Manșoane din aluminiu pentru cabluri de sârmă: Rezistență, dimensionare și moduri de defecțiune

Un manșon din aluminiu creează o legătură mecanică sudată la rece, nu doar un punct de strângere

A manșon de sârmă din aluminiu , cunoscut în mod corespunzător sub numele de manșon sau manșon, funcționează ca un fiting de terminare care fixează permanent capătul unui cablu de sârmă într-un ochi sau îmbinare. Când este comprimat cu instrumentul corect de presărare, materialul ductil din aluminiu se deformează plastic în jurul firelor individuale, curgând în văile dintre ele și creând un interblocare mecanică formată la rece care distribuie sarcina de tracțiune uniform pe fiecare șuviță din secțiunea transversală a cablului . Un manșon întins corect pe un cablu de sârmă galvanizat sau din oțel inoxidabil folosind un manșon oval din aluminiu atinge o rezistență de prindere de 85% până la 90% din rezistența minimă la rupere a cablului de sârmă atunci când lungimea manșonului, diametrul interior înainte de presărare și specificațiile de compresie după presărare sunt toate îndeplinite. Aliajul de aluminiu utilizat - de obicei 5052 sau 6061 în formă forjată sau A380 în formă turnată - este selectat pentru combinația sa de ductilitate în timpul compresiei, compatibilitatea la coroziune cu materialul cablului de sârmă și comportamentul de întărire la lucru care mărește rezistența manșonului post-smulare pentru a rezista la stresul cercului exercitat de încercarea de tragere a firului încărcat.

Manșon oval și manșon de oprire: două componente diferite pentru funcții diferite

Termenul manșon din aluminiu pentru cablu de sârmă cuprinde două tipuri de hardware distincte din punct de vedere funcțional, care sunt frecvent confundate. An manșonul oval, numit și manșon de ochi flamand, are un profil oval alungit cu două orificii interne paralele care acceptă ambele picioare ale unei bucle de cablu de sârmă . Este presărat pe lățimea sa, comprimând ambele găuri simultan și este principala terminație portantă pentru crearea unui ochi permanent la capătul unui cablu de sârmă. Un manșon de oprire, dimpotrivă, este un tub scurt cilindric de aluminiu cu o singură gaură de trecere, presărat direct pe un singur picior de frânghie pentru a crea o oprire mecanică - cum ar fi dispozitivul de reținere care împiedică un cablu de sârmă să treacă printr-un bloc de scripete sau opritorul care fixează coada unui cablu de sârmă după ce trece printr-un oval. Confundarea celor două și utilizarea unui manșon de oprire unde este necesar un manșon oval pentru terminarea cu sarcină va duce la o conexiune care eșuează la mai puțin de 40% din rezistența la rupere a frânghiei deoarece manșonul de oprire cuplează doar un picior și nu are distribuția echilibrată a sarcinii a designului oval cu două orificii.

Protocolul de dimensionare și consecința unei nepotriviri

Un manșon din aluminiu este dimensionat la un diametru specific de cablu de sârmă cu o fereastră de toleranță extrem de îngustă. Diametrul interior înainte de strângere al orificiului manșonului trebuie să fie Cu 0,2 până la 0,5 milimetri mai mare decât diametrul nominal al cablului pentru a permite frânghiei să treacă fără a se bloca, lăsând un spațiu gol minim pe care aluminiul trebuie să-l umple în timpul compresiei. Un manșon care este o mărime prea mare nu se va comprima suficient pe șuvițele de frânghie; aluminiul își va atinge limita de compresie înainte de a curge complet în interstițiile toroanelor, lăsând goluri interne care acționează ca puncte de concentrare a tensiunii și reduc rezistența de reținere cu până la 30%. Un manșon care este o mărime prea mic nu poate fi înfilat pe frânghie fără deteriorarea firelor, iar forțarea acestuia provoacă deplasarea și îndoirea firelor exterioare individuale, creând o secțiune transversală slăbită în punctul exact în care terminația aplică cea mai mare presiune. Tabelele de dimensionare a manșonului publicate de producători potrivesc fiecare diametru de frânghie cu un anumit număr de piesă a manșonului, iar dimensionarea este specifică construcției frânghiei - o frânghie cu miez de fibră 6x19 și o frânghie cu miez independent de sârmă de 7x19 cu același diametru nominal poate necesita specificații diferite ale manșonului, deoarece diametrele reale exterioare diferă din cauza diametrelor exterioare diferite.

