Manguitos de aluminio para cables metálicos: resistencia al estampado, dimensionamiento y modos de falla

Una funda de aluminio crea una unión mecánica soldada en frío, no solo un punto de pellizco

A funda de aluminio para cable metálico , propiamente conocido como manguito o férula, funciona como un accesorio de terminación que asegura permanentemente el extremo de un cable metálico en un ojo o empalme. Cuando se comprime con la herramienta de estampado correcta, el material de aluminio dúctil se deforma plásticamente alrededor de los hilos de alambre individuales, fluyendo hacia los valles entre ellos y creando una enclavamiento mecánico conformado en frío que distribuye la carga de tracción uniformemente en cada hebra de la sección transversal del cable . Un manguito correctamente estampado sobre un cable de acero galvanizado o de acero inoxidable utilizando un manguito de aluminio ovalado logra una fuerza de sujeción de 85% a 90% de la resistencia mínima a la rotura del cable metálico cuando se cumplen la longitud del manguito, el diámetro interior antes del estampado y la especificación de compresión después del estampado. La aleación de aluminio utilizada (normalmente 5052 o 6061 en forma forjada o A380 en forma fundida) se selecciona por su combinación de ductilidad durante la compresión, compatibilidad con la corrosión con el material del cable y comportamiento de endurecimiento por trabajo que aumenta la resistencia posterior al estampado del manguito para resistir la tensión circular ejercida por los hilos del cable cargados que intentan liberarse.

Manguito ovalado y manguito de tope: dos componentes diferentes para funciones diferentes

El término funda de aluminio para cable metálico abarca dos tipos de hardware funcionalmente distintos que con frecuencia se confunden. un La funda ovalada, también llamada funda de ojo flamenca, tiene un perfil ovalado alargado con dos orificios internos paralelos que aceptan ambas patas de un bucle de cable metálico. . Está estampado a lo ancho, comprimiendo ambos orificios simultáneamente, y es la principal terminación de carga para crear un ojo permanente en el extremo de un cable metálico. Un manguito de tope, por el contrario, es un tubo cilíndrico corto de aluminio con un solo orificio pasante, estampado directamente en una sola pata de cable para crear un tope mecánico, como el retenedor que evita que un cable pase a través de un bloque de polea o el tope que asegura la cola de un cable después de pasar a través de un manguito ovalado. Confundir los dos y usar un manguito de tope donde se requiere un manguito ovalado para la terminación de carga dará como resultado una conexión que falla en Menos del 40% de la resistencia a la rotura de la cuerda. porque el manguito de tope se acopla solo a una pata y carece de la distribución equilibrada de la carga del diseño ovalado de doble orificio.

Protocolo de tallas y las consecuencias de una discrepancia

Un manguito de aluminio está dimensionado para un diámetro de cable específico con una ventana de tolerancia extremadamente estrecha. El diámetro interior del orificio del manguito antes del estampado debe ser 0,2 a 0,5 milímetros más grande que el diámetro nominal de la cuerda para permitir que la cuerda pase sin atascarse y al mismo tiempo dejar un espacio vacío mínimo que el aluminio debe llenar durante la compresión. Una funda que sea de un tamaño demasiado grande no se comprimirá lo suficiente sobre los hilos de la cuerda; el aluminio alcanzará su límite de compresión antes de que haya fluido completamente hacia los intersticios de los hilos, dejando huecos internos que actúan como puntos de concentración de tensiones y reducen la resistencia a la sujeción hasta en un 30%. Un manguito que es de un tamaño demasiado pequeño no se puede enroscar en la cuerda sin dañar el hilo, y al forzarlo, los cables externos individuales se desplazan y se retuercen, creando una sección transversal debilitada en el punto exacto donde la terminación aplica su mayor tensión. Las tablas de tamaños de manguitos publicadas por los fabricantes hacen coincidir cada diámetro de cable con un número de pieza de manguito específico, y el tamaño es específico para la construcción del cable: un cable con núcleo de fibra de 6x19 y un cable con núcleo de cable independiente de 7x19 del mismo diámetro nominal pueden requerir diferentes especificaciones de manguito porque los diámetros exteriores reales difieren ligeramente debido a las diferentes geometrías de empaquetamiento de los hilos.

Inspección previa al estampado y regla de longitud de la cola

Antes de la compresión, la cola del cable que sobresale del manguito debe ser lo suficientemente larga para permitir la verificación visual de que el cable no se deslizó durante el estampado. La regla estándar es una longitud mínima de la cola igual a una longitud de manga para mangas ovaladas y dos diámetros de cuerda para mangas de tope . Después del estampado, si la cola se ha retraído dentro de la manga, la cuerda se deslizó durante la compresión y la terminación debe cortarse y rehacerse. La cola también proporciona el material para una medida de seguridad secundaria: en aplicaciones de elevación críticas, la cola suele ir provista de alambre o equipada con un manguito de tope adicional como retenedor de respaldo.

