Per ottenere una connessione a flangia senza perdite, è necessaria un'adeguata installazione della guarnizione, ai bulloni deve essere assegnata la corretta tensione e la resistenza totale dei bulloni deve essere equamente divisa su tutta la superficie della flangia.

Con il serraggio a coppia (l'applicazione del precarico a un elemento di fissaggio mediante la rotazione del dado dell'elemento di fissaggio) è possibile ottenere la corretta tensione del bullone.

Il corretto serraggio di un bullone significa sfruttare al meglio le proprietà elastiche del bullone. Per funzionare bene, un bullone deve comportarsi proprio come una molla. Durante il funzionamento, il processo di serraggio esercita una tensione di precarico assiale sul bullone. Questo carico di tensione è ovviamente uguale e opposto alla forza di compressione applicata sui componenti assemblati. Può essere definito “carico di serraggio” o “carico di tensione”

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Chiave dinamometrica

Chiave dinamometrica è il nome generale di uno strumento di avvitamento guidato manualmente e utilizzato per impostare con precisione la forza di un fissaggio come un dado o un bullone. Consente all'operatore di misurare la forza di rotazione (coppia) applicata al bullone in modo che possa essere adattato alle specifiche.

Chiave manuale e idraulica

La scelta della tecnica di serraggio corretta dei bulloni della flangia richiede esperienza. L'applicazione efficace di qualsiasi tecnica richiede anche la qualificazione sia degli strumenti che verranno utilizzati sia dell'equipaggio che svolgerà il lavoro. Di seguito sono riepilogate le tecniche di serraggio dei bulloni della flangia più comunemente utilizzate.

• Chiave manuale
• Chiave a percussione
• Chiave a martello
• Chiave dinamometrica idraulica
• Chiave dinamometrica manuale a raggio e assistita da ingranaggi
• Tensionatore idraulico per bulloni

Perdita di coppia

La perdita di coppia è inerente a qualsiasi giunto bullonato. Gli effetti combinati del rilassamento dei bulloni (circa il 10% durante le prime 24 ore dopo l'installazione), dello scorrimento della guarnizione, delle vibrazioni nel sistema, dell'espansione termica e dell'interazione elastica durante il serraggio dei bulloni contribuiscono alla perdita di coppia. Quando la perdita di coppia raggiunge un livello estremo, la pressione interna supera la forza di compressione che mantiene la guarnizione in posizione e si verifica una perdita o uno scoppio.

Una chiave per ridurre questi effetti è la corretta installazione della guarnizione. Riunendo le flange lentamente e parallelamente durante l'installazione di una guarnizione ed eseguendo un minimo di quattro passaggi di serraggio dei bulloni, seguendo la corretta sequenza di serraggio dei bulloni, si ottiene un ritorno in termini di costi di manutenzione ridotti e maggiore sicurezza.

Anche lo spessore corretto della guarnizione è importante. Più spessa è la guarnizione, maggiore è lo scorrimento della guarnizione che a sua volta può provocare una perdita di coppia. Sulle flange a faccia rialzata ASME standard è normalmente consigliata una guarnizione di spessore 1,6 mm. I materiali delle guarnizioni più sottili possono sopportare un carico della guarnizione maggiore e quindi pressioni interne più elevate.

La lubrificazione riduce l'attrito

La lubrificazione riduce l'attrito durante il serraggio, diminuisce la rottura del bullone durante l'installazione e aumenta la durata del bullone. La variazione dei coefficienti di attrito influisce sulla quantità di precarico raggiunto ad una coppia specifica. Un attrito maggiore comporta una minore conversione della coppia in precarico. Il valore del coefficiente di attrito fornito dal produttore del lubrificante deve essere noto per stabilire con precisione il valore di coppia richiesto.

È necessario applicare composti lubrificanti o antigrippaggio sia sulla superficie di appoggio del dado che sulle filettature maschio.

Sequenza di serraggio

Nel primo passaggio, stringere leggermente il primo bullone, quindi spostarsi direttamente di 180 gradi per il secondo bullone, quindi spostarsi di 1/4 di giro attorno al cerchio o di 90 gradi per il terzo bullone e direttamente di traverso per il quarto. Continuare questa sequenza finché tutti i bulloni non saranno serrati.
Quando si stringe una flangia a quattro bulloni, utilizzare uno schema incrociato.

Sequenza di serraggio

Imbullonatura della flangia di preparazione

In una connessione flangiata, tutti i componenti devono essere corretti per ottenere una tenuta. La causa più comune di giunti con guarnizioni che perdono sono procedure di installazione improprie.

