismo tiempo que el valor de par.

Donde las fuentes discrepan

Las fuentes de este conjunto no discrepan sobre la relación par-pretensado ni sobre las cifras de dispersión de los métodos. La única disputa que toca esta decisión es sobre la duración del horneado de los elementos de sujeción de alta resistencia zincados por electrodepósito, que afecta a si un paso del proceso de recubrimiento es suficiente — no al valor de par en sí.

Preguntas Frecuentes

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