Analisis de Falla - 11 - Pernos - Sujetadores Roscados

7/28/2019 Analisis de Falla - 11 - Pernos - Sujetadores Roscados

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MDULO 11

SUJETADORES

ROSCADOS


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- 1 -AFA Mod. 11 Sujetadores de Roscas - Fundamentos

E. SOTO 6 SIGMA DESARROLLO TCNICO

MDULO 11SUJETADORES ROSCADOS

INTRODUCCIN

1 -- Bienvenidos a la continuacin del seminario de Anlisis de Fallas. En este mdulotrataremos de los sujetadores de rosca.

2 -- Primero, analizaremos la funcin, estructura y fabricacin de pernos. Luego,trataremos de la instalacin, funcionamiento y posibles problemas de lossujetadores . Finalmente observaremos algunos ejemplos reales de fallas a fin dereforzar lo aprendido. En esta presentacin seguiremos los Ocho Pasos Aplicables alAnlisis de Fallas y estaremos buscando datos que nos lleven a la causa original.Se deben completar los pasos (6,7 y 8) para obtener la recompensa, terminar nuestrotrabajo y satisfacer a los clientes.


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FUNCIONES

3 -- Los sujetadores de rosca cumplen dos funciones principales:

Primero, proporcionan la fuerza de sujecin en una unin con pernos, ySegundo, transfieren la carga de una pieza a otra.

4 -- Si un perno est correctamente apretado o con el par de torsin correcto y lascargas de la unin son normales, no debe haber movimiento entre las dos piezasunidas. Por consiguiente, la nica carga sobre el perno debe ser la de tensin.

Cualquier fuerza de corte o flexin presente en la unin, debe ser soportada por lafriccin de las caras de la unin creada por la fuerza de sujecin debida a la tensindel perno. Nota: Hay ciertas uniones con pernos que han sido diseadas paradeslizarse. Estas son excepciones a lo arriba mencionado y se usan en reas dondela expansin y contraccin trmicas son necesarias. Ejemplos son las uniones de

mltiples de escape y del post-enfriador al monobloque.

5 -- La fuerza de sujecin y la friccin de la unin funcionan juntas para transferir lacarga de una pieza a la otra. En cada unin con perno existe un cono de fuerza desujecin 4 efectiva sentida por las dos \ piezas unidas. La transferencia de cargaocurre en la superficie de las caras de separacin dentro del cono (en rojo en ladiapositiva). El efecto es como si las dos piezas estuvieran soldadas en esta rea.


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NOMENCLATURA

6 -- Las piezas bsicas de un perno son la cabeza, cara para arandela, filete debajode la cabeza, espiga y roscas.

7 -- Las zonas del perno sometidas a los ms altos esfuerzos son:

1) La primera raz de rosca expuesta en el lado de la tuerca o rosca interior de launin,

2) La primera raz de rosca despus de la espiga, y3) El filete debajo de la cabeza.

Cuando los pernos se rompen debido a sobrecarga, generalmente es en una de estaszonas de alto esfuerzo.


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FABRICACIN

8 -- Los pernos se fabrican de varillas de acero laminado en caliente que primero son:

1) Tiradas a travs de una matriz para obtener un dimetro especificado y, luego2) Cortadas a una longitud especificada para formar la pieza bruta.

9 -- La mayora de los pernos ms pequeos son conformados por "moldeado enfro", donde la pieza bruta es martillada en matrices sucesivas a la temperaturaambiente. Los pernos ms grandes (ms de 1 1/4 pulgadas de dimetro) algunasveces son conformados por moldeado en caliente donde la pieza bruta se calienta atemperaturas especificadas antes de ser martillada en matrices.


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10 -- En el primer paso de un proceso de moldeado en fro o caliente, la pieza brutaes martillada dentro de una matriz que tiene un dimetro mayor en su seccinsuperior para dejar material para la cabeza.

11 -- Durante el prximo paso, la cabeza es martillada para darle forma redonda ybiselada y se reduce el dimetro de la parte inferior de la pieza bruta que luego serroscada.

12 La cabeza redonda y biselada es entonces presionada dentro de una matrizrecortadora que la corta dndole la forma final.


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13 Durante la operacin de moldeado de la cabeza, el flujo de la textura se mueveparalelo a la superficie del filete debajo de la cabeza como se muestra en estadiapositiva.