Prima di iniziare un processo di bullonatura, i seguenti passaggi preliminari eviteranno problemi futuri:

• Pulisci le facce della flangia e controlla la presenza di cicatrici; le facce devono essere pulite e prive di difetti (bave, buchi, ammaccature, ecc.).
• Ispezionare visivamente tutti i bulloni e i dadi per individuare eventuali filettature danneggiate o corrose. Sostituire o riparare bulloni o dadi secondo necessità.
• Rimuovere le sbavature da tutti i fili.
• Lubrificare le filettature del bullone o del prigioniero e la superficie della faccia del dado adiacente alla flangia o alla rondella. Nella maggior parte delle applicazioni si consigliano rondelle temprate.
• Installare la nuova guarnizione e assicurarsi che la guarnizione sia centrata correttamente. NON RIUTILIZZARE la vecchia guarnizione né utilizzare PIÙ guarnizioni.
• Controllare l'allineamento della flangia ASME B31.3 Tubazioni di processo:
  …le facce della flangia devono essere parallele entro 1/16″ per piede di diametro e i fori dei bulloni della flangia devono essere allineati con un offset massimo di 1/8″.
• Regolare la posizione dei dadi per garantire che 2-3 filetti siano visibili sopra la parte superiore del dado.

Indipendentemente dal metodo di serraggio utilizzato, è sempre necessario eseguire i controlli e le preparazioni sopra determinati.

Osservazioni dell'autore...

Le mie esperienze personali riguardo alle...chiavi dinamometriche

• In passato ho assemblato centinaia di collegamenti flangiati senza perdite, da NPS 1/2 a NPS 24 e superiori. Raramente ho utilizzato quindi una chiave dinamometrica.
  In pratica, i collegamenti “normali” delle flange dei tubi non vengono quasi mai assemblati con una chiave dinamometrica. Le connessioni più difficili per me sono sempre state quelle “piccole” e soprattutto il tipo Raised Face superiore alla Classe 300 (altezza RF = circa 6,4 mm).
  Relazionabile, le facce della flangia di una flangia NPS 1/2 sono più piccole di, ad esempio, una flangia NPS 6 e la possibilità di disallineamento, a mio avviso, è molto maggiore.
  In pratica incontro regolarmente connessioni flangiate, dove l'allineamento non rientra nel limite di tolleranza. Se si segue semplicemente l'ordine della procedura di serraggio, il meccanico non è molto occupato. Forse deve essere iniziato dal sesto appuntamento invece che dal primo. Usa gli occhi durante l'assemblaggio della flangia, è molto importante e contribuisce molto probabilmente a una connessione senza perdite

Collegamenti flangiati errati – i bulloni sono troppo corti!

Cosa puoi fare?

• L'immagine mostra una flangia imbullonata in modo errato, perché due bulloni sono troppo corti e i dadi non sono completamente sui bulloni. Ciò significa che l'articolazione potrebbe non essere forte come dovrebbe essere. Le flange sono progettate in modo che l'intera combinazione dado-bullone mantenga le forze sulla flangia. Se il dado è avvitato solo parzialmente sul bullone, la connessione potrebbe non essere sufficientemente forte.
• Se il tuo lavoro prevede l'assemblaggio di apparecchiature, l'assemblaggio di tubi flangiati, l'imbullonatura di coperchi di tombini o altri collegamenti bullonati su apparecchiature, o l'assemblaggio di altre apparecchiature, ricorda che il lavoro non è completo finché tutti i bulloni non sono correttamente installati e serrati.
• Alcune apparecchiature richiedono procedure speciali di serraggio dei bulloni. Ad esempio, potrebbe essere necessario utilizzare una chiave dinamometrica per serrare correttamente i bulloni secondo le specifiche oppure serrarli secondo un ordine speciale. Assicurarsi di seguire la procedura corretta, utilizzare gli strumenti corretti e di essere adeguatamente formati sulla procedura di assemblaggio dell'attrezzatura.
• Controllare che i tubi e le apparecchiature abbiano flange correttamente imbullonate come parte delle ispezioni di sicurezza dell'impianto. A titolo indicativo, i bulloni che non si estendono oltre i dadi devono essere esaminati da un artigiano o un ingegnere specializzato in tubazioni dell'impianto.
• Se noti flange imbullonate in modo errato nel tuo impianto, segnalalo in modo che possano essere riparate e assicurati che le riparazioni richieste siano completate.
• Ispezionare la nuova attrezzatura, o l'attrezzatura che è stata riassemblata dopo la manutenzione, per assicurarsi che sia correttamente assemblata e adeguatamente imbullonata prima dell'avvio.

Qual è la lunghezza corretta di un prigioniero?
Di norma è possibile utilizzare: La filettatura libera del bullone sopra la parte superiore del dado è pari a 1/3 del diametro del bullone.