le tecniche dì unione mediante viti, rivetti, chiodi

TECNICHE DI FISSA GGIO
le tecniche dì unione mediante
viti, rivetti, chiodi, adesivi, con
elementi di acciaio inossidabile
Lezione tenuta al corso di aggiornamento tecnico:
«Gli acciai inossidabili» FAST, Milano novembre 1980
Ing. Fausto Capelli - Centro Inox
Capita spesso, sia in sede di progettazione, sia in sede di montaggio, di trascurare alcuni
particolari ai quali, in una prima analisi, si attribuisce scarsa importanza, ma che possono,
col tempo, causare guai tanto indesiderati quanto imprevisti su collegamenti fissi e non,
quando, a priori, non si considerano in modo corretto e completo le caratteristiche, i limiti
o le «esigenze» specifiche di un determinato materiale.
Ci si riferisce, in questo caso, all'utilizzazione degli acciai inossidabili che hanno visto
allargare in maniera notevole, soprattutto ultimamente, il proprio campo applicativo e si è
cercato di sottolineare alcuni tra i più significativi accorgimenti di cui è importante tener
conto nelle tecniche di unione a mezzo di viti, rivetti, chiodi, ecc; considerando infine, la
giunzione mediante incollaggio di elementi di acciaio inossidabile.
Tecniche di unione
mediante viti
La vite, come del resto anche altri
elementi di serraggio (rivetti, ribattini, chiodi, ecc), è nella generalità
del casi, di limitate dimensioni superficiali rispetto a quelle degli elementi da collegare; è pertanto necessario porre particolare attenzione sul modo con cui si esegue il collegamento, in maniera da evitare
pericoli di corrosione galvanica che
potrebbero verificarsi in presenza di
un elettrolita che, in determinate
circostanze, può essere rappresentato anche da aria umida. A tale scopo è bene distinguere tre diversi casi
che si possono verificare nei collegamenti a vite:
— il primo caso si ha quando la
giunzione viene realizzata tra degli
elementi di acciaio inossidabile; in
Estremità anodica
Magnesio
Zinco
Alluminio
Acciaio al carbonio
Acciaio legato
Ghisa
Acciai inossidabili martensitici (attivi)
Acciai inossidabili ferritici (attivi)
Acciai inossidabili austenitici (attivi)
Ottone
Bronzo
Rame
Cupronichel
Nichel
Inconel
Acciai inossidabili martensitici (passivi)
Acciai inossidabili ferritici (passivi)
Acciai inossidabili austenitici (passivi)
Titanio
Argento
Oro
Platino
Estremità catodica
Kijj. 1 - Serie galvanica di alcuni materiali
metallici.
tale circostanza è necessario che il
bullone (vite + dado) sia anch'esso
di acciaio inossidabile; in caso contrario, se il bullone fosse costituito
di un materiale meno nobile si corroderebbe galvanicamente in quanto costituirebbe un anodo di piccola
superfìcie collegato direttamente
con un catodo di grande superficie
(per esempio bullone di alluminio o
di acciaio al carbonio che unisce
due lamiere di acciaio inox).
In figura 1 è riportata, a scopo
orientativo, la scala galvanica dei
materiali metallici, nella quale sono
elencati, a partire da quelli più nobili (estremità catodica), i principali
metalli. Per gli acciai inossidabili
(sia austenitici, sia ferritici, sia martensitici), occorre considerare, evidentemente, lo stato passivo, cioè la
condizione di naturale passivazione
superficiale ed è a questo stato che
60 - Lamiera - 4/81
Estratto dalla Rivista "LAMIERA"
- n. 4 -
Aprile 1981
TECNICHE DI FISSA GGIO
Ki((. 2 - hsempio di unione Ira una lamiera di acciaio al carbonio ed una di acciaio inoswdabile.
occorre fare riferimento nella scala
galvanica riportata in figura 1.
La corrosione galvanica, comunque, non dipende esclusivamente
dalla differenza di nobiltà dei due
materiali metallici e dalla differenza
delle superfici messe a contatto, ma
dipende anche da altri parametri,
quali, in particolare, il tipo di elettrolita, la temperatura, ecc.
— il secondo caso si verìfica quando gli elementi da col legare sono in
parte di acciaio inossidabile ed in
parte di altri metalli; in questa cir-
costanza è necessario isolare i due
metalli diversi, in modo da evitare
la continuità metallica. Occorre che
la vite ed il dado siano dello stesso
tipo di materiale del componente
più nobile:
per esempio nel collegamento tra
due lamiere una di acciaio inossidabile e una di acciaio al carbonio, è
necessario isolare i due elementi e
poi collegarli con un bullone di acciaio inox (figura 2).
