Scelta del materiale e del rivestimento degli elementi di fissaggio per giunti in alluminio, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio in servizio umido

Perché un elemento di fissaggio inossidabile può essere l'aggiornamento sbagliato in un giunto in alluminio

Una vite inossidabile in una scatola in alluminio sembra un miglioramento rispetto all'acciaio zincato. In esposizione salina può accadere il contrario: se il giunto non è isolato, l'accoppiamento è più aggressivo dell'acciaio zincato che ha sostituito ⁶. L'alluminio con acciaio inossidabile e l'acciaio al carbonio con acciaio inossidabile figurano entrambi tra le combinazioni da evitare o da isolare in modo consistente ¹². L'accoppiamento alluminio–inossidabile è definito ad alto rischio anche da una seconda fonte ¹³. Il meccanismo è una differenza di potenziale più un rapporto di aree. Due metalli diversi a contatto con un elettrolita danno origine a una cella galvanica e il metallo meno nobile si degrada più rapidamente ¹¹. L'attacco si concentra quando l'elemento anodico (il metallo meno nobile che si corrode) ha una piccola area esposta di fronte a una grande area catodica ²². Un elemento di fissaggio inossidabile in una piastra di alluminio riproduce esattamente questa geometria: una piccola area anodica attorno al foro di fronte a una vite e a una testa catodiche di grande superficie. La regola generale è tenere i due metalli vicini nella serie galvanica. L'ideale è un elemento di fissaggio dello stesso materiale, o di uno vicino nella serie, rispetto al pezzo che trattiene ^{9, 13}. Una fonte osserva che gli elementi di fissaggio inossidabili di classe compatibile di solito hanno senso per i gruppi in acciaio inossidabile ⁹. Si tratta di giunti inossidabile-inossidabile, non di un permesso a inserire inossidabile nell'alluminio. In fase di specifica, assumere il metallo di base come punto di partenza e l'elemento di fissaggio come variabile.

Elemento di fissaggio diretto o pila isolata: decidere per metallo di base

Quando i due metalli sono molto distanti nella serie galvanica, nessuna lega dell'elemento di fissaggio elimina la cella. Ci riesce solo l'interruzione del percorso elettrico e di quello dell'umidità. Per questo la decisione pratica si prende per metallo di base: questo giunto può accettare un elemento di fissaggio diretto o deve essere realizzato come pila isolata e sigillata? Per un elemento in alluminio, l'elemento di fissaggio inossidabile è il caso che più spesso richiede la pila isolata. Per un gruppo inossidabile, un elemento di fissaggio inossidabile di classe compatibile è la scelta diretta abituale ⁹. Per le strutture in acciaio al carbonio, gli elementi di fissaggio in acciaio zincato sono descritti come la base pratica, con sistemi di rivestimento progettati dove l'ambiente è più severo ⁶. L'isolamento non è una singola rondella. Rondelle, bussole, distanziali e rondelle di tenuta incollate non metallici interrompono la continuità elettrica e tengono l'umidità fuori dall'interfaccia. Una fonte giudica una pila isolata e sigillata più efficace del solo cambio di lega dell'elemento di fissaggio ¹⁹. La stessa fonte ne fissa il limite: le parti di isolamento devono resistere a compressione, temperatura, UV e contatto chimico. Se la bussola si fessura o la rondella scorre a freddo (si deforma lentamente sotto carico) sotto precarico, il contatto metallo-metallo ritorna e l'attività galvanica riprende ¹⁹. Le modifiche della pila spostano anche il carico di serraggio e la risposta alla coppia di serraggio, quindi il giunto va ricontrollato dopo l'aggiunta dell'isolamento ¹⁹. In servizio marino, con sale stradale, fertilizzanti, attività mineraria e in ambiente soggetto a lavaggio con acqua, la sola compatibilità dei materiali raramente basta. Il pacchetto completo è un materiale di base compatibile, un rivestimento dove opportuno, isolamento elettrico, interfacce sigillate e una geometria che non trattiene acqua ⁶.

Il controllo del rapporto tra aree da fare prima di fissare l'elemento di fissaggio

La severità galvanica cresce con l'area catodica esposta rispetto all'anodo. Un piccolo elemento anodico bullonato con bulloneria catodica di grande superficie è la disposizione peggiore. L'esposizione costiera o umida amplifica l'effetto quando il materiale anodico ha la superficie minore ²². L'unica indicazione numerica di questa raccolta è un rapporto di superficie anodo-catodo raccomandato di almeno 10:1 per minimizzare la corrosione galvanica ¹. La enuncia una fonte di settore; nessuna fonte di questa raccolta presenta 10:1 come limite obbligatorio o normalizzato. Nessuna fornisce il rapporto di aree reale di un tipico giunto bullonato. Va trattato come un obiettivo di progetto su cui argomentare, non come una clausola di conformità. Eseguire il controllo sulla geometria del giunto prima di fissare l'elemento di fissaggio. Se l'elemento anodico è piccolo e la bulloneria catodica è grande, si hanno due leve: ampliare l'area anodica oppure isolare il giunto perché il rapporto non conti più. La stessa fonte mette esplicitamente in guardia contro piccole aree zincate unite a grandi metalli catodici come acciaio al carbonio, rame o acciaio inossidabile ¹.