Aunque el filete usualmente es terminado por la operacin de martillado, algunasveces es laminado para mejorar su resistencia a las grietas debidas a los esfuerzosde compresin superficial inducidos.

14 -- El prximo paso es la operacin de punteado. Aqu se corta un bisel al final de laseccin roscada.

15 -- La espiga del perno generalmente se deja en la forma que ha sido moldeada.Sin embargo, a veces se la fresa a dimetro y forma finales para algunas aplicacionesespeciales (como pernos de bielas) donde se necesitan tolerancias, ajustes yeliminacin de escamas de laminado para reducir concentraciones de esfuerzos. Lospernos de bielas a menudo tambin son moleteados para que las caras de la uninasienten bien.


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16 -- Luego el perno es endurecido para darle alta resistencia a la traccin. Segn el

diseo, el endurecimiento se hace antes o despus de formar las roscas. Las tuercasgeneralmente son un poco ms blandas que los pernos (aproximadamente 5 puntosRC), para que las roscas de la tuerca "cedan o "fluyan ligeramente y se amoldenmejor a las roscas del perno. Esta caracterstica de amoldamiento causa unatransferencia ms uniforme de la carga entre las roscas del perno y la tuerca.

17 -- Las roscas se pueden laminar gruesas o finas utilizando matrices fijas o mvileso pueden ser cortadas por mecanizado. Las roscas de los pernos Caterpillar songeneralmente laminadas en lugar de cortadas.


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18 el proceso de laminacin moldea roscas lisas y filetes de raz de rosca conmenos concentradores de esfuerzo. El laminado tambin mueve el flujo de la texturagranular paralelo a las superficies roscadas y produce esfuerzos de compresin enlas races de las roscas, mejorando la resistencia al agrietamiento por fatiga.

19 -- Esta diapositiva muestra la apariencia real de un perno en las diferentes fasesde moldeado, - comenzando con la pieza bruta a la izquierda y acabando con elperno terminado a la derecha.

20 -- Cada unin en los equipos Caterpillar est diseada para usar un perno dedureza y resistencia a la tensin especfica, dependiendo de las cargas esperadas.Por eso es importante usar el perno diseado para una unin en particular como seidentifica en el Catalogo de repuestos. Si no se obra en esta forma, podra ocurrir unasobrecarga del perno y una falla imprevista.


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21 Este cuadro relaciona las especificaciones generales de dureza y resistencia a latraccin de los pernos Caterpillar. El perno Caterpillar estndar es equivalente alperno de clase 8. Otros pernos CAT tienen dureza y resistencia a la traccin an mselevadas.

22 -- Estas especificaciones y marcas de identificacin de los sujetadores de roscaCaterpillar, pueden encontrarse en el catlogo Su nica Fuente Segura.

PERNO

23 Para obtener un buen rendimiento de los pernos nuevos o usados, se debe

prestar cuidadosa atencin a la seleccin, manejo, inspeccin e instalacin de losmismos.


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INSPECCIN

24 Antes de la instalacin, los pernos, tuercas y superficies de sujecindeben ser inspeccionados y preparadas para armar las piezas que forman la

unin. Las zonas crticas son:

a) El filete debajo de la cabeza. Inspeccione para ver si est liso, si hayoxidacin, grietas, muescas, ranuras, etc.

b) Las caras de la arandela para tuerca y perno. Examine para ver sihay corrosin debido a desportillamiento por rozadura, si estnplanas, si hay rebabas o cualquier condicin que pueda causarconcentraciones de esfuerzos o mal asentamiento del perno o de latuerca.

c) La espiga. Ver si esta recta y que no tenga desgaste, oxidacin,picaduras, grietas o cualquier condicin que pueda causar esfuerzosadicionales.

d) Roscas de tuerca y perno. Vea que no estn oxidadas, agrietadas,

deformadas, con hilos saltados o con cualquier otro dao fsico.e) Superficies de sujecin de las piezas a ser unidas. Estas superficies

deben estar limpias, sin daos y preparadas de acuerdo con elmanual de servicio e instrucciones especiales.

f) Los agujeros ciegos roscados deben estar limpios, y sin lquidos quepuedan causar bloqueos hidrulicos cuando se instalen los pernos.

25 -- Los pernos deben estar apretados a los pares de torsin correctos paramantener las uniones bien ajustadas en condiciones de operacin.


