Manicotti in alluminio per funi metalliche: resistenza allo schiacciamento, dimensionamento e modalità di rottura

Un manicotto in alluminio crea un legame meccanico saldato a freddo, non solo un punto di pizzicamento

A manicotto in alluminio per fune metallica , propriamente noto come manicotto o ghiera, funziona come un raccordo terminale che fissa in modo permanente l'estremità di una fune metallica in un occhiello o una giunzione. Quando compresso con lo strumento di pressatura corretto, il duttile materiale di alluminio si deforma plasticamente attorno ai singoli trefoli di filo, scorrendo nelle valli tra di loro e creando un Interblocco meccanico formato a freddo che distribuisce uniformemente il carico di trazione su ogni trefolo della sezione trasversale della fune . Un manicotto correttamente pressato su una fune metallica zincata o in acciaio inossidabile utilizzando un manicotto ovale in alluminio raggiunge una forza di tenuta di Dall'85% al 90% del carico di rottura minimo della fune metallica quando vengono rispettate le specifiche relative alla lunghezza del manicotto, al diametro interno prima della pressatura e alla compressione dopo la pressatura. La lega di alluminio utilizzata, tipicamente 5052 o 6061 in forma lavorata o A380 in forma fusa, è selezionata per la sua combinazione di duttilità durante la compressione, compatibilità alla corrosione con il materiale della fune metallica e comportamento di incrudimento che aumenta la resistenza post-compressione del manicotto per resistere alla sollecitazione del cerchio esercitata dai trefoli della fune caricata che tentano di liberarsi.

Manicotto ovale e manicotto di arresto: due componenti diversi per funzioni diverse

Il termine manicotto in alluminio per fune metallica comprende due tipi di hardware funzionalmente distinti che vengono spesso confusi. An il manicotto ovale, chiamato anche manicotto ad occhio fiammingo, ha un profilo ovale allungato con due fori interni paralleli che accettano entrambe le gambe di un anello di fune metallica . È pressato su tutta la sua larghezza, comprimendo entrambi i fori contemporaneamente, ed è la terminazione portante principale per creare un occhiello permanente all'estremità di una fune metallica. Un manicotto di arresto, al contrario, è un corto tubo cilindrico di alluminio con un unico foro passante, stampato direttamente su una gamba di fune metallica singola per creare un arresto meccanico, come il fermo che impedisce a una fune metallica di passare attraverso un paranco o il fermo che fissa la coda di una fune metallica dopo che passa attraverso un manicotto ovale. Confondendo i due e utilizzando un manicotto di arresto laddove è richiesto un manicotto ovale per la terminazione portante si otterrà una connessione che non riesce a meno del 40% del carico di rottura della fune perché il manicotto di arresto impegna solo una gamba e manca della distribuzione equilibrata del carico del design ovale a doppio foro.

Protocollo di dimensionamento e conseguenze di una mancata corrispondenza

Un manicotto in alluminio è dimensionato per un diametro specifico della fune metallica con una finestra di tolleranza estremamente ristretta. Il diametro interno del foro della manica prima della pressatura deve essere Da 0,2 a 0,5 millimetri più grande del diametro nominale della fune per consentire il passaggio della fune senza inceppamenti e lasciando il minimo spazio vuoto che l'alluminio deve riempire durante la compressione. Un manicotto di una misura più grande non si comprimerà sufficientemente sui trefoli della corda; l'alluminio raggiungerà il suo limite di compressione prima di fluire completamente negli interstizi del filo, lasciando vuoti interni che agiscono come punti di concentrazione dello stress e riducono la forza di tenuta fino al 30%. Un manicotto di una misura troppo piccola non può essere infilato sulla fune senza danneggiare il trefolo, e forzandolo si provoca lo spostamento e l'attorcigliamento dei singoli fili esterni, creando una sezione trasversale indebolita nel punto esatto in cui la terminazione applica la massima sollecitazione. Le tabelle delle dimensioni dei manicotti pubblicate dai produttori abbinano ciascun diametro della fune a un codice articolo specifico del manicotto e il dimensionamento è specifico per la costruzione della fune: una fune con anima in fibra 6x19 e una fune con anima in fune metallica indipendente 7x19 dello stesso diametro nominale possono richiedere specifiche diverse del manicotto poiché i diametri esterni effettivi differiscono leggermente a causa delle diverse geometrie di imballaggio dei trefoli.

