Come scegliere gli elementi di fissaggio migliori per le diverse condizioni ambientali?

Foto di Johnny Mckane.

Se il fissaggio si trova in un ambiente in cui esiste il rischio di corrosione, è quindi opportuno scegliere degli elementi costituiti in materiale resistente a questo fenomeno.

Il catalogo Fischer di RS online dispone delle soluzioni migliori per fissaggi duraturi e affidabili.

Oltre la corrosione esistono altri fattori ambientali che influenzano la capacità di tenuta di un sistema di fissaggio.

Anche il livello di vibrazione, infatti, e le temperature a cui è soggetto il supporto influiscono sulla scelta degli elementi di fissaggio, i quali dovranno essere in grado di mantenere le giunzioni in presenza di forti sollecitazioni e di sopportare temperature estreme.

Altri fattori ambientali determinanti per il funzionamento degli ancoraggi sono:

1. contaminanti
2. umidità e precipitazioni
3. vento
4. temperatura

Gli ambienti rurali sono generalmente i meno corrosivi ed i principali fattori dannosi sono costituiti dal contenuto di ossigeno e umidità.

Gli ambienti urbani, sebbene simili a quelli rurali, possono presentare biossido di zolfo e protossido di azoto, prodotti dalle emissioni dei veicoli e dei carburanti domestici.

Gli ambienti industriali possono contenere anidride solforosa, cloruri, nitrati e fosfati provenienti dagli impianti di lavorazione, nonché casi speciali di idrogeno solforato, acido cloridrico e cloro, i quali sono altamente corrosivi per la maggior parte dei metalli.

L'umidità è un fattore importante nel determinare il potenziale di corrosione dei metalli. Questo perché l'umidità fornisce l'elettrolita necessario per il verificarsi di processi corrosivi. In assenza di altri elettroliti, il livello di umidità relativa necessario affinché si verifichi la corrosione è del 60%. Nel catalogo RS online sono disponibili prodotti per respingere l'umidità di alta qualità, a marchio Fischer.

La corrosività degli ambienti atmosferici può essere potenziata dal vento, poiché influisce sulla distanza e sulla direzione in cui i contaminanti possono essere dispersi. Anche la vicinanza alle acque costiere e ai siti industriali può influire sui tassi generali di corrosione.

All'aumentare della temperatura ambientale, aumenta il potenziale di corrosione. Inoltre, al variare della temperatura il tipo di corrosione può cambiare da una forma all'altra. Alle alte temperature, ad esempio, il gas diventa un elettrolita e agisce come tale sugli elementi di fissaggio, per quanto riguarda il fenomeno di corrosione.

La maggior parte dei problemi di fissaggio correlati alla corrosione osservati sono causati da forme di corrosione ben note e facilmente identificabili, come la corrosione uniforme e galvanica, la vaiolatura, sfregamento e stress, erosione e altre forme.

In ambienti specifici, ad esempio dove sono presenti sostanze chimiche specifiche nell'atmosfera, si verificano forme di corrosione minori e più specializzate.

Tutti questi fattori influenzano le prestazioni dei dispositivi di fissaggio.

La corrosione uniforme (denominata anche corrosione "generale") tende a svilupparsi uniformemente su una superficie esposta, determinando l'assottigliamento dei materiali, fino a quando non si verifica il cedimento. La corrosione uniforme dipende da due fattori: la composizione del materiale e le caratteristiche dell'ambiente. Si verifica a causa di un processo elettrochimico che avviene sulla superficie del materiale ed avviene in modo prevedibile. Normalmente è il risultato del posizionamento di materiali inappropriati in ambienti corrosivi.

Per evitare e/o ridurre al minimo la corrosione uniforme, il materiale deve essere attentamente valutato per garantire che non sia suscettibile (o sia minimamente suscettibile) al potenziale corrosivo nell'ambiente.

