Defeitos nas dobradiças de veículos pesados: 5 causas ocultas de falha prematura

Figura 1. Exemplo real de falha catastrófica da dobradiça que leva ao desprendimento da porta do armário e a danos no módulo interno.

Na aquisição de hardware industrial, o dobradiça resistente é um componente crítico. Se uma dobradiça de serviço pesado falhar, as consequências são frequentemente graves.

Considere este cenário: uma porta de acesso de 80 kg (176 lbs) desprende-se de uma peça de equipamento. Isto resulta em danos em componentes electrónicos dispendiosos e cria responsabilidades de segurança significativas. Em comparação, o custo inicial de aquisição da dobradiça em si é insignificante.

Este tipo de falha não se deve normalmente ao desgaste natural, mas sim a uma qualidade de fabrico não conforme. Muitos fornecedores baixam os padrões dos materiais e dos processos para reduzir os custos.

Este artigo analisa 5 defeitos críticos em dobradiças de veículos pesados que são responsáveis por falhas precoces. Fazemos referência às normas ASTM (American Society for Testing and Materials) e ISO (International Organization for Standardization) para o ajudar a identificar os riscos durante a fase de aquisição.

Discrepâncias de grau de material e questões de pureza

Muitos contratos de compra especificam a utilização do aço inoxidável SUS304. No entanto, nem todos os "aços inoxidáveis" possuem as mesmas propriedades mecânicas.

Causa principal: Sucata reciclada e substituição de material

• Questões de pureza dos materiais: Os fornecedores que não cumprem as normas utilizam frequentemente sucata de aço reciclado. Este aço contém impurezas não controladas e porosidade microscópica. Sob carga de tração, estas impurezas actuam como pontos de concentração de tensão, levando à fratura frágil do metal.
• Substituição de grau: Os fornecedores podem substituir o aço inoxidável 201 pelo aço inoxidável 304. O teor de níquel do aço inoxidável 201 é normalmente inferior a 1,5%, enquanto o aço inoxidável 304 deve conter entre 8,0% e 10,5% de níquel. Em ambientes corrosivos, o material 201 oxida rapidamente, levando à degradação da resistência estrutural.

Estratégia de verificação das aquisições

Não confiar apenas na confirmação verbal. Executar os seguintes passos:

• Solicitar documentação: O fornecedor deve apresentar um relatório de ensaio de materiais (MTR/certificado de fabrico) para cada remessa.
• Normas de referência: Assegurar que os materiais estão em conformidade com ASTM A240 ou ASTM A276.
• Controlo de qualidade de entrada (IQC): Utilize um analisador portátil de fluorescência de raios X (XRF) para verificar o teor de níquel (Ni) e crómio (Cr). Se o teor de níquel for inferior ao padrão, o lote não está em conformidade.

Falta de tratamento térmico nos pinos

Na conceção de dobradiças para serviços pesados, o pino suporta a carga de cisalhamento primária. A dureza do pino determina diretamente a vida útil da dobradiça.

Causa principal: Baixa dureza que leva a desgaste e falha por cisalhamento

Os pinos de dobradiça de alta qualidade para serviços pesados requerem tratamento térmico (como a têmpera) para atingir uma dureza superficial de HRC 50-55.

Se um fornecedor omitir o processo de tratamento térmico e utilizar barras de aço comuns estiradas a frio, a dureza dos pinos será insuficiente.

• Consequência 1: Desgaste rápido do pino, provocando uma redução do diâmetro.
• Consequência 2: Deslizamento da porta e desvio do alinhamento.
• Consequência 3: Sob cargas elevadas, os pinos macios dobrar-se-ão ou sofrerão uma falha de corte imediata.

Estratégia de verificação das aquisições

Durante a fase de revisão do desenho técnico, confirmar os seguintes pormenores:

• Inquérito ao processo: Pergunte ao fornecedor: "Os pinos são tratados termicamente? Qual é a especificação da dureza da superfície?"
• Verificação da conceção: Confirmar se a conceção da dobradiça inclui casquilhos. Os casquilhos de latão ou impregnados de óleo reduzem a fricção direta entre metais.
• Normas de referência: Consultar a norma ISO 683-17 relativo às condições técnicas de fornecimento de aços tratados termicamente.

Carga nominal estática vs. tensão de aplicação dinâmica

A "Carga Máxima" numa folha de especificações refere-se normalmente à Carga Estática. No entanto, as aplicações do mundo real envolvem normalmente Carga Dinâmica.

Fator de segurança insuficiente

Quando uma porta é fechada com uma pancada, é afetada pelo vento ou vibrada durante o transporte, a força exercida sobre a dobradiça aumenta significativamente.