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26 -- Cuando los pernos estn apretados a los pares de torsin correctos, lamayora se estiran casi todo su limite elstico o mxima tensin yalargamiento posibles sin que el perno se deforme fsicamente. Un par detorsin menor puede dar pernos flojos. Un par de torsin mayor puede hacer

que los pernos se estiren permanentemente. Por eso es importante seguir lasinstrucciones del manual de servicio y las instrucciones especiales para lospares de torsin especficos.

OPERACIN

27 -- Ahora observemos la apariencia de un perno en operacin normal. Si lastuercas, pernos y superficies de sujecin han sido inspeccionados ypreparados adecuadamente, y apretados al par de torsin correcto, no

debiera haber movimiento relativo y poco o nada de desgaste entre el perno ylas piezas unidas, dado el caso de que las cargas y temperaturasatmosfricas sean normales.

28 -- La cara de la arandela en la tuerca o debajo de la cabeza del perno(segn que el perno o la tuerca gire durante la instalacin), puede mostraralgn pulimiento o rayado leve, como se muestra en la diapositiva. Estasuperficie, sin embargo, no debe estar desportillada por rozadura niseveramente ranurada.


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29 -- La espiga del perno podra tener algo de pulimiento causado por laspiezas unidas, particularmente en la cara de separacin, como se muestra en

este perno de biela. Sin embargo, esta superficie no debe estar severamentedesgastada, acanalada, abollada, picada u oxidada.

30 -- Un perno de uso normal tambin mostrar un leve pulimiento en lasroscas que estaban engranadas con la tuerca o agujero roscado. Sinembargo, las roscas no deben tener ranuras profundas ni estar aplastadas,lo que podra indicar una situacin de sobrecarga o par de torsin excesivo.


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OPERACIN ANORMAL

31 -- Como hemos visto antes, cuando la unin ha sido debidamentepreparada y utilizada al par de torsin correcto, debe haber mnimo desgastey ninguna evidencia de movimiento de la misma.

Algunas veces, sin embargo, condiciones ambientales anormales causandaos o fallas al sujetador. Veamos algunos de los tipos de fallas mscomunes y aprendamos a "pensar con los datos" para encontrar las posiblescausas originales. Las fallas ms comunes de los sujetadores causadas porcondiciones ambientales anormales son:

1) Fractura por fatiga2) Fracturas dctiles3) Corte por impacto (dao de impacto secundario)4) Desportillamiento por rozadura5) Corrosin debida a desportillamiento por rozadura

FRACTURA POR FATIGA

32 -- Como vimos en el mdulo de Fracturas, los indicios de fracturaspor fatiga son oleaje, superficies lisas, falta de deformacin fsica yzonas de fractura final dctil o quebradiza.


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33 -- Las fracturas por fatiga en los pernos pueden ser el resultado detres condiciones generales:

1. Concentradores anormales de esfuerzos con carga cclicanormal,

2. Carga cclica mayor que la resistencia del sujetador a lafatiga,3. Ambos al mismo tiempo, concentradores anormales de

esfuerzos y sobrecarga cclica.

34 Los concentradores anormales de esfuerzo como las picaduras,muescas hendiduras, grietas de corrosin, etc., en unos pernos,particularmente en las zonas de alta carga de la rosca, espiga, filetedebajo de la cabeza y cara de la arandela, pueden causar fallas porfatiga bajo cargas cclicas normales. Lo importante en estos tipos defallas, es determinar exactamente qu condicin produjo esteconcentrador de esfuerzos.

35 -- Este perno ha fallado durante una carga cclica normal ymuestra los "indicios" tpicos de fractura por fatiga. El oleaje comienzaen un lado del perno y termina en el otro lado en una pequea zonade fractura final dctil. El labio cortado es el "indicio" de la fracturafinal. En este punto de nuestro examen debemos seguir el oleajehasta el sitio de origen para estudiar esta zona ms de cerca.


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36 -- La vista ampliada revela una hendidura en el sitio de origen deloleaje. Esto nos indica que la hendidura exista cuando se instal el

perno y actu como un concentrador de esfuerzos. De dndeprovino la hendidura y quin es el responsable de la falla?(Respuesta: Depende del que instal el perno fbrica, distribuidor,cliente, otros).

37 Los pernos tambin pueden fallar por fatiga sin concentradoresanormales de esfuerzos. Estas fallas resultan de:

1) Sobrecarga peridica de una unin apretada correctamente,2) Carga normal con una junta floja, o,3) Carga normal con un perno debilitado o de clase que no es la

apropiada (resistencia muy baja).