La corrosione galvanica è un processo che si verifica quando due metalli con diversi potenziali elettrici sono fisicamente collegati o collegati elettricamente attraverso un elettrolita conduttivo come l'acqua piovana o l'acqua freatica. La corrosione galvanica va presa in considerazione quando si selezionano materiali di fissaggio da utilizzare in una data applicazione. Gli elementi di fissaggio, infatti, sono a rischio di rapida corrosione se soggetti a corrosione galvanica poiché hanno una superficie molto più piccola rispetto ai materiali che fissano.

Per ridurre al minimo il rischio di corrosione galvanica, il processo di selezione del materiale deve garantire:

• la corretta corrispondenza del materiale del dispositivo di fissaggio con il metallo da fissare
• l'uso di metalli che non provochino il processo di corrosione galvanica.

La vaiolatura è un processo corrosivo estremamente localizzato, tipicamente causato da una rottura di un rivestimento protettivo o di una pellicola di ossido a causa di danni meccanici o degradazione chimica.

La corretta selezione di materiali e rivestimenti, basata su una specifica consapevolezza delle condizioni atmosferiche e ambientali, è la strategia più efficace per la prevenzione e/o la mitigazione di questo fenomeno. Nel catalogo RS online è disponibile la linea di fissaggio DuoPower di Fischer, resistente alla corrosione.

La fatica o corrosione da sfregamento può verificarsi quando c'è un movimento relativo (spesso il risultato di vibrazioni) tra due metalli che sono in contatto e sotto carico. Tali condizioni possono causare l'usura fisica della superficie di uno o più metalli, rilasciando particelle che accelerano ulteriormente la velocità di sfregamento nel tempo.

L'uso di rivestimenti, lubrificanti e adesivi, insieme a un maggiore carico di serraggio, può contribuire a ridurre l'affaticamento da sfregamento. Inoltre, varie combinazioni di materiali possono aumentare la resistenza alla corrosione da sfregamento.

La tensocorrosione si verifica quando un metallo è sottoposto contemporaneamente sia alla corrosione che alla trazione statica.

Si possono usare diversi metodi per ridurre al minimo il potenziale di tensocorrosione tra cui scegliere un materiale resistente agli specifici fattori ambientali o chimici che portano alla corrosione ed utilizzare trattamenti superficiali e rivestimenti per aumentare la resistenza della superficie.

La corrosione per erosione si verifica come risultato dell'interazione di una soluzione elettrolitica in movimento rispetto a una superficie metallica. Il movimento fluido provoca usura e abrasione. Questo tipo di erosione si trova comunemente in tubazioni, valvole, sistemi di raffreddamento, caldaie, eliche e giranti e altri componenti.

In generale, l'uso di metalli più duri può migliorare la resistenza alla corrosione da erosione. L'uniformità della superficie, la densità e la velocità del fluido e l'angolo di impatto sono altri fattori importanti da considerare.

La corrosione è un problema costoso che può essere evitato e/o mitigato con successo attraverso un'adeguata valutazione e selezione dei materiali.

Nella maggior parte delle applicazioni, la corretta selezione del materiale è la chiave per evitare i problemi associati alla corrosione, sia nei dispositivi di fissaggio che nelle strutture a cui sono destinati.

Con un'adeguata analisi dell'ambiente e dell'applicazione, quindi, è possibile selezionare materiali che aiutano a ridurre al minimo i potenziali problemi.

Alcuni metalli e leghe sono generalmente più resistenti agli effetti della corrosione mentre altri sono più adatti a sopportare sfide ambientali specifiche e definite.

Nel catalogo RS online è disponibile un'ampia gamma di sistemi di fissaggio Fischer in materiali di alta qualità, da utilizzare per soddisfare le esigenze di qualsiasi applicazione.

Attraverso la corretta selezione e applicazione di materiali e rivestimenti, ingegneri, project manager e personale addetto agli acquisti possono identificare soluzioni di fissaggio che resistono agli effetti della corrosione, soddisfacendo al contempo altri requisiti applicativi specificati.

