Un serraggio eseguito a regola d’arte lascia una traccia rassicurante: la chiave dinamometrica scatta esattamente alla coppia di capitolato, l’operatore registra il valore corretto e il verbale di collaudo non riporta anomalie. Eppure quella stessa giunzione può avere un precarico effettivo molto lontano da quello previsto, senza che nulla nel processo di controllo sia stato eseguito male. La chiave dice il numero giusto, ma il numero giusto non garantisce il risultato giusto: fra la coppia applicata e la forza assiale che tiene insieme la giunzione si interpone l’attrito, ed è lí che si perde gran parte dell’energia di serraggio.
Il fenomeno non è un difetto dello strumento né un errore di lettura: è la fisica del serraggio a coppia. Quando una vite viene avvitata, la coppia applicata si ripartisce fra tre destinazioni: una parte vince l’attrito sotto la testa della vite (o sotto il dado), una parte vince l’attrito nel contatto fra i filetti, e solo la quota residua si trasforma in forza assiale, cioè nel precarico che tiene chiusa la giunzione. In condizioni tipiche l’attrito assorbe la maggioranza della coppia applicata: la frazione che diventa precarico è minoritaria, e soprattutto è sensibile a fattori che variano da vite a vite.
Il coefficiente di attrito complessivo dipende da lubrificazione, tipo di rivestimento superficiale, stato del filetto, numero di riutilizzi della vite e persino dalla velocità di avvitatura. Poiché nessuno di questi fattori compare nella lettura della chiave, il precarico effettivo disperde ampiamente attorno al valore nominale anche quando la coppia è perfettamente corretta. Il resto di questo articolo descrive perché questo passa inosservato, perché accade, come si riconosce, come si evita e che cosa andrebbe scritto nel verbale.
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Un errore che non lascia traccia nel verbale di serraggio
Ciò che rende questo caso diverso da un errore evidente è proprio la sua invisibilità documentale. La chiave dinamometrica scatta o segnala il raggiungimento della coppia impostata; lo strumento è tarato secondo la sua procedura; l’operatore trascrive un valore che rientra perfettamente nella tolleranza di capitolato. Ogni controllo formale previsto dal processo risulta superato. Il problema non sta in una lettura sbagliata, ma in un’assunzione implicita: che la coppia sia una misura affidabile del precarico, quando in realtà è solo un indicatore indiretto, la cui relazione con il precarico dipende da un coefficiente di attrito che nessuno ha misurato né dichiarato. Il rapporto di collaudo, coerente al suo interno, può quindi certificare come conforme una giunzione con precarico insufficiente o eccessivo.
Perché l’attrito assorbe cosí tanta coppia nel serraggio dei bulloni
La ripartizione fra attrito sotto testa, attrito nel filetto e precarico non è una costante di progetto: varia con lo stato reale delle superfici a contatto. Un lubrificante applicato in modo non uniforme, un rivestimento anticorrosivo diverso da lotto a lotto, tracce di sporco o ossidazione sul filetto, una rondella riutilizzata più volte: ciascuno di questi fattori sposta il coefficiente di attrito complessivo, e con esso la quota di coppia che effettivamente si converte in forza assiale. Anche la velocità con cui la vite viene portata a coppia influisce sul comportamento delle superfici in contatto, perché l’attrito non si comporta allo stesso modo in condizioni statiche e dinamiche. La conseguenza pratica è che la stessa coppia nominale, applicata secondo le stesse istruzioni, può produrre precarichi diversi su viti apparentemente identiche, semplicemente perché il lotto, il lubrificante o la storia di riutilizzo non erano gli stessi.
Come si riconosce un serraggio falsato dall’attrito
Il sintomo più frequente non compare al momento del serraggio, ma dopo: bulloni serrati esattamente alla stessa coppia di capitolato che si allentano in tempi diversi, che mostrano un rilassamento marcatamente disomogeneo, o che in prova di trazione cedono a valori di carico molto distanti fra loro pur appartenendo allo stesso lotto e alla stessa istruzione di lavoro. Un altro segnale è la dispersione anomala quando si esegue un controllo a campione con misura diretta del precarico (per esempio per via ultrasonica o tramite l’allungamento del gambo): se i valori si distribuiscono in un intervallo ampio attorno al nominale, pur essendo tutte le coppie applicate rientrate in tolleranza, la causa più probabile è proprio la variabilità dell’attrito e non un errore di misura della coppia. Un confronto sistematico fra strumento e strumento, per contro, non è l’oggetto di questa nota.
Come si evita: dichiarare, controllare, o misurare diversamente
Non esiste un rimedio che elimini l’attrito, ma esistono modi per non lasciarlo indefinito. Il primo è riferire sempre la coppia a una condizione di attrito dichiarata: stesso lubrificante, stesso stato del filetto, numero massimo di riutilizzi definito, verificati con prove di correlazione coppia-precarico eseguite secondo la UNI EN ISO 16047 sul lotto reale e non su un campione generico. Il secondo è il controllo di processo sul lubrificante e sul lotto di viti, con verifica periodica che il coefficiente resti dentro l’intervallo su cui è stata tarata la coppia di serraggio. Il terzo è cambiare metodo quando la dispersione ammissibile non è compatibile con l’incertezza del metodo a coppia: la coppia più angolo riduce la sensibilità all’attrito perché lavora oltre il limite elastico, mentre la misura diretta dell’allungamento del gambo si svincola del tutto dall’attrito, al prezzo di un accesso e di un’attrezzatura diversi. Le chiavi dinamometriche impiegate vanno inoltre mantenute in taratura secondo la UNI EN ISO 6789, e per i sistemi ad alta resistenza restano di riferimento la UNI EN 14399-1 e la VDI 2230 per il calcolo del giunto e i coefficienti di attrito tipici da cui partire.
Che cosa scrivere nel rapporto perché la coppia sia un dato completo
Un valore di coppia senza la condizione di attrito a cui si riferisce non è una prescrizione completa, ed è questo che il rapporto di serraggio dovrebbe rendere esplicito. Non basta registrare il numero raggiunto: va indicato il lubrificante o il trattamento superficiale su cui la coppia è stata tarata, il riferimento alla prova di correlazione coppia-precarico eseguita secondo la ASTM F606 o secondo la ISO 16047, ed eventuali limiti sul numero di riutilizzi della vite. Solo cosí un secondo lettore, magari mesi dopo, può capire se una coppia identica applicata su un lotto diverso è ancora garanzia dello stesso precarico o se la premessa è cambiata. Per un quadro degli strumenti disponibili per la misura della coppia e per il controllo diretto della tensione nel gambo della vite, si può consultare la pagina dedicata agli Strumenti per tensione e allungamento bulloni.
Prodotti utilizzati in questa applicazione
Se l’attrito assorbe una quota imprevedibile della coppia, l’unica via d’uscita è misurare direttamente l’allungamento del bullone. I due monitor di tensione bulloni Dakota NDT a catalogo.
Portatile
Dakota NDT BT1-DL
Misura l’allungamento reale del gambo, che l’attrito non falsa: risoluzione fino a 0,0001 mm su un campo da 25,4 a 25.400 mm, con compensazione della temperatura e 4 GB di memoria.
Da banco
Dakota NDT BT2-DL
Per qualificare a banco la relazione fra coppia e precarico prima di portarla in campo: schermo a colori da 5,7 pollici, tre gate indipendenti, pulser fino a 400 V con tone burst.
→ Tutti i modelli, con i dati tecnici del costruttore, nella pagina di catalogo Strumenti per tensione e allungamento bulloni.
Maggiori informazioni e contatti
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