Las condiciones 1) y 3) pueden producir grietas de fatiga debido a lasobrecarga peridica.


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38 -- Estas grietas generalmente comienzan en las zonasmencionadas antes como mayor esfuerzo del perno es decir:

1) La raz de la primera rosca expuesta en el lado de la tuerca oagujero roscado de la unin,

2) El filete debajo de la cabeza, o3) La raz de la primera rosca despus de la espiga.

La cara de la fractura no mostrar en el sitio de origen unconcentrador de esfuerzos que parezca anormal.

39 -- Este perno fall debido a sobrecarga cclica. Note que no hayconcentrador de esfuerzos que parezca anormal en el sitio de origen(a la derecha de la diapositiva) y que hay varias C mellas en la raz dela rosca indicando que aqu se aplicaron altos esfuerzos. La condicinde sobrecarga inici una fractura por fatiga en la raz de la rosca y seextendi transversalmente por el perno hasta que se produjo lafractura final dctil (note el labio cortante).


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40 -- Para entender mejor cmo la condicin Nmero 2) (Carganormal con unin floja) puede causar grietas por fatiga, se requiere

mayor conocimiento sobre cmo las cargas externas son soportadaspor una unin con pernos y qu pasa si la unin se afloja.

Como mencionamos anteriormente, i la aplicacin del par de torsin,produce cierta tensin en el perno, presente siempre, aun cuando launin no est bajo carga, Llamamos a esto "precarga de la tensininducida por el par de torsin.

Al aplicar una carga externa que trata de separar la unin, la tensinen el perno aumenta ligeramente la tensin de precarga pero no tantocomo la de la carga aplicada.

En otras palabras, la tensin en un perno al par de torsin correcto,

aumenta apenas una porcin de cualquier carga externa que esttratando de separar la unin.

En la mayora de las uniones, la porcin de aumento en el perno noes ms de 1/7 de la carga externa aplicada. En uniones con cargasaltas como en las tapas de bielas, este aumento puede ser tantocomo 1/4 de la carga externa.

En una unin apretada, todas las fuerzas de corte y flexin sonsoportadas por las superficies de fuerza de sujecin anteriormentemencionadas.


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41 -- Si un perno se afloja (por insuficiente par de torsin, relajamientode la unin debido a residuos entre las caras de unin, materialinadecuado de la empaquetadura, arandelas mal endurecidas,superficies de contacto rugosas o alabeadas, etc.), la fuerza de

"precarga" y de sujecin se pierde y el perno debe soportar toda lacarga externa.

Por lo tanto, la fractura por fatiga de un perno en buenas condiciones(pero flojo) puede ocurrir porque est soportando cargas cclicas de 4a 7 veces la normal. Tambin, si un perno se afloja, las fuerzas decorte y flexin normalmente soportadas por las superficies de fuerzade sujecin se transfieren tambin al perno.

42 -- Los pernos que sujetaban el volante a este cigeal estaban

flojos.

43 -- Una inspeccin mas de cerca de la brida del cigeal, muestradesportillamiento por rozadura causado por el movimiento entre elcigeal y el volante.


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44 -- Los agujeros para pernos del volante tambin estn deformadosindicando el movimiento relativo entre el volante y la brida del

cigeal.

45 -- El otro lado del volante tiene depresiones alrededor de losagujeros para pernos, donde las caras de la arandela en la cabeza delos pernos causaban desportillamiento por rozadura.

46 -- Esta es una vista ampliada de uno de los agujeros para pernosen el volante que muestra la superficie desportillada por roceproducido por la arandela del perno.


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47 -- Estos son pernos tpicos resultantes de la falla. El perno a laizquierda superior de la diapositiva est demasiado daado para

poder identificar las causas de la falla. El perno en la parte 4 superiorderecha tuvo falla por fatiga (note el oleaje). El perno de abajo a laizquierda tiene fracturas en dos lugares -- en la cara de separacindel volante con el cigeal y en la zona del filete debajo de la cabeza.La cabeza abajo a la derecha es del perno a la izquierda. Tambinmuestra las seales de fatiga (oleaje de izquierda a derecha).

48 -- Las caras de las fracturas de la mayora de los fragmentos depernos que se rompieron en la brida del cigeal se vean como ste.

Note que hay dos grupos de oleaje (uno que comienza a la izquierday otro a la derecha) y que se extienden hasta la fractura dctil final enel centro (indicios de fatiga por flexin inversa).