Ispezione prima della pressatura e regola della lunghezza della coda

Prima della compressione, la coda della fune metallica che sporge dal manicotto deve essere sufficientemente lunga da consentire la verifica visiva che la fune non scivoli durante la pressatura. La regola standard è a lunghezza minima della coda pari ad una lunghezza di manicotto per i manicotti ovali e due diametri di fune per i manicotti di arresto . Dopo la pressatura, se la coda è rientrata nel manicotto, la fune è scivolata durante la compressione e la terminazione deve essere tagliata e rifatta. La coda fornisce anche il materiale per una misura di sicurezza secondaria: nelle applicazioni di sollevamento critiche, la coda è spesso dotata di filo metallico o dotata di un manicotto di arresto aggiuntivo come fermo di riserva.

Requisiti dello strumento di pressatura e decisione tra strumento manuale e idraulico

La compressione di un manicotto in alluminio per fune metallica richiede uno strumento di pressatura che applichi una compressione controllata su lati paralleli a una dimensione specificata dopo la pressatura. Un tagliabulloni da negozio di ferramenta o un martello e un punzone non possono produrre una pressatura sicura. Lo strumento minimo accettabile per manicotti ovali su funi metalliche fino a 5 millimetri di diametro è a utensile manuale per pressatura con ganasce in acciaio temprato lavorate per il corretto profilo post-compressione . Questi strumenti sono progetti a leva composta che moltiplicano la forza della mano in diverse tonnellate di pressione di compressione sulle facce della mascella. Per funi di diametro superiore a 5 millimetri, è necessaria una pressa idraulica con matrici intercambiabili per generare la forza costante da 8 a 15 tonnellate necessaria per comprimere completamente il manicotto di alluminio nella struttura della fune. L'indicatore di qualità fondamentale per qualsiasi utensile di pressatura è la sua capacità di produrre una dimensione ripetibile dopo la pressatura, generalmente specificata come una misurazione di calibro attraverso la manica compressa nel suo punto più largo, e uno strumento le cui ganasce sono usurate, molleggiate o non corrispondenti alla dimensione della manica produrrà una manica sottocompressa che appare visivamente accettabile ma non funziona al di sotto del carico nominale.

Il misuratore Go/No-Go e la verifica post-stampa

Dopo la compressione, la manica pressata deve essere controllata con un calibro passa/non passa fornito dal produttore della manica o specificato nella scheda tecnica del produttore. Il manometro verifica che il la larghezza compressa della manica rientra nell'intervallo accettabile, in genere più 0,2 millimetri e meno 0,1 millimetri rispetto alla dimensione nominale dopo la pressatura . Una manica che misura fuori misura sul misuratore è stata sottocompressa e non svilupperà la piena forza di tenuta. Un manicotto che misura sottodimensionato è stato compresso eccessivamente, il che può rompere l'alluminio o schiacciare i trefoli interni della fune metallica, creando un punto di inizio cedimento. Il controllo della sagoma non è facoltativo per qualsiasi applicazione di sollevamento, attrezzatura o critica per la sicurezza; è l'unica verifica oggettiva che la pressatura sia stata eseguita correttamente.