Inspecția înainte de uscare și regula lungimii cozii

Înainte de comprimare, coada cablului de sârmă care iese din manșon trebuie să fie suficient de lungă pentru a permite verificarea vizuală a faptului că cablul nu a alunecat în timpul presărarii. Regula standard este a lungime minimă a cozii egală cu o lungime a mânecii pentru mânecile ovale și două diametre de frânghie pentru mânecile de oprire . După presărare, dacă coada s-a retras în manșon, frânghia a alunecat în timpul compresiei și terminarea trebuie tăiată și refăcută. Coada oferă, de asemenea, materialul pentru o măsură de siguranță secundară: în aplicațiile critice de ridicare, coada este adesea servită cu sârmă sau prevăzută cu un manșon de oprire suplimentar ca element de reținere de rezervă.

Cerințe pentru sculele de presărare și unealta de mână vs. Decizia hidraulică

Comprimarea unui manșon de aluminiu pentru cablu de sârmă necesită o unealtă de presărare care aplică compresie controlată, pe laturi paralele, la o dimensiune specificată după presmutare. Un tăietor de șuruburi dintr-un magazin de feronerie sau un ciocan și un pumn nu pot produce un șurub sigur. Instrumentul minim acceptabil pentru manșoane ovale pe cabluri de până la 5 milimetri în diametru este un unealtă manuală de presărare cu fălci din oțel întărit prelucrate la profilul corect de postcompresie . Aceste instrumente sunt modele cu pârghie compusă care multiplică forța mâinii în câteva tone de presiune de compresie pe fețele maxilarului. Pentru diametrele cablurilor de peste 5 milimetri, este necesară o presă hidraulică de presărare cu matrițe interschimbabile pentru a genera forța constantă de 8 până la 15 tone necesară pentru a comprima complet manșonul de aluminiu în structura cablului. Indicatorul critic al calității pentru orice unealtă de presărare este capacitatea sa de a produce o dimensiune repetabilă de după presărare - de obicei specificată ca măsurători de-a lungul manșonului comprimat în punctul său cel mai larg - și o unealtă ale cărei fălci sunt uzate, arcuite sau nepotrivite cu dimensiunea manșonului va produce un manșon subcomprimat, dar care apare vizual sub rata acceptabilă.

Ecartamentul Go/No-Go și Verificarea după prelevare

După comprimare, manșonul presărat trebuie verificat cu un manometru de go/no-go furnizat de producătorul manșonului sau specificat în fișa de date a producătorului. Ecartamentul verifică că lățimea comprimată a manșonului se încadrează în intervalul acceptabil - de obicei, plus 0,2 milimetri și minus 0,1 milimetri față de dimensiunea nominală după presmutare . Un manșon care măsoară supradimensionarea pe ecartament a fost subcomprimat și nu va dezvolta o rezistență deplină de prindere. Un manșon care măsoară subdimensiunea a fost supracomprimat, ceea ce poate crăpa aluminiul sau zdrobi firele interioare de sârmă, creând un punct de inițiere a defecțiunii. Verificarea gabaritului nu este opțională pentru nicio aplicație de ridicare, montaj sau critică pentru siguranță; este singura verificare obiectivă a faptului că stropirea a fost efectuată corect.