Note tambin que la fractura comienza en la raz de la primera roscaexpuesta en el lado de unin del agujero roscado del cigeal.

Los datos de este caso indican, todos, como causa original de la falla,pernos flojos (quiz por insuficiente par de torsin). Los pernos flojosprodujeron en ellos mismos esfuerzos cclicos de corte y flexinanormales, sobre la sobrecarga cclica que ya soportaban por latensin de las fuerzas tratando de separar el volante del cigeal(cerca de 7 veces lo normal).


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Lo que debemos preguntarnos aqu es "Quin apret los pernos ycmo se aflojaron?" .

FRACTURA DUCTIL

49 -- Los pernos pueden experimentar fracturas dctiles causadas porsobrecara sbita durante un ciclo de carga. Existen tres condicionesgenerales que producen estas fracturas dctiles:

1) Concentracin de esfuerzos elevados,2) Sobrecarga pesada,3) Perno dbil o inadecuado.

50 -- Un concentrador de esfuerzos (hendidura o muesca) tan hondaque reduzca considerablemente la zona transversal del perno puedehacer que la parte restante del perno se sobrecargue y tenga unafractura dctil.

Esto puede ocurrir en condiciones de carga normales de la unin ocuando se est apretando el perno. Nuevamente, debemos buscar -la razn del aumento de esfuerzo para determinar la causa original dela falla.


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51 -- Tal vez la razn ms comn de las fracturas dctiles de pernossea la sobrecarga sin concentrador anormal de esfuerzos. Esta

condicin puede ocurrir como resultado de lo siguiente:1) Una carga externa pesada anormal est siendo aplicada al

componente donde esta instalado el perno, o2) Otra pieza fallada est ejerciendo una gran sobrecarga en un

perno adyacente o remanente. Este perno estabasobrecargado, est fsicamente deformado y en va de fallar.

52 -- Este perno de biela es un ejemplo de fractura dctil causada porsobrecarga.

Note la reduccin del espesor, textura spera y leosa, labioscortantes y color oscuro en la cara de la fractura todos son indiciosde una fractura dctil.

Lo importante que debemos recordar sobre fracturas dctiles es queson casi siempre el resultado de alguna condicin ajena a la calidaddel perno y debemos seguir investigando para obtener ms datos quenos lleven a la causa original de la falla.


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53 -- Otra forma de ejercer gran sobrecarga en un perno es conexcesivo par de torsin. Note la deformacin fsica (reduccin del

espesor) de la seccin roscada adyacente a la fractura de este perno.La mayora de estas fracturas se dan en las primeras roscasexpuestas en el lado de la unin donde est la tuerca o agujeroroscado.

54 -- Una inspeccin ms de cerca de la seccin roscada revela unapequea zona de fatiga y una fractura dctil grande. El perno sedebilit por sobrecarga y alargamiento fsico. La carga cclica produjoentonces una pequea hendidura de fatiga la cual debilit el pernoan ms, de forma que la carga normal caus la fractura dctil final.

Observando las roscas hacia abajo, notar que estn brillosas dondese ha instalado la tuerca. Estas roscas estn rayadas profundamentey han sido "aplastadas", indicando la presencia de altos esfuerzosanormales entre las roscas de la tuerca y del perno al aplicar excesivopar de torsin.


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55 -- Si se usa un perno dbil o inadecuado, las cargas normalespueden sobrecargarlo. Este perno muestra varias seales

interesantes de h debilitamiento. Note la extensa k prdida deespesor y el color oscuro de los depsitos de xido. Estas sonindicaciones de que el perno ha estado a temperaturas sobre los816'C (1500F), lo que ha reducido severamente su resistencia,causando su falla bajo carga normal. La alta temperatura fuegenerada por la falla de un cojinete de biela.

Nota:Es fcil llegar a la idea preconcebida de que los pernos han falladodebido a la alta temperatura porque stos se ven negros. Debemosrecordar que muchos pernos son normalmente negros debido altratamiento trmico. Por lo tanto, primero debemos examinar lascaras de la fractura antes de formar una opinin sobre la causa de

la falla.

CORTE POR IMPACTO

56 -- Algunas veces vemos en una falla pernos que han sido partidoso aplastados por un objeto que se mueve con gran fuerza. Estos sondaos causados y no se deben confundir con las fracturas por fatiga.