Lo standard a doppia manica per applicazioni di sollevamento

Gli standard di settore per le imbracature a fune metallica e i gruppi di sollevamento, inclusi ASME B30.9 e EN 13411-3, richiedono che una giunzione ad occhiello fiammingo terminata con manicotti ovali in alluminio utilizzi un minimo di un manicotto per funi metalliche di diametro fino a 6 millimetri, due manicotti per diametri da 6 a 12 millimetri e tre manicotti per diametri superiori a 12 millimetri . Le maniche sono distanziate uniformemente lungo la coda, con la prima manica posizionata il più vicino possibile alla gola dell'occhio e le maniche successive a intervalli di circa una lunghezza di manica. Il requisito delle maniche multiple non è ridondante di per sé; risolve il fatto che un singolo manicotto concentra l'intero carico di trazione in un punto e, se tale manicotto è compromesso, da un difetto di fabbricazione, corrosione o da una pressatura non conforme alle specifiche, l'intera terminazione si guasta senza preavviso. I manicotti multipli distribuiscono il carico e forniscono un'indicazione progressiva di cedimento: se il primo manicotto inizia a scivolare, il carico si trasferisce al secondo manicotto e la sporgenza della coda dal primo manicotto cambierà visibilmente, allertando un ispettore dello sviluppo del cedimento durante un esame di routine.

Considerazioni sulla corrosione e compatibilità galvanica alluminio-acciaio

Un manicotto in alluminio a contatto con una fune d'acciaio crea una coppia galvanica in presenza di un elettrolita, come acqua piovana, nebbia salina o umidità atmosferica industriale. L'alluminio è anodico rispetto all'acciaio nella serie galvanica, ovvero il il manicotto in alluminio si corroderà preferibilmente per proteggere la fune d'acciaio . Nelle applicazioni interne asciutte, questo effetto galvanico è trascurabile e il manicotto durerà più a lungo della fune. Negli ambienti marini, nelle installazioni costiere esterne o negli impianti di trattamento chimico, il tasso di corrosione galvanica accelera notevolmente. La mitigazione per questi ambienti include la scelta di manicotti in alluminio anodizzato con un minimo di Strato anodizzato da 15 micron che isola elettricamente l'alluminio dall'acciaio , applicando un primer ricco di zinco al gruppo pressato prima di metterlo in servizio e riducendo l'intervallo di ispezione per rilevare l'assottigliamento delle pareti del manicotto prima che comprometta la resistenza della terminazione. I manicotti in acciaio inossidabile, disponibili nella qualità 304 o 316, eliminano completamente il problema della corrosione galvanica quando utilizzati con funi metalliche in acciaio inossidabile, al costo di richiedere forze di pressatura più elevate a causa della maggiore resistenza allo snervamento dell'acciaio inossidabile rispetto all'alluminio.

Modalità di guasto comuni e identificazione del campo

Le terminazioni dei manicotti in alluminio delle funi metalliche si guastano a causa di un numero limitato di meccanismi prevedibili, ciascuno con indicatori visibili. Il fallimento più comune è estrazione della fune, in cui la fune metallica scivola attraverso il manicotto compresso sotto carico, lasciando il manicotto in posizione su una coda ora staccata . Ciò indica una sottocompressione, un manicotto di dimensioni errate o una superficie della corda contaminata che ha impedito all'alluminio di afferrare i fili. La seconda modalità è la frattura del manicotto, in cui l'alluminio si rompe longitudinalmente lungo l'asse di compressione, solitamente a causa di una compressione eccessiva che supera il limite di duttilità dell'alluminio. Il terzo è la rottura per fatica della fune metallica nel punto di uscita del manicotto, causata da una brusca transizione tra la sezione rigida con manicotto e la fune libera flessibile, creando una concentrazione di sollecitazioni di flessione. Questa modalità di guasto viene mitigata utilizzando un ditale nell'occhio, che fornisce un raggio di curvatura controllato e riduce lo stress di flessione ciclico sull'interfaccia manicotto-fune. La quarta modalità è l'assottigliamento della parete del manicotto indotto dalla corrosione, in cui il manicotto di alluminio perde l'area della sezione trasversale fino a quando la parete rimanente non riesce più a contenere l'espansione radiale della fune sotto carico, portando alla rottura del manicotto. Ciascuna di queste modalità di guasto lascia prove diagnostiche che un'ispezione competente può identificare prima che si verifichi un guasto catastrofico.

