Como inspecionar parafusos de alta resistência?

A inspeção de parafusos de alta resistência é um processo crítico de controle de qualidade para garantir que eles atendam aos padrões especificados (como ASTM A325, A490 nos EUA, ou ISO 898-1, IEC 7410-2 internacionalmente) e pode suportar com segurança as cargas para as quais foi projetada. A inspeção pode ser dividida em três etapas principais: Inspeção de Materiais e Dimensões, Teste de Propriedades Mecânicas e Verificação de Desempenho e Instalação.

1. Inspeção de Materiais e Dimensões

Esta é a primeira linha de inspeção, que verifica as características físicas e visuais do parafuso.

• Inspeção visual:
• Defeitos na superfície: Verifique se há rachaduras, juntas, dobras, rebarbas ou ferrugem que possam atuar como concentradores de tensão e levar à falha.
• Marcações na Cabeça: Verifique se a cabeça está marcada com a identificação correta da classificação (ex.: "A325" ou "A490" para parafusos estruturais) e a marca do fabricante. Esta é uma maneira rápida de rastrear a origem e a resistência especificada do parafuso.
• Roscas: Inspecione as roscas em busca de danos, como entalhes, engripamento (transferência de material devido ao atrito) ou desgaste. As roscas devem estar limpas, bem formadas e contínuas.
• Inspeção Dimensional:
• Diâmetro e Comprimento: Utilize um paquímetro ou micrômetro calibrado para verificar o diâmetro da haste, o diâmetro maior da rosca e o comprimento total e de aperto. Essas medidas devem estar dentro das tolerâncias especificadas pela norma.
• Passo e perfil da rosca: Use calibradores de passo de rosca para verificar o passo (distância entre as roscas). Para uma inspeção mais precisa, utilize um calibrador de rosca helicoidal (para porcas sextavadas) e um calibrador de anel (para parafusos) são usados ​​para garantir que a forma da rosca esteja correta.
• Dimensões da cabeça e da porca: Verifique a largura entre faces planas, a altura da cabeça e a área da superfície de apoio sob a cabeça.

2. Testes de propriedades mecânicas

Este é o ponto central da inspeção, que consiste em determinar a resistência e a ductilidade do parafuso. Os testes são normalmente realizados em amostras de um lote de produção em laboratório.

• Teste de dureza:
• Método: Utilizando um durômetro Rockwell (geralmente HRC) ou Brinell (HBW), um penetrador é pressionado contra uma superfície lisa do parafuso (geralmente a extremidade da haste ou uma seção cortada dela).
• Objetivo: A dureza fornece uma medida rápida e indireta da resistência à tração do parafuso. Se um parafuso for muito duro, pode ser quebradiço; se for muito macio, pode ceder sob carga. O valor medido deve estar dentro da faixa especificada para a sua classe.
• Ensaio de tração (Ensaio de tração direta):
• Método: O parafuso é montado em uma máquina de ensaio universal e esticado até se romper. A máquina registra a carga e o alongamento.
• Principais medidas:
• Carga de prova: A carga que o parafuso deve suportar sem sofrer deformação permanente. O parafuso é submetido a essa carga e, em seguida, verifica-se se houve alteração em seu comprimento.
• Resistência à tração: A carga máxima que o parafuso pode suportar antes de se romper.
• Limite de escoamento: A tensão na qual o parafuso começa a se deformar plasticamente (permanentemente). Para alguns parafusos de alta resistência, o "limite de escoamento" é determinado por uma quantidade definida de deformação permanente (por exemplo, método de deformação de 0,2%).
• Alongamento e redução da área: mede a ductilidade do material do parafuso. Um alongamento mínimo garante que o parafuso se estique e se desgaste antes de sofrer uma fratura frágil.
• Teste de cunha:
• Método: Um teste especial onde um parafuso é submetido a um ensaio de tração com uma cunha de aço endurecido colocada sob sua cabeça. A cunha possui um ângulo padrão (ex.: 10 graus).
• Objetivo: Este teste avalia a ductilidade da junção entre a cabeça e a haste do parafuso. Um parafuso de boa qualidade fraturará na parte roscada, e não sob a cabeça. Fraturas sob a cabeça indicam baixa qualidade ou tratamento térmico inadequado.
• Teste de impacto Charpy com entalhe em V:
• Método: Uma amostra entalhada é usinada a partir do parafusoUm martelo de pêndulo golpeia e quebra a amostra, e a energia absorvida (em Joules) é medida.
• Objetivo: Este teste determina a tenacidade do parafuso e sua resistência à fratura frágil, especialmente em baixas temperaturas de serviço. Isso é crucial para estruturas em climas frios.

3. Verificação de desempenho e instalação

Este artigo aborda o desempenho do parafuso em uma junta montada, especialmente em aplicações com pré-tensão.

• Teste de carga de prova em porcas:
A porca é montada em um mandril de teste endurecido e submetida a uma carga de prova. A porca deve suportar essa carga sem danificar a rosca.
• Teste de dureza em porcas e arruelas:
• As porcas e arruelas também devem atender aos requisitos de dureza para garantir que não sejam deformadas pela alta força de aperto.
• Teste da relação torque-tensão (teste de pré-carga):
• Método: O parafuso é montado em um dispositivo calibrado (uma "célula de carga") e apertado com uma chave dinamométrica. O torque aplicado e a pré-carga axial resultante (tensão) no parafuso são medidos simultaneamente.
• Objetivo: Verificar a consistência do parafuso e a precisão da relação torque-pré-carga. Isso é fundamental para garantir que a força de aperto correta seja alcançada durante a instalação em campo. O coeficiente de atrito (nas roscas e sob a superfície de apoio) é um fator crucial nesse processo.
• Indicadores de Tensão Direta (DTIs):
• Método: Para parafusos estruturais, utilizam-se arruelas especiais com saliências (frequentemente chamadas de "arruelas indicadoras de carga" ou "pontos de pressão"). À medida que o parafuso é apertado e esticado, os espaços entre a arruela e a cabeça do parafuso se fecham. O inspetor verifica se os espaços foram fechados até um nível especificado, confirmando que a pré-carga mínima foi atingida.

Resumo dos principais pontos de inspeção:

Categoria de Inspeção: Testes/Verificações Principais Objetivo
Inspeção visual de materiais e dimensões, incluindo medição dimensional e de rosca. Garantir a identificação correta, o tamanho e a ausência de defeitos superficiais.
Propriedades mecânicas: Dureza, Tração, Compressão e Impacto. Verificar resistência, ductilidade, tenacidade e qualidade geral do material.
Desempenho e Instalação: Teste de Carga de Segurança da Porca, Torque-Tensão e DTI. Confirme se o sistema parafuso-porca-arruela funciona em conjunto para atingir a força de aperto necessária.

Na prática, utiliza-se uma combinação desses métodos. Por exemplo, uma inspeção de recebimento pode envolver verificações visuais e dimensionais de 100%, enquanto testes mecânicos são realizados em uma amostra estatística de cada lote de produção. A documentação adequada e a rastreabilidade de todos os resultados dos testes são essenciais para a garantia da qualidade.