Estos pernos, aunque podran tener una apariencia relativamente lisa

y brillante (sedosa), no tendrn oleaje pero mostrarn algn dao porimpacto donde la pieza recibi el golpe. A menudo hay descoloracin


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causada por la alta temperatura generada por el calor de la friccindurante el dao por impacto.

Este es un ejemplo tpico de perno cortado o aplastado. Note losindicios -- apariencia lisa y sedosa de las superficies partidas sin

oleaje y las mellas en la rosca del agujero de perno indicando altasfuerzas de corte.

57 -- Ahora repasemos lo que hemos aprendido hasta aqu,observando tres pernos y analizando los indicios en cada -a uno deellos para determinar el tipo de fractura o dao que han sufrido. Quetipo de fractura o S- dao tiene cada uno de ellos?

Perno : Indicio: Tipo de fractura o daoIzquierdo Sedoso Corte por impactoCentro Oleaje FatigaDerecha Espesor reducido Dctil

Cules piensa usted seran las causas originales de la falla de cadauno de estos pernos? (Tiempo para debate).

FRETTING (FROTAMIENTO)

58 -- El desportillamiento por rozadura nos indica que la unin semova cuando se aplicaron las cargas. El movimiento de la uninpuede ser el resultado de insuficiente o excesivo par de torsin,temperatura excesiva del perno, sobrecarga cclica o cualquiera, otracausa por la cual el perno no tiene la suficiente tensin para mantener

apretada la unin.


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59 -- Este perno muestra desportillamiento por rozadura en la cara dela arandela debajo de la cabeza. Cuando se observa un desgaste de

este tipo, debemos concluir que la unin estaba floja o cclicamentesobrecargada por un periodo de tiempo significativo antes deldesarmado.

FRETTING CORROSION (CORROSIN POR FROTAMIENTO)

60 Las uniones flojas tambin pueden causar corrosin de lospernos debido desportillamiento por rozadura.


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61 -- Durante una reparacin, se descubri que este perno tenacorrosin debida a desportillamiento por rozadura cerca de las carasde separacin de la unin, lo que condujo a picaduras (unconcentrador de esfuerzos). Si se reutiliza este perno, las picaduraspueden conducir a fractura del perno por fatiga.

FALLAS DE FABRICACIN

62 La calidad de los pernos Caterpillar se controla muy de cerca segnespecificaciones rigurosas. Como resultado, pernos defectuosos son rara vez causasde problemas. Ocasionalmente, sin embargo, problemas de fabricacin o demateriales podran causar fallas de pernos. Las ms comunes radican en las reassiguientes:

1) Material2) Moldeado3) Endurecimiento4) Roscado

FALLAS DE ROLADO

63 -- Como todos los aceros laminados, los pernos pueden tener costuras,cavidades tubulares, imperfecciones, etc. Como hemos visto en el mdulo demetalurgia, estas impurezas rara vez se las ve en las piezas y generalmente


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no causan problema, a menos que sean grandes y/o estn en zonas de altoesfuerzo.

64 -- Este perno tiene una costura que se form durante el laminado encaliente de la varilla de acero de la cual se hizo el perno. Costuras como sta(a lo largo del perno) no son perjudiciales a no ser que sean hondas o estnabiertas.

FALLAS DE MOLDEADO

65 -- Durante las operaciones de moldeado, tambin es posible crear

concentradores de esfuerzos indeseables, como solapas, pliegues ydesgarres. La inspeccin ultrasnica hall desgarramiento en este perno, Elacero estaba muy fro durante el proceso de moldeado en caliente. Cuandose presion el acero dentro de la matriz de la seccin de la rosca, el acerocerca del exterior fluy con mayor rapidez que el acero del interior. Esto hizoque el metal interior quedara sometido a mayores fuerzas de tensin y separtiera o estirara en 5 lugares en la parte del perno donde se iban a moldearlas roscas, Problemas como stos son muy raros, pero ocurrenocasionalmente.


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66 -- Otro concentrador de esfuerzos se forma a veces cuando la cabeza esmoldeada en la forma conocida de "reventn". Este reventn result de una

costura de laminado que se abri debido a altos esfuerzos de tensin y flujode metal durante la operacin de moldeado de la cabeza.

67 -- Esta vista ampliada muestra las superficies internas dctiles, speras yleosas producidas por el reventn.

68 -- La zona del filete debajo de la cabeza, cara de la arandela y espiga delperno, tambin muestran la costura que fue la causa original de este

reventn.