Fune metallica in acciaio inossidabile e custodia speciale per manicotti in alluminio

Quando si utilizzano manicotti in alluminio su funi metalliche in acciaio inossidabile, la combinazione introduce considerazioni specifiche oltre a quelle per la fune zincata. La fune metallica in acciaio inossidabile ha un finitura superficiale più liscia e coefficiente di attrito inferiore rispetto alla fune zincata , il che significa che il manicotto in alluminio deve raggiungere un interblocco meccanico più profondo nella geometria del trefolo per compensare la componente di attrito ridotta della forza di tenuta. Ciò si ottiene specificando una dimensione di pressatura successiva leggermente più piccola per la fune inossidabile rispetto alla fune zincata dello stesso diametro, aumentando di fatto la percentuale di compressione per spingere l'alluminio più in profondità nelle valli dei trefoli. Inoltre, il potenziale galvanico tra alluminio e acciaio inossidabile è circa 0,5 volt in acqua di mare, rispetto a 0,3 volt tra alluminio e acciaio al carbonio , il che significa che il manicotto in alluminio su una corda inossidabile in un ambiente marino si corroderà molto più velocemente rispetto allo stesso manicotto su una corda zincata. Il manicotto anodizzato con strategia di primer allo zinco diventa obbligatorio, non opzionale, per le combinazioni acciaio-alluminio in servizio esterno o marino.

Materiali alternativi per i manicotti e opzioni rame e zinco

L'alluminio non è l'unico materiale disponibile per i manicotti per la terminazione delle funi metalliche e alcune applicazioni traggono vantaggio da materiali alternativi. I manicotti in rame, specificati come rame disossidato al fosforo C12200, sono lo standard per le funi metalliche utilizzate nelle miniere e nelle atmosfere esplosive perché il rame non produce scintille se colpito o abraso . I manicotti in rame richiedono circa il 15% in più di forza di compressione rispetto ai manicotti in alluminio della stessa dimensione a causa della maggiore resistenza allo snervamento del rame e producono una terminazione con una resistenza di tenuta paragonabile a quella dell'alluminio se pressati correttamente. I manicotti in zinco, prodotti in lega di zinco di elevata purezza, sono specificati per applicazioni sommergibili e subacquee in cui lo zinco svolge la doppia funzione sia di terminazione meccanica che di anodo sacrificale che protegge la fune metallica dalla corrosione. Il manicotto in zinco si consuma intenzionalmente nel tempo e il suo spessore di parete è specificato con una tolleranza alla corrosione che garantisce che la terminazione meccanica rimanga funzionale per tutta la vita prevista dell'installazione. I manicotti in acciaio inossidabile, come notato, sono la scelta per assemblaggi di funi inossidabili in ambienti corrosivi e per attrezzature alimentari, farmaceutiche e per camere bianche dove la polvere di ossido di alluminio derivante dalla corrosione dei manicotti è inaccettabile.

Il ruolo del ditale nella protezione sia della manica che della corda

Un ditale è un inserto scanalato in metallo o plastica posizionato all'interno dell'occhiello della terminazione di una fune metallica prima che il manicotto venga pressato. La sua funzione è quella di mantenere un raggio di curvatura controllato in corrispondenza della curva interna dell'occhio e impedire che la fune metallica venga schiacciata dalla superficie di appoggio di qualunque cosa sia attaccata all'occhio . Per le terminazioni con manicotto in alluminio, il redancia svolge un'ulteriore funzione critica: impedisce ai trefoli della fune in corrispondenza dell'occhiello di attorcigliarsi sotto carico, il che creerebbe una concentrazione di sollecitazione immediatamente adiacente al manicotto e porterebbe a una rottura prematura del filo per fatica. Il redancia standard per un dato diametro di corda fornisce a raggio minimo di curvatura da 2,5 a 3 volte il diametro della fune alla gola degli occhi. Senza un ditale, una configurazione chiamata occhio morbido, la fune si piega attorno a un raggio molto più stretto imposto dal perno o dal grillo di attacco, e i fili all'interno della curvatura vengono compressi oltre il loro limite elastico al primo ciclo di carico, danneggiando permanentemente la fune nel suo punto di massima sollecitazione. Un occhio morbido con terminazione con manicotto in alluminio è accettabile solo per applicazioni statiche non critiche in cui la fune non si avvicinerà mai al limite di carico di lavoro e dove la fatica non è un fattore di servizio.