— la terza eventualità è costituita
da un'unione tra elementi metallici
meno nobili dell'acciaio inossidabile, con viti inox; in questo caso, essendo la vite un catodo di piccole
dimensioni rispetto agli elementi da
unire (anodi), di solito di dimensioni maggiori, non è necessario provvedere a particolari accorgimenti ed
il pericolo di corrosione galvanica,
nella generalità dei casi, è scongiurato; a meno che si operi in condizioni ambientali particolarmente
pericolose (elettroliti aggressivi e
temperature elevate), nel qual caso
Tab. I - Doti di compatibilita tra viti o d elementi di base dei giunto immersi in acqua marina | C Di Caprio, o c . ( I ) , pag. 3 8 4 | .
Vili e bulloni
Alluminio
()
Acciaio
al carbonio
Alluminio
Bronzo
al silicio
Leghe
nichel-croni"
no
Acciaio
inossidabile
AISI 3IU
Lega
nichel-rame
4(1(1
Acciai»'
inossidabile
AISI iln
si
SI
si
si
SI
si
sì
Acciaio e ghisa
no
Ghisa austenitica al nichel
no
no
sì
sì
Rame
no
no
sì
sì
no
no
no
SI
SI
SI
SI
SI
Nichel
no
no
no
sì
sìO
sì C)
sì
sì n
Acciaio inossidabile
AISI 304
no
no
no
no
variai). (') sì (')
sì
sì ( ' )
Lega nichel-rame 400
no
no
no
no
variati. (•') variai). ( ) sì
Acciaio inossidabile
AISI 316
no
no
no
no
variab ( )
Cupro-nichel
i»/JO e w
io
variai). (')
variab. (') variab. ( ) sì (')
(') Materiale non anodizzato, il trattamento modifica il comportamento di viti e bulloni.
(•) Le viti sono galvanicamente compatibili e risultano protette, ma si può giungere ad un ingrandimento del
foro nella piastra in alluminio.
(3) Può subire corrosione interstiziale sotto la testa della vite o sotto il dado.
Nota: Le ingiunzioni si intendono dirette, senza inserzione di guarnizioni isolanti tra vite ed elemento,
sì = viti e bulloni risultano protetti
no = viti e bulloni subiscono corrosione preferenziale.
4/81 - Lamiera - 61
TECNICHE DI FISSA GGIO
Ki|>. 3 - I s c i u p i o c r r u l o l u i e c o r r e l i l i II)) ( l i ^ ì i u i / i o n c M I u n u l u h u / i o M c ( l i a c c i a i o i n o s s i d a b i l e .
è opportuno ricorrere ad isolamenti, quali verniciatura degli elenienti
da congiungere, guarni/ioni, ecc.
Nella tabella I sono stali raggnippati a scopo indicativo, i dati di compatibilita tra metalli messi a contatto con acciai inossidabili a formare
coppie galvaniche se immersi in acqua di mare.
Nella giunzione mediante viti, come
d'altra parte per ogni altro tipo di
giunzione meccanica (rivettatura,
aggraffatura, ecc), oltre al pericolo
di corrosione galvanica, può esistere, in talune circostanze, anche il
pericolo di corrosione interstiziale
(«crevice corrosion»).
Nel caso, ad esempio, in cui sulle
superfici metalliche messe a contatto si presentino degli interstizi, oppure ci sia la possibilità di depositi
di corpi estranei, non necessariamente metallici che impediscono il
combaciare perfetto delle lamiere e
creano un meato, si può verificare
l'innesco di eventuali fenomeni di
corrosione per crevice. Nella figura
3 è rappresentato l'esempio scorretto (a) e corretto (b), di una giunzione su tubazione, effettuata con elementi di acciaio inossidabile.
Nel caso (a) si nota chiaramente la
zona di ristagno del fluido che favorisce l'innesco di fenomeni di corrosione interstiziale.
Casi tipici che possono creare le
«premesse» per tale tipo di fenomeno corrosivo sono anche quelli dovuti allo scorretto montaggio di
62 - Lamiera - 4/81
guarni/.ioni, all'interposizione di
rondelle piane su superfici curve,
ecc. Anche nell'eventualità di incompleti' serraggio della vite rispetto agli elementi da unire, è possibile
la formazione di un meato che può
essere sede di fenomeni di corrosione interstiziale.
