¿Cuáles son los efectos térmicos en uniones atornilladas con precarga?

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Efectos negativos en las uniones atornilladas

En temperaturas operativas superiores a 250 ºC se activa el fenómeno de deslizamiento y relajación en los aceros de aleación y construcción. Aquí, aunque los pernos se precargan en su estado elástico a temperatura de servicio, una parte de la precarga se relaja en proporción a la reducción del límite elástico del elemento de fijación de acero.

Debido a las variaciones térmicas, las piezas y los dispositivos de sujeción se expanden o contraen con diferentes amplitudes dependiendo del cambio de temperatura, la masa y el tamaño de las piezas, así como la conductividad de los metales y el coeficiente de expansión de cada material concreto. Dichas diferencias de expansión o contracción entre los materiales y las piezas generan variaciones en la precarga de la junta. A menudo, la amplitud máxima de variación de la precarga surge durante los estados de transición.

Los ciclos térmicos también pueden generar fatiga inducida térmicamente, ya que no todas las áreas se expanden simultáneamente con la misma amplitud. Los bordes entre las áreas "más calientes" y "más frías" sufren una tensión adicional, que puede desencadenar la fatiga local del material. No obstante, cuando la temperatura es estable y uniforme en todas las piezas, se recomienda utilizar materiales con coeficientes homogéneos de expansión para minimizar la variación en la carga de sujeción o bien, tener en cuenta dicha modificación de la precarga en el diseño de la junta.

Los retos anteriores se pueden solventar si se siguen códigos de diseño, selección de material y directrices de cálculo de la junta de vanguardia. En este sentido:

  • Se realiza una selección adecuada del material respecto al comportamiento de sus características mecánicas a temperaturas operativas, evitando así cambios metalúrgicos drásticos como precipitados, envejecimiento o tratamiento térmico (p. ej.: templado o recocido).
  • Se comprueba que no surja una presión excesiva debido a variaciones de la carga ocasionadas por cargas de servicio y por expansión (o contracción) térmica relativa diferencial durante los ciclos térmicos.
  • Se anticipa qué precarga se perderá debido al fenómeno de deslizamiento y relajación.

Experiencia y soluciones del Grupo Nord-Lock

Los productos del Grupo Nord-Lock, desde las arandelas de bloqueo por cuña a los tensionadores multi-jackbolt (MJT), se utilizan con frecuencia en entornos extremos.

Al guiar al cliente en la selección del producto, su diseño y las fases de diseño de la junta, seguimos directrices de vanguardia a fin de proporcionar componentes seguros y duraderos para las uniones atornilladas. Revisamos la selección del material para considerar las temperaturas operativas, así como los riesgos de corrosión y deslizamiento.

A continuación, revisamos el rango de precarga, desde el apriete a temperatura ambiente a la carga residual (o adicional) en servicio. Si es necesario, aplicamos películas secas, revestimiento o lubricante. También ayudamos al usuario durante la fase de diseño para evitar cualquier riesgo de fallo en la propia junta.

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