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FALLAS DE DUREZA

69 -- Ocasionalmente, un perno puede ser demasiado duro (ya sea por malendurecimiento o demasiado contenido de carbono).

70 -- En estas condiciones, una combinacin de alto esfuerzo y ambiente dehumedad oxidante puede formar un agujero en la superficie y romper ladifusin intergranular del acero, causando una grieta de oxidacin poresfuerzos, con apariencia quebradiza que se forma durante varias horas.

Este tipo de grieta es una excepcin a la regla general de que las grietasquebradizas se forman solamente en una porcin del ciclo de carga". En estecaso, lo que abre la grieta es la corrosin combinada con el esfuerzo detensin que rompe la difusin intergranular y no una carga de impacto sbita.

El agrietamiento por corrosin combinado con esfuerzo es tambin unejemplo de una fractura quebradiza que es "causa de falla y no "resultado defalla".


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71 -- Este perno de cadena ha experimentado agrietamiento de corrosincombinado con esfuerzo, que comenz en la raz de la rosca. La corrosin

avanz en trayecto semicircular transversal al perno, hasta que la seccintransversal remanente qued sobrecargada por la tensin normal del par detorsin, especificado del perno. El perno, entonces, sufri una fractura dctilfinal.

En este caso, la causa original del problema no fue una condicin operativa,sino la metalurgia inapropiada del perno (demasiado dura y mucho carbono).Cuando se disminuyeron los niveles de carbono y dureza, las fallas cesaron.

72 -- Este perno de caja de diferencial fall de manera similar.


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73 -- Note en esta vista ampliada, el sitio donde se origina la grieta (abajo, ala derecha) y la cara de la fractura quebradiza con espiguillas (indicios)apuntando al sitio de origen.

74 -- En esta vista con mayor ampliacin de la raz de la rosca, podemos verel agujero real y la zona oscura pequea del sitio donde la corrosin se haintroducido en la difusin intergranular del acero (abajo, al centro de ladiapositiva) . Tambin podemos ver la apariencia brillante y cristalina de lacara de la fractura, indicios de una fractura quebradiza.

75 -- Esta es una vista an ms ampliada del agujero. Nuevamente, esta fallaes el resultado de un problema de tratamiento trmico y material del perno(demasiado duro/mucho carbono).


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76 -- Los problemas de endurecimiento tambin pueden causar otros tipos defallas. Este perno ha fallado en el filete debajo de la cabeza. Qu tipo decara de fractura vemos aqu? (Debate) Fractura dctil -- spera, leosa,oscura. Qu ha causado la falla? (Debate) Se necesitan ms detalles.

77 -- Esta vista ampliada nos da la respuesta. Puede usted ver algn indiciode la causa original? (Debate).

Note la diferencia de apariencia en varias zonas de la cara de la fractura.

Hay una franja angosta de superficies ms oscuras y ms cristalinas en laparte superior (alrededor de la circunferencia) de la cara de la fractura,cuando se la compara con las superficies mas hacia el interior de la misma.Esta franja oscura y angosta pasa por toda la circunferencia del perno. Esuna grieta de enfriamiento formada durante el proceso de enfriamiento

despus del tratamiento trmico.

Esta grieta de enfriamiento cre un concentrador de esfuerzosextremadamente alto en una de las zonas de carga ms elevada del perno,causando una fractura dctil la primera vez que se aplic carga suficiente.

FALLAS EN MOLDEADO DE ROSCAS

78 Hablemos ahora de los problemas de moldeado de roscas. Debe tenerse

mucho cuidado en el cortado o laminado de las roscas de los pernos paraevitar cualquier condicin que pueda formar esquinas anormalmente afiladas,


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grietas, rebabas, solapas u otros concentradores anormales de esfuerzos enlas roscas (particularmente en las races de las roscas), ya que stos podranconducir a fracturas por fatiga.

En raros casos, las irregularidades profundas o severas podran disminuir la

resistencia del perno hasta un punto en que las cargas normales produjeransobrecargas y fracturas dctiles. Ms a menudo, sin embargo, estasirregularidades causan grietas por fatiga.

79 -- Este perno fall debido a una grieta que haba en el vrtice agudo deuna raz de rosca cortada. La grieta cre un concentrador de esfuerzos queorigin una fractura por fatiga en aproximadamente 120' de la circunferenciade la rosca y avanz hacia adentro hasta que medio perno estaba agrietado.En este punto, el material remanente del perno estaba sobrecargado y ocurrila fractura dctil final.