Nella fotografia della figura 4 si nota appunto come la corrosione interstiziale sia proceduta sia sul dado
che sulla vite, per un incompleto
serraggio.
In questo caso, infatti, si trattava di
una tubazione fissata con una staffa
ancorata ad una piastra da bulloni,
il tutto immerso in acqua (figura 5).
Per ragioni di montaggio, risultava
molto difficoltosa l'operazione di
serraggio dei dati e, in certi accoppiamenti, rimaneva lasco il collegamento vite-dado, nonostante fosse
stata interposta una rosetta elastica.
In tal modo si è determinato un interstizio tra la faccia inferiore del
dado e quella della rosetta, che ha
provocato sul dato, di acciaio inossidabile AISI 303, il fenomeno di
«crevice corrosion» causato dalla
presenza di ioni doro nell'acqua.
Dalla figura 5 si notano anche dei
depositi fangosi che hanno favorito
l'innesco della corrosione sulla parte della vite sporgente dal dado.
Tali depositi, infatti, hanno causato
una corrosione interstiziale cosiddetta «sotto schermo». In questa
circostanza si capisce subito che
non si può responsabilizzare il tipo
Via,. 4 - Caso di «eretice corrosion» su \ile e
dadi di acciaio inossidabile AISI 303.
di materiale (AISI 303), ma il tutto
va imputato ad una scorretta esecuzione in fase di giunzione.
Per evitare tali inconvenienti, soprattutto in presenza di sostanze o
ambienti particolarmente aggressivi, è necessario scegliere un opportuno serraggio ed eventualmente interporre guarnizione (o, se necessario sigillanti particolari).
Veniamo ora a considerare i tipi di
viti impiegabili, in relazione ai diversi acciai inossidabili.
Innanzitutto è da premettere che le
viti di acciaio inossidabile vengono,
per la maggior parte, ottenute da filo per deformazione plastica a freddo. Tale tipo di tecnologia, infatti,
si presta particolarmente bene a
questi materiali. La testa della vite,
viene «ricalcata» con presse meccaniche e con rulli filettati o con pettini si realizza poi la «improntatura»
del filetto.
TECNICHE DI FISSA GGIO
~ Deposito fangoso
/
Interstizio da
serraggio
incompleto
Ki)>. 5 - Ksrmpio (li incompklo serraggio (li >ili. ihc i-ausa rimcrsti/iu.
Gli acciai inossidabili maggiormente utilizzati per questo tipo di tecnologia sono gli AISI 302, 304, 305,
310, 316 per i tipi austenitici; A1SI
430 per i tipi fermici, A1S1 410 e
431 per i tipi martensitici.
Tra gli austenitici molto utilizzato è
l'AISI 305 per il basso valore di incrudimento che esso presenta in seguito a deformazione plastica a
freddo.
Una seconda tecnologia pure adottata per la realizzazione di viti di acciaio inossidabile, è la tornitura. 1
tipi maggiormente impiegati, in
questo caso sono gli A1SI 303, 303
Se, 316F per gli austenitici, l'AISI
430 F, 430 FSe per i ferritici, AISI
416, 416 Se, 420 F per i martensitici;
cioè acciai contenenti opportune
quantità di zolfo e selenio destinate
ad aumentare la lavorabilità alle
macchine utensili.
Per ciò che concerne le lavorazioni
a freddo (ricalcatura, iinprontatura
eccj è necessario ricordare che, soprattutto per gli acciai austenitici, si
possono ottenere dei valori di incrudimento molto elevati; in particolare, per determinati tipi di ricalcatura, ad esempio per teste di viti con
cave esagonali o cruciformi (ottenute per coniatura o fresatura), è opportuno ricorrere a trattamenti termici di ricottura intermedi, per eliminare o per lo meno per attenuare
le conseguenze negative che un alto
valore di incrudimento può provocare.
l- da sottolineare che un elevato incrudimento, per gli acciai inossidabili au.sieniiici. oltre ad innalzare alcune caratteristiche meccaniche,
quali specificatamente, carico di
rottura, snervamento e dure/za superficiale, altera in maniera rilevante anche alcune caratteristiche lisiche tra le quali la permeabilità magnetica. Può \criticarsi il caso,
quindi, che viti di acciaio austenitico con elevati gradi di incrudimenti)
acquistino caratteristiche ferromagnetiche.
Nel caso della ricalcatura a freddo,
è possibile effettuare preventivamente un riscaldamento della parte
che deve essere ricalcata a una temperatura che non superi i 400 ' C ,
per evitare fenomeni di precipitazione di carburi di cromo.