Requisitos de la herramienta de estampado y decisión entre herramienta manual versus hidráulica

La compresión de un manguito de aluminio de cable requiere una herramienta de estampado que aplique compresión controlada de lados paralelos a una dimensión específica después del estampado. Un cortapernos de ferretería o un martillo y un punzón no pueden producir un estampado seguro. La herramienta mínima aceptable para manguitos ovalados en cables de hasta 5 milímetros de diámetro es una Herramienta de estampado manual con mordazas de acero endurecido mecanizadas según el perfil correcto de poscompresión. . Estas herramientas son diseños de palanca compuesta que multiplican la fuerza manual en varias toneladas de presión de compresión en las caras de las mandíbulas. Para diámetros de cable superiores a 5 milímetros, se requiere una prensa hidráulica con matrices intercambiables para generar la fuerza constante de 8 a 15 toneladas necesaria para comprimir completamente la funda de aluminio en la estructura del cable. El indicador de calidad crítico para cualquier herramienta de estampado es su capacidad para producir una dimensión repetible después del estampado, generalmente especificada como una medida de calibre a través del manguito comprimido en su punto más ancho, y una herramienta cuyas mordazas están desgastadas, aflojadas o no coinciden con el tamaño del manguito producirá un manguito subcomprimido que parece visualmente aceptable pero falla por debajo de la carga nominal.

El calibre Pasa/No pasa y la verificación posterior al estampado

Después de la compresión, el manguito estampado se debe verificar con un medidor de paso/no paso suministrado por el fabricante del manguito o especificado en la hoja de datos del fabricante. El medidor verifica que el El ancho comprimido de la manga está dentro del rango aceptable, generalmente más 0,2 milímetros y menos 0,1 milímetros de la dimensión nominal después del estampado. . Una funda que mide un tamaño excesivo en el medidor ha sido subcomprimida y no desarrollará toda su fuerza de sujeción. Un manguito que mide un tamaño inferior se ha comprimido demasiado, lo que puede agrietar el aluminio o aplastar los hilos internos del cable, creando un punto de inicio de falla. La verificación del calibre no es opcional para ninguna aplicación de elevación, aparejo o de seguridad crítica; es la única verificación objetiva de que el estampado se realizó correctamente.

El estándar de doble funda para aplicaciones de elevación

Los estándares industriales para eslingas de cable metálico y conjuntos de elevación, incluidos ASME B30.9 y EN 13411-3, requieren que se utilice un empalme de ojo flamenco terminado con mangas ovaladas de aluminio. un mínimo de un manguito para diámetros de cable de hasta 6 milímetros, dos manguitos para diámetros de 6 a 12 milímetros y tres manguitos para diámetros superiores a 12 milímetros . Las mangas están espaciadas uniformemente a lo largo de la cola, con la primera manga colocada tan cerca del cuello del ojo como sea práctico y las mangas siguientes a intervalos de aproximadamente una longitud de manga. El requisito de múltiples mangas no es una redundancia por sí misma; aborda el hecho de que un solo manguito concentra toda la carga de tracción en un punto, y si ese manguito se ve comprometido (por un defecto de fabricación, corrosión o un estampado fuera de especificación), toda la terminación falla sin previo aviso. Múltiples manguitos distribuyen la carga y proporcionan una indicación de falla progresiva: si el primer manguito comienza a deslizarse, la carga se transfiere al segundo manguito y la protuberancia de la cola del primer manguito cambiará visiblemente, alertando al inspector sobre la falla en desarrollo durante un examen de rutina.

Consideraciones sobre la corrosión y compatibilidad galvánica entre aluminio y acero

Una funda de aluminio en contacto con un cable de acero crea un par galvánico en presencia de un electrolito, como agua de lluvia, niebla salina o humedad atmosférica industrial. El aluminio es anódico al acero en la serie galvánica, es decir, el La funda de aluminio se corroerá preferentemente para proteger el cable de acero. . En aplicaciones en interiores secos, este efecto galvánico es insignificante y la funda durará más que la cuerda. En ambientes marinos, instalaciones costeras al aire libre o instalaciones de procesamiento de productos químicos, la tasa de corrosión galvánica se acelera dramáticamente. La mitigación para estos entornos incluye la selección de fundas de aluminio anodizado con un mínimo Capa anodizada de 15 micras que aísla eléctricamente el aluminio del acero. , aplicando una imprimación rica en zinc al conjunto estampado antes de ponerlo en servicio y reduciendo el intervalo de inspección para detectar el adelgazamiento de la pared del manguito antes de que comprometa la resistencia de la terminación. Los manguitos de acero inoxidable, disponibles en grado 304 o 316, eliminan por completo el problema de la corrosión galvánica cuando se usan con cables de acero inoxidable, a costa de requerir mayores fuerzas de estampado debido al mayor límite elástico del acero inoxidable en comparación con el aluminio.