Standardul cu manșon dublu pentru aplicații de ridicare

Standardele industriale pentru slingurile de cabluri de sârmă și ansamblurile de ridicare, inclusiv ASME B30.9 și EN 13411-3, necesită utilizarea unei îmbinări cu ochi flamand terminate cu manșoane ovale din aluminiu. minim un manșon pentru diametrele cablurilor de până la 6 milimetri, două manșoane pentru diametre de la 6 la 12 milimetri și trei manșoane pentru diametrele de peste 12 milimetri . Mânecile sunt distanțate uniform de-a lungul cozii, cu prima mânecă poziționată cât mai aproape de gâtul ochiului, iar mânecile ulterioare la intervale de aproximativ o lungime a mânecii. Cerința cu mai multe mâneci nu este redundanța de dragul ei; se adresează faptului că un singur manșon concentrează întreaga sarcină de tracțiune la un moment dat și, dacă acel manșon este compromis — de un defect de fabricație, coroziune sau o ștergere nespecifică — întreaga terminație eșuează fără avertisment. Manșoanele multiple distribuie sarcina și oferă indicații de defecțiune progresivă: dacă primul manșon începe să alunece, sarcina se transferă pe al doilea manșon, iar proeminența coadă din primul manșon se va schimba vizibil, alertând un inspector asupra defecțiunii în curs de dezvoltare în timpul unei examinări de rutină.

Considerații privind coroziunea și compatibilitatea galvanică aluminiu-oțel

Un manșon de aluminiu în contact cu cablul de oțel creează un cuplu galvanic în prezența unui electrolit, cum ar fi apa de ploaie, spray-ul sărat sau umiditatea atmosferică industrială. Aluminiul este anodic față de oțel pe seria galvanică, adică manșonul de aluminiu se va coroda de preferință pentru a proteja cablul de sârmă de oțel . În aplicațiile uscate în interior, acest efect galvanic este neglijabil și manșonul va rezista mai mult decât frânghiei. În mediile marine, instalațiile de coastă în aer liber sau instalațiile de procesare chimică, viteza de coroziune galvanică accelerează dramatic. Atenuarea pentru aceste medii include selectarea manșoanelor din aluminiu anodizat cu un minim Strat anodizat de 15 microni care izolează electric aluminiul de oțel , aplicând un grund bogat în zinc pe ansamblul tamponat înainte de a-l pune în funcțiune și reducând intervalul de inspecție pentru a detecta subțierea peretelui manșonului înainte ca acesta să compromită rezistența terminației. Manșoanele din oțel inoxidabil — disponibile în gradul 304 sau 316 — elimină în întregime problema coroziunii galvanice atunci când sunt utilizate cu cablu de sârmă din oțel inoxidabil, cu prețul necesității de forțe mai mari de strângere datorită limitei de curgere a oțelului inoxidabil mai mare în comparație cu aluminiul.

Moduri obișnuite de eroare și identificarea câmpului

Terminațiile manșonului din aluminiu pentru cabluri de sârmă eșuează printr-un număr limitat de mecanisme previzibile, fiecare cu indicatori vizibili. Eșecul cel mai frecvent este tragerea cablului, unde cablul de sârmă alunecă prin manșonul comprimat sub sarcină, lăsând manșonul în poziție pe o coadă acum detașată . Aceasta indică o subcompresie, un manșon dimensionat greșit sau o suprafață contaminată a cablului care a împiedicat aluminiul să prindă firele. Al doilea mod este ruptura manșonului, în care aluminiul crapă longitudinal de-a lungul axei de compresie, de obicei din supracompresie care a depășit limita de ductilitate a aluminiului. Al treilea este defectarea prin oboseală a cablului de sârmă la punctul de ieșire al manșonului, cauzată de o tranziție bruscă între secțiunea cu manșon rigid și cablul liber flexibil, creând o concentrare a tensiunii de încovoiere. Acest mod de defecțiune este atenuat prin utilizarea unui degetar în ochi, care oferă o rază de îndoire controlată și reduce solicitarea ciclică de îndoire la interfața manșon-frânghie. Al patrulea mod este subțierea pereților manșonului indusă de coroziune, în care manșonul de aluminiu pierde suprafața secțiunii transversale până când peretele rămas nu mai poate conține expansiunea radială a cablului sub sarcină, ceea ce duce la despicarea manșonului. Fiecare dintre aceste moduri de defecțiune lasă dovezi de diagnostic pe care o inspecție competentă le poate identifica înainte să apară o defecțiune catastrofală.