1 valori di durezza approssimativamente raggiungibili all'interno della
zona ricalcata nella testa della vite,
per esempio su AISI 305, sono
dell'ordine di 410 - 440 HV; sempre sullo stesso tipo di acciaio per
lavorazioni di improntatura del filetto si possono raggiungere 280 HV
sul fondo del filetto e 380 HV sulla
cresta.
Per la scelta dei materiali costituenti
le viti, è necessario, naturalmente,
conoscere l'impiego al quale esse
sono destinate: per determinati tipi,
ad esempio, per viti autofilettanti
sono richieste elevate durezze superficiali ed è quindi necessario ricorrere ad acciai inossidabili martensitici
(con questi si possono raggiungere
durezze di circa 38 + 45 HRC).
Nel caso in cui si richiedano maggiori garanzie dal punto di vista della resistenza alla corrosione generalizzata o localizzata, è necessario ricorrere ad-acciai-rnox-ferritici-o-au--—
slenitici al Cromo Nichel (tipo 304)
o al Cromo Nichel Molibdeno (tipo
316) a seconda del grado di aggressività dell'ambiente.
Nel caso di sollecitazioni termiche e
meccaniche elevale è opportuno
adottare leghe del tipo AISI 309 o
310.
Gli acciai inossidabili per bulloneria
sono identificabili con alcune sigle
atte ad inviduarc il gruppo e la qualità dei diversi materiali.
Per schematizzare tale tipo di identifica/ione ci si riferisce alia norma
UNI 7323, parte 8' dell'ottobre
1980, che si intitola: «Bulloneria
con caratteristiche particolari —
Prescrizioni tecniche — Bulloneria
di acciaio inossidabile resistente alla
corrosione ••.
I ale nonna è applicabile soli) alla
bulloneria di categoria .A (viti, prigionieri, tiranti e dadi) per diametri
da 1,6 a 24 nim per gli acciai ferritici.
Nel campo di applicabilità, in tale
norma si definiscono, inoltre, altre
caratteristiche, quali il tipo di filettatura metrica, la larghezza in chiave dei dadi, la larghezza della filettatura in presa, eco
Per le prescrizioni tecniche della
bulloneria, valgono comunque le
UNI 3740 e UNI 7323 nelle loro
parti, salvo le considerazioni generali della UNI 3740 parte l11 e UNI
7323 parte 1 \
La norma 7323 parte 8 a definisce
inoltre il sistema di designazione
con una lettera e tre cifre, che rappresentano il tipo di acciaio impiegato e le caratteristiche meccaniche
della bulloneria.
La lettera indica la composizione
generale dei diversi gruppi di acciai
inossidabili, nel seguente modo (figura 6):
A: acciai austenitici al Cromo Nichel e al Cromo Nichel Molibdeno
F: acciai ferritici al Cromo
C: acciai martensitici al Cromo.
La cifra dopo la lettera indica il tipo
di lega previsto per ogni gruppo A,
F o C, come si vede dalla figura,
4/81 - Lamiera - 63
TECNICHE DI FISSAGGIO _
(•ruppi)
Dcnoniiiui/ionc
Simbolo
A
Ausli-nilico
Kcrrilko
Ma rii1 ti si li i(i
li;;.
Acciai inossidabili (designazione)
UNI 6900
Simbolo
AISI
Qualità
303
304L; 304; 305
321; 347
3161.; 316
(3I6TÌ; 316Nb)
Al
A2
A3
A4
A5
1
2
3
4
5
XIO Cr.NiS 1809
X2 CrNi 1811; X5 CrNi 18)0; X8 CrNil812
X6 CrNili 1811; X6 CrNiNb 1811
X2 CrNiMo 1712; X5 CrNiMo 1712
X6 CrNiMoTi 1712; X6 Cr.NiMoNb 1712
1
2
X8Cr 17
XIO CrS 17
430
430 F
FI
F2
1
3
4
X12CM3
XlòCrNi 16
X 12 CrS 13
410
431
416; 416 Se
CI
C3
C4
0 - I d i ' i i l i f i c a / i o n t ' ili acciai inossidabili per bulloneria U N I 7.123 - parli' 8 : l ) .
Atislenilii'o
( illippo
A1
A2
A3
A4 A5
/
Ferri lieo
Marleiìsitico
FI F2
CI
CJ C4
45 50
50
70 80
e
1
=
em prato
rinvenuti
^
=
temprali
rinvenuti
'Z
s
addolcili
70 80
incruditi
50
orteinenlt
incruditi
Cinese di
resisi en/;i
addolcili
N
91
C
rraltiinieiiio
termico*
* l\-r lipi, scopi o defiiii/ioni dei iruiiumcnii icrinici. vedere UNI 3354.