In questo modo, è possibile realizzare sistemi di fissaggio che garantiscano le prestazioni attese per tutta la durata prevista.

La fusione non è l'unico rischio per gli elementi di fissaggio in metallo, poiché ciò si verifica solo a temperature superiori a 538° C. Nel caso dei metalli, uno degli effetti più comuni è l'ossidazione, cioè la reazione chimica che accelera la corrosione e l'arrugginimento provocati dal calore estremo.

Gli elementi di fissaggio industriali fabbricati utilizzando leghe comuni non sono considerati adatti per l'applicazione in ambienti estremi. Questo poiché quando la temperatura aumenta, tali elementi iniziano ad espandersi e, di conseguenza, il foro in cui sono stati inseriti diviene soggetto ad una pressione aggiuntiva. Quando la temperatura torna alla normalità, si verifica nuovamente una contrazione che fa perdere la presa all'elemento di fissaggio all'interno del foro.

Elementi di fissaggio adatti per le alte temperature possono essere:

• in lega di Nichel
• in materiale refrattario
• in ceramica

Il termine lega nel mondo degli elementi di fissaggio industriali si riferisce a qualsiasi materiale o sostanza che sia una combinazione mirata di almeno due o più metalli. L'acciaio inossidabile è un esempio di una lega composta da materiali come nichel, ferro, cromo e una vasta gamma di altri elementi. Leghe diverse o combinazioni di metalli diversi hanno qualità differenti, che si tratti di resistenza alla corrosione o punto di fusione.

Le leghe con una percentuale maggiore di nichel sono materiali ideali per gli elementi di fissaggio ad alta temperatura e da utilizzare in ambienti estremi.

Offrono infatti un'eccezionale resistenza al processo di ossidazione responsabile dello sviluppo della ruggine e di altre forme di corrosione che interessano in generale tutti i materiali contenenti ferro.

In ambienti ad alta temperatura, la corrosione non è l'unico problema che si presenta. Maggiore è la temperatura, maggiori sono le possibilità che diminuisca la resistenza del metallo.

Questa condizione porta a un indebolimento prematuro del sistema di fissaggio dovuto allo sforzo dell'uso continuato. Gli elementi di fissaggio realizzati in leghe di nichel sono in grado di resistere alle alte temperature molto meglio delle loro controparti realizzate in semplice acciaio inossidabile.

Gli elementi di fissaggio in metallo refrattario sono considerati la scelta ideale quando si tratta di fissare qualsiasi componente a temperature superiori a 2.000 gradi Fahrenheit. È noto che i metalli refrattari hanno punti di fusione di migliaia di gradi più alti rispetto a metalli come l'acciaio.

Ne sono un esempio:

• Molibdeno
• Niobio
• Renio
• Tantalio
• Tungsteno

Tutti questi metalli hanno proprietà formidabili ma anche un costo elevato e trovano impiego in applicazioni molto specifiche.

Gli elementi di fissaggio in ceramica realizzati utilizzando allumina o zirconia possono resistere al seguente intervallo di temperature:

• Gli elementi di fissaggio in allumina possono resistere a temperature fino a 3000 gradi Fahrenheit
• Gli elementi di fissaggio in zirconio possono essere stabili anche a temperature fino a 4350 gradi Fahrenheit.

Oltre a resistere a temperature elevate, gli elementi di fissaggio in ceramica sono noti anche per offrire una resistenza fenomenale a diversi tipi di deformazioni, degradazioni chimiche, corrosione e ruggine.

Il giusto tipo di elementi di fissaggio per alte temperature deve essere selezionato in base a quanto segue:

• Proprietà meccaniche
• Possibilità di trattamenti post-fabbricazione
• Efficienza in termini di costi
• La gamma di temperature
• Per quanto tempo il dispositivo di fissaggio sarà esposto ad ambienti estremi
• Se gli elementi di fissaggio saranno posizionati per affrontare le forze corrosive
• Se il dispositivo di fissaggio dovrà affrontare forze fisiche come vibrazioni o urti.