Zincatura elettrolitica, zincatura a caldo o lamelle di zinco

Per gli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio, la scelta della finitura dipende dallo spessore del rivestimento e da quanto a lungo il rivestimento resiste prima che l'acciaio resti esposto. Lo zinco zincato a caldo è tipicamente 5–10× più spesso dello zinco elettrolitico. In genere offre una protezione anticorrosiva esterna decisamente più lunga ¹⁷. La zincatura elettrolitica non è raccomandata per un'esposizione prolungata a condizioni climatiche severe, anche se può servire applicazioni esterne con umidità limitata ¹⁷. La zincatura a caldo costa di più in partenza; la stessa fonte sostiene che la durata maggiore compensi questo maggior costo nelle applicazioni esterne e corrosive ¹⁷. Le lamelle di zinco sono la terza via e contano soprattutto dove la resistenza è elevata. Per i gruppi di classe di proprietà 10.9 e 12.9 si afferma la necessità di un esame rigoroso del rivestimento a lamelle di zinco non elettrolitico ⁸. Un fornitore riferisce che la zincatura elettrolitica alcalina zinco-nichel con cottura richiede un ciclo in forno di 8-to-24 ore e fornisce una barriera stabile ⁸; è la descrizione di un processo da parte di un fornitore, non una base di specifica. Due avvertenze pratiche. Non mescolare finiture all'interno dello stesso gruppo, perché elementi di fissaggio, dadi e rondelle non abbinati possono influire sulla resistenza alla corrosione ¹⁷. E in ambiente costiero, marino, alimentare o chimico l'acciaio inossidabile è spesso preferito sia allo zincato sia allo zincato a caldo, con costo iniziale più elevato ¹⁷.

Escludere le combinazioni ad alta resistenza con rischio di fragilizzazione

Gli elementi di fissaggio ad alta resistenza possono rompersi per fragilizzazione da idrogeno. Le fonti indicano tre sorgenti di idrogeno: idrogeno interno dalla zincatura elettrolitica, idrogeno ambientale dalla corrosione sacrificale di un rivestimento e idrogeno ambientale dal disallineamento galvanico nel giunto ². La suscettibilità aumenta con la durezza e la profondità di cementazione, e il trattamento termico è il processo che fissa entrambe ^{2, 4}. Ne derivano due soglie da inserire nella specifica. Qualsiasi elemento di fissaggio oltre 39 HRC o 380 HV richiede una verifica obbligatoria di defragilizzazione ⁸. Dove si usa la galvanica, la cottura termica deve iniziare entro 4 ore dal bagno di zincatura ⁸. Nessuna fonte di questa raccolta vieta in modo assoluto lo zinco elettrolitico sugli elementi di fissaggio ad alta resistenza. Nessuna indica una resistenza massima oltre la quale la zincatura elettrolitica è esclusa. La decisione difendibile è condizionale: se il giunto richiede 10.9 o 12.9, chiedere una finitura non elettrolitica o una cottura documentata entro la finestra di 4 ore. Verificare la fascia di durezza sul certificato.

A2 o A4/316 inossidabile: il nome della classe non è la risposta

L'A4/316 in genere si comporta meglio dell'A2 in presenza di cloruri. Tuttavia il 316/A4 non è automaticamente idoneo a ogni immersione marina, cloruro caldo o condizione di fessura ³. Il livello di cloruri, la temperatura, la zona di spruzzo o di immersione, i depositi, le fessure e la vita utile di progetto determinano il risultato ³. Per la specifica questo significa che indicare la classe non basta. Dichiarare l'esposizione ai cloruri, l'intervallo di temperatura, se il giunto si trova in zona di spruzzo o di immersione e se possono formarsi fessure o depositi. Se uno di questi aspetti è severo, la sola scelta della classe non risolve il giunto. Il pacchetto di isolamento del passo precedente assume allora una parte maggiore della protezione.

Controlli prima della richiesta di preventivo (RFQ): isolamento, rivestimento e certificati

L'isolamento funziona solo finché bussola e rondella resistono a precarico, temperatura e prodotti chimici. Quando si fessurano o scorrono a freddo, il contatto metallo-metallo ritorna ¹⁹. Questi controlli obbligano il fornitore a dimostrare quella resistenza e a sostenere il preventivo con la finitura e la sua documentazione.

• Chiedere il materiale di isolamento, i suoi limiti di compressione e temperatura e la sua compatibilità chimica con l'ambiente di servizio ¹⁹.
• Chiedere se la rondella o la bussola scorre a freddo sotto il precarico specificato e come il fornitore lo ha verificato ¹⁹.
• Confermare la modifica della pila dovuta all'aggiunta di rondelle e bussole, e il carico di serraggio e la risposta alla coppia di serraggio risultanti ¹⁹.
• Per le parti ad alta resistenza, richiedere i dati di durezza e i registri di defragilizzazione, compreso il tempo tra zincatura e cottura ⁸.
• Richiedere i rapporti su spessore del rivestimento e nebbia salina come dati di screening, non come dichiarazione di durata ^{3, 7}.
• Indicare il certificato sull'ordine (PO) e confermare che il fornitore possa emettere rapporti di prova del materiale e certificati con la consegna ⁵.
• Chiedere le indicazioni del fornitore per prevenire la fragilizzazione da idrogeno e i registri di tracciabilità del materiale ¹⁰.

Leggere i valori di nebbia salina e Kesternich, e dove le fonti divergono

Le ore di nebbia salina ordinano i sistemi di rivestimento secondo un unico metodo di prova; nessuna fonte di questa raccolta le converte in anni all'aperto o in mare ³. Usare i valori per confrontare le finiture, non per promettere una durata. La tabella mantiene visibili i due punti controversi perché si veda quale lato verificare.

Domande frequenti

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