Kit». 7 - C l a s s e d i r e s i s t e n z a d i b u l l o n e r i a d i a c c i a i o i n o s s i d a b i l e ( I N I 7 3 2 3 - p a r t e 8 a ) .
mentre le ultime due cifre rappresentano un decimo del carico di rottura nominale della bulloneria,
espresso in N/mrrr e quindi individuano la classe di resistenza, come
si può notare dalla figura 7.
Quindi, ad esempio, A4 — 80, sta
a rappresentare le caratteristiche
di bulloneria di acciaio austenitico X2GrNiMo 17 12 oppure
X5GrNiMol7 12 fortemente incrudito, con carico di rottura minimo
di 800 N/mm ; .
Tale normativa prescrive infine le
64 - Lamiera - 4/81
caratteristiche meccaniche per ogni
classe di resistenza e le modalità di
prova.
Tecniche di unioni mediante
rivetti e chiodi
Come considerazioni genera/i, relative alla compatibilita tra i materiali
da unire e gli organi di unione, possono ritenersi valide quelle precedentemente esposte per le viti, in
quanto essendo il rivetto o il chio-
do, in generale, un elemento di piccole dimensioni superficiali rispetto
agli organi da congiungere, possono
crearsi., in determinate situazioni
ambientali, fenomeni di corrosione
galvanica conseguenti alla differente nobiltà dei materiali posti a contatto.
Possiamo, a titolo d'esempio, considerare che per una costruzione totalmente realizzata con acciaio inossidabile, per esempio una gronda o
una scossalina è assolutamente necessario utilizzare, per le giunzioni
TECNICHE DI FISSA GGIO _
con rivetti (qualora si segua tale tecnica realizzativa), elementi di acciaio inox. Se i rivetti invece fossero, per esempio di alluminio, questi, costituendo un piccolo anodo rispetto al grosso catodo di materiale
più nobile (l'inossidabile), si corroderebbero galvanicamente in breve
tempo.
Esistono diversi tipi di rivetti che si
differenziano sostanzialmente per
la forma della testa, a seconda dei
diversi tipi di applicazioni ai quali
sono destinati; normalmente vengono utilizzati acciai inossidabili della
serie 300, di solito AISl 304, AIS1
305oAISI316.
di materiale, la forma della testa, le
dimensioni del rivetto vero e proprio, in particolare diametro e lunghezza.
1 rivetti destinati ad usi aeronautici
o aerospaziali sono pure contemplati nelle NAS: National Aérospacè
Standard.
Per quanto concerne la chiodatura
intesa su strutture inetàlliche, per la
giunzione di membrature, essa veniva adottata un tempo, quando si attribuiva agli inossidabili una scarsissimà attitudine alla saldatura.
Oggi, i collegamenti chiodati di acciaio inossidabile, tranne in qualche
caso di strutture aeronautiche, non
ciaio inossidabile sia destinati al legno che per usi particolari, si parte
da filo trafilato normalmente di austenitico AlSI 304o AISI 316 a seconda delle diverse utilizzazioni con
diversi gradi di incrudimento.
Tecniche di unione mediante
adesivi
La tecnica dell'incollaggio si presta,
in molti casi, particolarmente bene
per l'assemblaggio di elementi di acciaio inossidabile, infatti, a mezzo
di adesivi strutturali, è possibile
raggiungere ottimi risultati dal punto di vista della resistenza meccanica nella giunzione; naturalmente
quando vengono scelti, in maniera
opportuna, tutti i parametri relativi
(tipo di adesivo, preparazione superficiale, ecc), in funzione delle
condizioni di esercizio (stato di sollecitazione, carichi termici, ecc).