La temperatura dell'ambiente in cui viene utilizzato un dispositivo di fissaggio può influire in modo significativo sulle sue prestazioni. Sebbene ciò non sia limitato agli estremi e includa cambiamenti nelle temperature ambientali, è molto probabile che le impostazioni di calore elevato e freddo gelido causino problemi a viti, rivetti, dadi e bulloni o ancoraggi.

Occorre quindi scegliere elementi di fissaggio che si adattino bene ad applicazioni con temperature variabili.

Va da sé che gli elementi di fissaggio in plastica rischiano di sciogliersi se esposti a temperature elevate. Ma i metalli non lo faranno a meno che non raggiungano temperature eccezionalmente elevate. Tuttavia il metallo è soggetto a questi problemi con l'esposizione prolungata al calore:

• una lenta deformazione dovuta a sollecitazioni meccaniche costanti che si verificano comunemente a temperature estreme
• fenomeni termomeccanici in cui la deformazione elastica viene lentamente convertita in deformazione plastica, anche a livelli di sollecitazione molto al di sotto della resistenza allo snervamento
• corrosione come risultato dell'ossidazione dovuta al calore
• espansione termica che può aprire il foro di fissaggio, lasciandolo allentato quando il dispositivo di fissaggio si raffredda nuovamente

In condizioni sotto zero, i materiali metallici possono mostrare questi effetti negativi:

• Perdita di duttilità. In altre parole, minore capacità di subire deformazioni plastiche prima della frattura. I metalli diventano fragili a temperature molto basse.
• Diminuzione della resistenza all'impatto.
• Maggiore sensibilità al carico d'urto.

L'importanza degli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile nei progetti fai-da-te, nell'edilizia o nella costruzione non può essere messa in discussione.

Questi elementi sono convenienti, resistenti alla corrosione e durevoli. Forniscono alle strutture la forza necessaria.

Tuttavia, molto spesso, gli strati in cui sono ancorati questi elementi di fissaggio non sono durevoli come dovrebbero essere, portando a costruzioni più deboli.

Si consiglia di utilizzare sempre i dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile in basi solide e resistenti per una maggiore durata.

Inoltre, anche il grado dell'acciaio inossidabile è fondamentale. Ad esempio sono migliori i gradi 304 (contenente acido nitrico) e 316 (contenente molibdeno ) per la resistenza alla corrosione e alla ruggine. Anche se sono più costosi di altri, possono portare a risparmi sui costi a lungo termine.

Nel catalogo RS online è disponibile ampia gamma di viti in acciaio inossidabile a marchio Fischer, resistenti per ogni applicazione.

È essenziale pulire regolarmente elementi di fissaggio, dadi e bulloni in acciaio inossidabile per garantire che la polvere non si depositi sulla superficie. Strati di particelle di polvere sugli elementi di fissaggio possono danneggiare lo strato protettivo contro l'umidità dell'acciaio, rendendolo più suscettibile al decadimento e alla corrosione.

Il fenomeno del grippaggio, cioè il grattamento, il graffio e l'attrito tra le superfici dell'elemento di fissaggio, può portare a una maggiore usura. Una lubrificazione regolare può evitarlo, aumentando la longevità dei dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile.

Per preservare gli elementi di fissaggio per un periodo di tempo più lungo, la lucidatura elettrochimica potrebbe essere la strada da percorrere. Questo processo pulisce a fondo lo strato superficiale da polvere e contaminanti e ne preserva le proprietà. La lucidatura elettrochimica è eccellente per una varietà di utensili e strumenti in acciaio inossidabile.

Gli elementi di fissaggio sono essenziali in qualsiasi struttura e la loro manutenzione è della massima importanza. Le filettature e gli altri componenti devono essere monitorati regolarmente per evitare l'usura. Va ricordato che trascurare l'usura può portare a danni irreparabili a lungo andare.

Per ulteriori informazioni sui dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile, consultare il catalogo RS online.