Sârmă din oțel inoxidabil și carcasă specială pentru manșoane din aluminiu

Atunci când manșoanele din aluminiu sunt utilizate pe cablul de sârmă din oțel inoxidabil, combinația introduce considerații specifice în afara celor pentru cablul galvanizat. Sârmă din oțel inoxidabil are a finisaj mai neted al suprafeței și coeficient de frecare mai mic decât frânghia galvanizată , ceea ce înseamnă că manșonul din aluminiu trebuie să obțină o interblocare mecanică mai profundă în geometria toronului pentru a compensa componenta redusă de frecare a forței de reținere. Acest lucru se realizează prin specificarea unei dimensiuni puțin mai mici după strângere pentru frânghia inoxidabilă decât frânghiile galvanizate de același diametru, crescând efectiv procentul de compresie pentru a conduce aluminiul mai adânc în văile toroanelor. În plus, potențialul galvanic dintre aluminiu și oțel inoxidabil este aproximativ 0,5 volți în apa de mare, comparativ cu 0,3 volți între aluminiu și oțel carbon , ceea ce înseamnă că manșonul de aluminiu pe frânghia inoxidabilă într-un mediu marin se va coroda cu mult mai repede decât același manșon pe frânghia galvanizată. Manșonul anodizat cu strat de grund de zinc devine obligatoriu, nu opțional, pentru combinațiile inoxidabil-aluminiu în service exterior sau naval.

Materiale alternative ale manșonului și opțiunile de cupru și zinc

Aluminiul nu este singurul material de manșon disponibil pentru terminarea cablului de sârmă, iar anumite aplicații beneficiază de materiale alternative. Manșoanele de cupru, specificate ca cupru dezoxidat cu fosfor C12200, sunt standardul pentru cablurile de sârmă utilizate în minerit și atmosfere explozive, deoarece cuprul nu produce scântei atunci când este lovit sau abrazat. . Manșoanele din cupru necesită aproximativ 15% mai multă forță de compresie decât manșoanele din aluminiu de aceeași dimensiune datorită limitei de curgere a cuprului și produc o terminație cu rezistență de prindere comparabilă cu cea a aluminiului atunci când sunt presărate corect. Manșoanele din zinc, produse din aliaj de zinc de înaltă puritate, sunt specificate pentru aplicații submersibile și subacvatice în care zincul servește atât ca terminație mecanică, cât și ca anod de sacrificiu care protejează cablul de sârmă de coroziune. Manșonul din zinc este consumat în mod intenționat în timp, iar grosimea peretelui său este specificată cu o toleranță de coroziune care asigură că terminația mecanică rămâne funcțională pe toată durata de viață a instalației. Manșoanele din oțel inoxidabil, așa cum s-a menționat, sunt alegerea pentru ansamblurile de frânghii inoxidabile în medii corozive și pentru echipamentele alimentare, farmaceutice și camerele curate, unde praful de oxid de aluminiu de la coroziunea manșonului este inacceptabil.

Rolul degetarului în protejarea atât a mânecii, cât și a frânghiei

Un degetar este o inserție de metal sau plastic canelată plasată în interiorul ochiului unei terminații de cablu de sârmă înainte ca manșonul să fie șters. Funcția sa este de a menține o rază de îndoire controlată la curba interioară a ochiului și pentru a preveni zdrobirea plată a cablului de sârmă de suprafața portantă a oricărui element de care este atașat ochiul . Pentru terminațiile manșonului din aluminiu, degetarul îndeplinește o funcție critică suplimentară: previne îndoirea șuvițelor de la gâtul ochiului sub sarcină, ceea ce ar crea o concentrație de stres imediat adiacent manșonului și ar duce la defectarea prematură a sârmei la oboseală. Degetarul standard pentru un diametru dat de frânghie oferă a raza de curbură minimă de 2,5 până la 3 ori diametrul cablului la gâtul ochiului. Fără un degetar - o configurație numită ochi moale - frânghia se îndoaie în jurul unei raze mult mai strânse impuse de știftul sau cătușa de atașare, iar firele din interiorul curbei sunt comprimate dincolo de limita lor elastică la primul ciclu de încărcare, dăunând permanent frânghiei în punctul cel mai solicitat. Un ochi moale cu terminarea manșonului din aluminiu este acceptabil numai pentru aplicații statice necritice în care cablul nu se va apropia niciodată de limita de sarcină de lucru și unde oboseala nu este o considerație de service.