Con tale tecnica, prendendo sempre
come esempio, l'unione tra due lamiere, c'è da sottolineare.che con
;
3
gli adesivi strutturali è possibile, in
primo luogo, unire l'acciaio inossidabile con elementi di materiale meN\\\\\\/
\\\\V\\
no nobile, scongiurando il pericolo
di un «potenziale» innesco di corrosione galvanica che inevitabilmente
sorgerebbe nel caso in cui le due laKit;. 8 - Esempio di unione di due lamiere mediante rivetti a strappo.
miere fossero poste in contatto fra
loro come già visto in precedenza
// gambo, nei rivetti a strappo di ac- sono più utilizzati. Vengono invece questo grazie all'interposizione dei
ciaio inossidabile, può essere o dello usati con sempre maggior interesse i film di adesivo che interrompe la
stesso tipo di acciaio inox oppure di chiodi di acciaio inossidabile, desti- continuità metallica.
acciaio al carbonio; è bene comun- nati all'unione di materiali non me- Inoltre, si evita di deteriorare la sutallici, per esempio chiodi inox per perficie di acciaio inox; tali alteraque utilizzare rivetti aventi anche il
gambo di acciaio inossidabile, in legno impiegati in settori quali quel- zioni superficiali sarebbero inevitaquanto, pur essendo, in parte, un lo dell'edilizia (negli infissi, per bili nel caso in cui si procedesse a
elemento a perdere (figura 8), si po- esempio, per evitare antiestetici co- saldature della giunzione oppure a
trebbe provocare, una volta avve- laticci di ruggine), dell'arredamen- rivettature o chiodature.
nuta la rottura del chiodo, un feno- to, in distillerie (botti di legno pre- Nella generalità dei casi, si evitano
meno di contaminazione ferrosa lo- giato, per esempio rovere, adibite anche fenomeni di «crevice corrocalizzata sul corpo del rivetto in ac- alla conservazione o all'invecchia- sion» che, come si è visto, possono
ciaio inox, con conseguenti possibili mento di liquori); esistono comun- essere particolarmente insidiosi ed
que anche altri tipi di chiodi di ac- imprevedibili: l'adesivo, infatti, iminneschi di fenomeni corrosivi.
Normalmente la rivettatura con ri- ciaio inossidabile per impieghi par- pedisce che sostanze aggressive ragvetti di acciaio inossidabile è utiliz- ticolari, quali quelli, ad esempio, giungano interstizi (tra metallo e
zata in settori quali l'aeronautico utilizzati in edilizia per fissare fra metallo, tra metallo e guarnizione,
(zona motori degli aerei); trasporti loro le tegole di ardesia; questi tipi ecc.) fungendo, in questo caso, da
(tank - containers); edilizia (lattone- si differenziano leggermente dai tipi vero e proprio sigillante.
ria); navale (imbarcazioni da dipor- tradizionali in quanto presentano Infine, caratteristica importante per
una testa molto larga, piatta e bom- gli acciai inossidabili, non si modifito, radar, mancorrenti ecc).
Anche per i rivetti esistono sistemi bata ed un gambo di diametro rile- ca alla struttura metallografica,
contrariamente a quanto avviene
di designazione non unificati: lette- vante.
re e numeri che identificano il tipo Per la fabbricazione di chiodi di ac- per esempio, per l'apporto termico
A
/
\
Y////V,
'
/
/
/
/
/
/
,
/
•
/
4/81 - Lamiera - 85
TECNICHE DI FISSA GGIO
e
e
e
Staio
Solventi
Meccanismo
di
incollaggio
Termoindur.
Tipo
di
adesivo
Termoplast.
Tab. Il - Alcuni tipi di adesivi strutturati per acciai inossidabili.
Tem peratura
<Ji
°C
esercizio
min.
max
Anaerobici
1
liquido
polimerizzazione
— 60
200
(250 punte)
Epossidici
poliammidici
1
solido, polvere
nastro
fusione +
+ reaz. chimica
— 60
150
pastoso, liquido
reaz. chimica ad
alia temperatura
— 50
90
— 60
70
2
reaz. chimica
Epossidici
poliammidici
Epossi fenolicidi
Epossi polisoll'urici
2
liquido, pastoso
reaz. chimica
1
nastro
fusione +
+ reaz. chimica
2
liquido, pastoso
reaz. chimica
2
liquido pastoso
reaz. chimica
nastro
fusione +
+ reaz. chimica
I
liquido
Fenol-nitrilici
2
liquido + polvere
Jovuto alla saldatura; esistono
quindi problemi di precipitazione di
carburi di cromo (con tutti i lati negativi dal punto di vista corrosionistico) conseguenza caratteristica
delle zone adiacenti al cordone di
saldatura per gli acciai inossidabili
non a basso contenuto di carbonio e
per i non stabilizzati.
D'altra parte, tuttavia la tecnica
dell'incollaggio presenta inconvenienti caraneristici, quali ad esempio l'impossibilità di effettuare
giunzioni sottoposte a carichi termici troppo elevati (di solito, con determinati tipi di aderivi, si può raggiungere al massimo il valore di 80
^ 120 °C). Inoltre è necessario prevedere sia adeguate preparazioni superficiali sia tempi di presa, che variano da tipo a tipo di adesivo, ed
infine è necessario costituire giunzioni di disegno adeguato al tipo di
sollecitazione previsto in esercizio.