Modos de falla comunes e identificación de campo

Las terminaciones de manguitos de aluminio de cables metálicos fallan a través de un número limitado de mecanismos predecibles, cada uno con indicadores visibles. El fallo más común es extracción del cable, donde el cable se desliza a través del manguito comprimido bajo carga, dejando el manguito en su lugar en una cola ahora separada . Esto indica una compresión insuficiente, una funda de tamaño incorrecto o una superficie de la cuerda contaminada que impidió que el aluminio agarrara los cables. El segundo modo es la fractura del manguito, donde el aluminio se agrieta longitudinalmente a lo largo del eje de compresión, generalmente debido a una sobrecompresión que excedió el límite de ductilidad del aluminio. El tercero es la falla por fatiga del cable en el punto de salida del manguito, causada por una transición brusca entre la sección del manguito rígido y el cable libre flexible, creando una concentración de esfuerzos de flexión. Este modo de falla se mitiga mediante el uso de un dedal en el ojo, que proporciona un radio de curvatura controlado y reduce la tensión de flexión cíclica en la interfaz manga-cuerda. El cuarto modo es el adelgazamiento de la pared del manguito inducido por la corrosión, donde el manguito de aluminio pierde área de sección transversal hasta que la pared restante ya no puede contener la expansión radial del cable bajo carga, lo que lleva a que el manguito se parta. Cada uno de estos modos de falla deja evidencia de diagnóstico que una inspección competente puede identificar antes de que ocurra una falla catastrófica.

Cable de acero inoxidable y estuche especial para manguitos de aluminio

Cuando se utilizan manguitos de aluminio en cables de acero inoxidable, la combinación introduce consideraciones específicas más allá de las del cable galvanizado. El cable de acero inoxidable tiene una Acabado superficial más suave y menor coeficiente de fricción que la cuerda galvanizada. , lo que significa que el manguito de aluminio debe lograr un enclavamiento mecánico más profundo en la geometría del cordón para compensar el componente de fricción reducido de la fuerza de sujeción. Esto se logra especificando una dimensión posterior al estampado ligeramente más pequeña para el cable inoxidable que para el cable galvanizado del mismo diámetro, lo que aumenta efectivamente el porcentaje de compresión para impulsar el aluminio más profundamente en los valles de los cordones. Además, el potencial galvánico entre el aluminio y el acero inoxidable es aproximadamente 0,5 voltios en agua de mar, en comparación con 0,3 voltios entre el aluminio y el acero al carbono , lo que significa que el manguito de aluminio sobre un cable inoxidable en un entorno marino se corroerá considerablemente más rápido que el mismo manguito sobre un cable galvanizado. La estrategia de manguito anodizado con imprimación de zinc se vuelve obligatoria, no opcional, para combinaciones de aluminio inoxidable en servicio exterior o marino.

Materiales de funda alternativos y opciones de cobre y zinc

El aluminio no es el único material de funda disponible para la terminación de cables metálicos, y ciertas aplicaciones se benefician de materiales alternativos. Los manguitos de cobre, especificados como cobre desoxidado con fósforo C12200, son el estándar para cables metálicos utilizados en minería y atmósferas explosivas porque el cobre no produce chispas cuando se golpea o se desgasta. . Los manguitos de cobre requieren aproximadamente un 15% más de fuerza de compresión que los manguitos de aluminio del mismo tamaño debido al mayor límite elástico del cobre y producen una terminación con una resistencia de sujeción comparable a la del aluminio cuando se estampan correctamente. Los manguitos de zinc, producidos a partir de una aleación de zinc de alta pureza, están especificados para aplicaciones sumergibles y subacuáticas donde el zinc cumple una doble función como terminación mecánica y ánodo de sacrificio que protege el cable de la corrosión. La funda de zinc se consume intencionalmente con el tiempo y el espesor de su pared se especifica con un margen de corrosión que garantiza que la terminación mecánica siga funcionando durante la vida útil prevista de la instalación. Los manguitos de acero inoxidable, como se indicó, son la opción para conjuntos de cables de acero inoxidable en ambientes corrosivos y para aparejos de calidad alimentaria, farmacéuticos y de salas limpias donde el polvo de óxido de aluminio proveniente de la corrosión de los manguitos es inaceptable.

El papel del dedal en la protección tanto de la manga como de la cuerda

Un dedal es un inserto ranurado de metal o plástico que se coloca dentro del ojo de la terminación de un cable antes de estampar el manguito. Su función es mantener un radio de curvatura controlado en la curva interna del ojo y para evitar que el cable de acero sea aplastado por la superficie de soporte de cualquier cosa a la que esté unido el ojo. . Para las terminaciones de manguito de aluminio, el guardacabo cumple una función crítica adicional: evita que los hilos del cable en la garganta del ojo se doblen bajo carga, lo que crearía una concentración de tensión inmediatamente adyacente al manguito y provocaría una falla prematura por fatiga del cable. El guardacabo estándar para un diámetro de cable determinado proporciona una Radio de curvatura mínimo de 2,5 a 3 veces el diámetro del cable. en la garganta del ojo. Sin un dedal (una configuración llamada ojo blando), la cuerda se dobla alrededor de un radio mucho más estrecho impuesto por el pasador o grillete de sujeción, y los cables en el interior de la curvatura se comprimen más allá de su límite elástico en el primer ciclo de carga, dañando permanentemente la cuerda en su punto más estresado. Un ojo blando con terminación de funda de aluminio es aceptable solo para aplicaciones estáticas no críticas donde el cable nunca se acercará a su límite de carga de trabajo y donde la fatiga no es una consideración de servicio.