80 -- Esta vista ampliada muestra el agrietamiento que haba en la raz derosca de algunas de las roscas adyacentes que no fallaron. Note el efectosevero de la muesca formada que concentr el esfuerzo en la raz de roscahasta ocho veces lo normal.


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81 -- Tuercas y agujeros roscados rara vez dan lugar a fallas. Esto se debe aque, aunque las tuercas son por lo general un poco ms blandas que los

pernos correspondientes, las cargas gravitan en forma diferente y las tuercastratadas trmicamente normalmente estn diseadas con un enganche derosca tal que el perno falla en tensin antes que las roscas se salten.

Si sus roscas se saltan, por lo general se debe al uso de sujetadoresinadecuados, de baja calidad, insuficiente enganche de rosca, roscadotransversal durante la instalacin, suciedad en las roscas o error en eltratamiento trmico.

Las ltimas roscas saltadas de esta tuerca son el resultado de engancheinsuficiente de las roscas despus que la tuerca retrocedi durante laoperacin.


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CASOS DE ESTUDIO

82 -- Ahora veamos algunos pernos fallados para saber si podemos identificar lostipos de fracturas y si stas son causas o resultados.

Cules de estas fracturas son causas y cuales son resultados de una falla? Qutipo de fractura tiene cada uno? (La respuesta correcta es Necesitamos verlos msde cerca).

83 -- Esta es una vista ms detallada de los pernos. Ahora, cules son causas ycules son resultados y que tipos de fracturas muestran? (Examine cada uno,pidiendo que alguien diga qu tipo de fractura es y por qu la clasifica de esa manera.Tambin pregunte si la fractura est relacionada con la causa original o es un daoresultante.)

Respuestas :

a. Los cuatro pernos de la izquierda muestran caras de fractura planas --fracturas por fatiga -- causas originales.

b. Los tres pernos a la derecha tienen color oscuro, son speros, leosos y demenos espesor -- fracturas dctiles -- resultados.

c. El perno de abajo -- no es de menor espesor, la cara de fractura no es recta atravs del dimetro del perno, la cara de la fractura no se ve aqu pero parecesedosa -- cortada por impacto -- resultado.

84 -- Qu tipo de fractura es esta? (Respuesta - fractura dctil). En este caso,

nuestro laboratorio metalrgico coloc una cua de 6 grados debajo de la cabeza del


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perno y aplic una carga de tensin hasta que el perno se rompi. La cargadescentrada produjo un gran labio cortante descentrado. Durante la prueba, la tuercase instal apenas debajo de la fractura. Como mencionamos anteriormente, lospernos sujetos a sobrecarga por lo general fallan en la primera raz de roscaexpuesta, del lado de la tuerca de la unin.

85 -- Esta es una vista ms detallada de la cara de fractura. Note los indicios --textura spera y labios cortantes. Revisando, fue el perno la causa de esta falla?(No) Cul fue la causa original? (Sobrecarga)

86 -- Qu tipo de fractura es sta? (Respuesta correcta -- miremos ms de cerca).


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87 -- Ahora, Qu tipo de fractura es sta? (Fatiga) Note el sitio de origen de losindicios, oleaje y fractura dctil final. Cul es la causa original de esta falla? (Note lacorrosin por desportillamiento visible en la espiga, debajo de la cara de fractura. Estamisma condicin existi en el sitio de origen donde causo un agujero (concentradorde esfuerzos) y que al final result en fractura por fatiga).

ULTIMOS PASOS

88 -- Esto concluye nuestro mdulo de sujetadores de rosca. En este mduloaprendimos que los sujetadores proporcionan fuerza de sujecin y transfieren carga.Estos son cuidadosamente fabricados, pero pueden sufrir abusos por instalacin ocondiciones adversas.

La calidad de los pernos Caterpillar rara vez es la causa de una falla. Porconsiguiente, debemos tener cuidado al analizar las fallas de sujetadores paradeterminar la correcta causa original.

Despus de haber reunido los datos y determinado la causa, debemos completar lospasos 6, 7 y 8 (de los Ocho Pasos Aplicables al Anlisis de Fallas). Estos pasos nosayudan a obtener la recompensa ponindonos en contacto con el miembro delequipo responsable de la falla, haciendo las reparaciones segn instrucciones de laparte responsable y continuando en contacto con el cliente para asegurar susatisfaccin.


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Analisis de Falla - 11 - Pernos - Sujetadores Roscados

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