Per ciò che concerne la preparazione superficiale, si devono creare le
condizioni ottimali affinchè l'adesivo «bagni» convenientemente le superfici di acciaio inossidabile; è ne66 - Lamiera - 4/81
chetonici
evaporazione +
+ reaz. chimica
1•
1
•y
Ut;. ') - Copertura della «Banca Popolare di No>ara» a Milano.
— 60
150
(300 punte)
-50
150
— 40
70
— 55
150
TECNICHE DI FISSA GGIO
I- in. IO - l lili/va/ione di lamiere di acciaio inossidabile AISI 316 incollale, nella costruzione di
una piscina.
cessario pertanto «attivare» le superfici stesse, sfogliandole dello
strato passivo che, nelle normali
condizioni di impiego, riveste e protegge gli acciai inox. Tale strato come ormai noto, è costituito da una
pellicola di ossigeno adsorbito a livello molecolare che è in stato di
equilibrio dinamico.
L'attivazione può essere effettuata
in due modi tecnicamente diversi: il
primo, in meccanico, a mezzo sabbiatura con abrasivo necessariamente inerte (per non creare contaminazione sull'elemento di acciaio
inossidabile), quale, ad esempio al-
lumina, corindone, ecc, avente una
granulometria compresa tra !50 -^
250 meshes; oppure con tele o altri
mezzi abrasivi, per lo più utilizzati
su lamiere di modesto spessore.
11 secondo modo prevede invece
un'attivazione chimica con particolari tipi di soluzioni; si è comunque
verificato che tale attivazione non
porta a risultati costanti e, in alcuni
casi, si può pregiudicare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile (soprattutto per soluzioni a
base di acido cloridrico). L'attivazione, inoltre, deve interessare solamente la zona di unione, pertanto,
in certe situazioni con il procedimento chimico è necessario schermare le zone circostanti per non
comprometterle nel caso si adottino
soluzioni particolarmente aggressive.
A volte, si può-far precedere e seguire al trattamento di attivazione
sia esso meccanico o chimico, uno
sgrassaggio con lavaggi, nella zona
da incollare, mediante solventi appropriati o con loro vapori e successiva asciugatura in aria. È necessario, comunque che non trascorra
troppo tempo tra l'attivazione
dell'acciaio inox e l'applicazione
dell'adesivo, altrimenti la superficie
si ripassiva automaticamente in presenza dell'ossigeno contenuto
nell'aria con conseguenze negative
ai fini della presa dell'adesivo sugli
aderendi.
Qui di seguito è riportata la composizione di una soluzione consigliabile per l'attivazione chimica di pezzi
di acciaio inossidabile, nel caso di
giunti destinati- a resistenze molto
elevate e con temperature di esercizio relativamente alte:
— acido ossalico: 14 kg.
— acido solforico concentrato
(1,82 g/cm 1 ): 12,2 kg.
— acqua: 70 litri.
Gli elementi da attivare vanno immersi per circa IO minuti in una vasca ad una temperatura di 85 -H 90
°C; si spazzola poi lo strato nero
che si forma in superficie con spazzole dure (di materiale inerte o di
acciaio inossidabile per evitare contaminazioni superficiali) ed infine si
provvede ad una abbondante sciacquatura con acqua fredda.
Anche in questo caso è necessario
applicare l'adesivo subito dopo per
evitare che l'acciaio inox si ripassivi.
Per le sollecitazioni meccaniche,
valgono le considerazioni di carattere generale relative alla teoria
dell'incollaggio; vale a dire è necessario, in primo luogo, che una giunzione venga sollecitata essenzialmente a trazione o a taglio, evitando carichi o sollecitazioni concentrate che agiscano nel senso di favorire spaccature o spellature. In base
a tali considerazioni è opportuno
scegliere, anche per gli acciai inossidabili, il disegno ottimale del giunto.
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Lamiera - 67
TECNICHE DI FISSA GGIO
Veniamo ora a prendere in considerazione i tipi di adesivi strutturali
maggiormente utilizzati per gli acciai inossidabili. Tali adesivi, per lo
più a base di resine sintetiche si possono raggruppare nel seguente modo (v. tab. 11).
Come si può notare, essi possono
essere mono o bicomponenti e presentarsi sotto diversi stati di aggregazione: liquido, solido, pastoso,
ecc.
Tali adesivi inoltre possono essere
costituiti da una resina termoplastica o termoindurente; se è termoplastica perde consistenza con la temperatura, se è termoindurente si indurisce con la temperatura.
Periamo se in servizio occorrerà
una resistenza ai carichi termici si
adotteranno resine termoindurenti,
mentre in assenza di temperature
elevate si utilizzeranno le tcnnoplastiche.
In ogni caso anche le termoindurenti hanno limiti di temperatura, al di
sopra dei quali rammolliscono e
bruciano.
Nella tabella II è riportato anche il
meccanismo di incollaggio e la presenza eventuale di solventi che permettono di ottenere gli adesivi sotto
forma di liquidi e quindi più facilmente applicabili.
C'è da sottolineare che mentre per
gli epossidici, epossifenolici. epossipoltsolturici, fenol-nitrilici, il processo di formazione del legame
(cioè il meccanismo di incollaggio)
avviene o per reazione chimica dovuta all'aggiunta di un indurente o
per l'evaporazione della fase disperdente (solvente), per gli adesivi
anaerobici si ottiene l'incollaggio
per polimerizzazione in assenza di
aria, cioè le molecole di un liquido
(monomero) si combinano tra loro
formando un solido (polimero).
Nel caso degli adesivi anaerobici è
da precisare anche che la superficie
dell'acciaio inossidabile va particolarmente pulita ed attivata, altrimenti la polimerizzazione risulta
molto rallentata. 11 processo di polimerizzazione può comunque essere
accelerato con l'apporto di calore o
con l'aggiunta di agenti ecceleranti.
Gli adesivi possono essere applicati
con diversi metodi, a seconda delle
dimensioni e della forma delle parti
da congiungere: a pennello, a spruz-
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Ki)>. 11 - Parte i n f e r i o r e della piscina ( \ . Kit;. ' " ) : particolare della struttura portante di t r a v i .
zo, ad estrusione (applicazione continua di sottili cordoni di adesivo), a
rullo o a spatola.
Nelle fotografie delle figure seguenti sono rappresentati alcuni esempi
di impiego di adesivi strutturali con
lamiere di acciaio inossidabile.
In fig. 9 è illustrata la copertura della «Banca Popolare di Novara» a
Milano, realizzata con lamiere di
acciaio inossidabile ferritico AIS1
430 di spessore 0,6 mm. Le giunzioni delle converse alle falde sono incollate.
In fig. 10 è rappresentata un'altra
applicazione per la costruzione di
piscine realizzate a Genova: lamiere
di acciaio inossidabile austenitico
AISI 316, di 1,2 mm di spessore sono state incollate su pannelli di lamiera di acciaio al carbonio, questi,
a loro volta, risultano ancorati meccanicamente (con bulloni) ad una
struttura portante costituita di travi
d'acciaio. Nella fig. 11 si nota un
particolare della struttura portante
di travi.
In fig. 12 si nota un'altra copertura,
realizzata con pannelli inox incollati alla struttura sottostante, del padiglione delle Comunità Europee
all'EXPO di Montreal nel 1966.
TECNICHE DI FISSA GGIO
n. 4 e 5, 1977.
(3) M. Godart: La visserie en acier
inoxydable, in Aciers Speciaux n.
18 1972.
(4) UNI 7323 parte 81', ottobre
1980: Bulloneria con- caratteristiche
particolari. Prescrizioni tecniche.
Bulloneria di acciaio inossidabile
resistente alla corrosione.
(5) Autori \ari: Acciaio e materiali
complementari, lialsider, Cieiuna
1971.
(6) Ci. Di C'aprio, \V. Nicademi:
Acciai inossidabili e adesivi strutturali, studi esperienze, in La meccanica italiana, n. 29 Ciennaio-I ebbraio 1970.
I li;. 1 2 - ( o p i r l u r j d r l p a d i g l i o n e d i l l i ' ( o n i u i i j l u l . u r o p i T a l l ' I . \ l * ( ) d i M m i l r i a l
Bibliografia
1981.
(1) Ci. Di C'aprio: (ìli acciai inossidabili, 2 ' edizione Hocpli, Milano
(2) Ci. Rapisarda: Gli acciai per la
bulloneria commerciale, u l Acciaio
(7) Autori vari: Cili adesivi nella
giunzione di componenti metallici
C1SIA, Milano 1976.
(X) C. Baldi: Le collage structural
in Materiaux et Techniques, n. 6 - 7
Ciiuuno-I.uulio.
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