• Facto físico: Uma porta de 20 kg pode gerar 80 kg de força de impacto durante os choques do veículo (calculada com base na aceleração 4G).
• Erro de seleção: Se uma dobradiça for selecionada apenas com base no peso estático sem um fator de segurança suficiente, a dobradiça irá fraturar sob impacto.

Estratégia de verificação das aquisições

Ao selecionar um modelo, é necessário calcular o fator de segurança.

• Aplicação estática (interior/estacionária): O fator de segurança recomendado é de 1,5x.
• Aplicação dinâmica (exterior/veículo/utilização frequente): O fator de segurança recomendado é de 3,0x ou superior.
• Conselhos práticos: Forneça ao fornecedor os dados do seu cenário de aplicação. Solicitar que ele recomendar modelos baseados na ASCE 7-16 (Wind Load Standards) ou normas de engenharia semelhantes.

Fragilização por hidrogénio em processos de galvanização

Se uma dobradiça de aço-carbono fraturar subitamente pouco tempo depois da instalação e a superfície de fratura for plana sem deformação, a causa é normalmente a fragilização por hidrogénio.

Causa principal: Falha na remoção do hidrogénio residual

Durante a decapagem ácida e a galvanoplastia, os átomos de hidrogénio penetram no aço. Se o aço não for cozido imediatamente após a galvanização, estes átomos de hidrogénio causam uma pressão interna extrema. Isto torna o aço altamente frágil.

Além disso, se a espessura do revestimento for insuficiente (inferior a 5-8 microns), a dobradiça não passará nos testes básicos de resistência à corrosão.

Estratégia de verificação das aquisições

Para dobradiças de aço-carbono com tratamento de superfície, o controlo do processo é obrigatório.

• Questão crítica: Pergunte ao fornecedor: "A cozedura de desembalagem é efectuada após o revestimento? Qual é a temperatura e a duração específicas?" (A prática padrão é tipicamente 200°C durante 4 horas).
• Requisitos do teste: Solicitar um relatório de ensaio de projeção salina ASTM B117 a um laboratório externo.
• Normas de referência: Consultar a norma ASTM F519 relativamente a avaliação mecânica da fragilização pelo hidrogénio durante os processos de revestimento.

Alegações de ciclo de vida não verificadas

Os fornecedores podem afirmar que a vida útil de um produto é de "50.000 ciclos". No entanto, sem o apoio de dados de ensaio, este número não tem qualquer significado.

Falta de ensaios de fadiga

Ignorar os testes de fadiga leva a um dos defeitos ocultos mais comuns das dobradiças de veículos pesados: falha estrutural sob carga cíclica e tempo significativo. Muitas pequenas fábricas não possuem laboratórios de ensaio. Rotulam os parâmetros de vida útil com base em suposições.

Na utilização real, a fadiga do metal provoca a fratura da dobradiça antes de atingir 10% da vida útil prevista.

Estratégia de verificação das aquisições

Exigir provas objectivas.

• Auditoria de laboratório: Durante as auditorias às fábricas, verifique se o laboratório tem uma máquina de ensaios de fadiga a funcionar.
• Certificação por terceiros: Para projectos críticos, exigir relatórios de ensaio da SGS ou da TÜV.
• Normas de referência: A norma europeia EN 1935 define claramente os graus de durabilidade para dobradiças (por exemplo, grau 12 ou grau 13).

Implementação de aquisições com base no valor

A redução do preço de compra unitário é importante, mas não à custa da fiabilidade. Se uma dobradiça de qualidade inferior causar uma avaria no terreno, o custo de reparação excederá em muito as poupanças na aquisição.

Para identificar e eliminar estes defeitos das dobradiças de serviço pesado antes de chegarem à sua linha de montagem, os gestores de aprovisionamento devem concentrar-se em:

1. Verificação da composição química do material.
2. Confirmação da dureza do tratamento térmico dos pinos.
3. Cálculo de coeficientes de segurança com base em cargas dinâmicas.
4. Controlo rigoroso dos processos de revestimento e de fragilização.
5. Exigir dados reais de ensaios de ciclo de vida.

Próximos passos

Se o seu equipamento funciona em ambientes agressivos, recomendamos uma revisão imediata das especificações actuais das suas dobradiças.

Oferecemos consultoria técnica gratuita. Contacte a nossa equipa de engenharia e ajudá-lo-emos a analisar a sua lista de materiais (BOM) atual e a fornecer uma "Lista de verificação de inspeção de qualidade de dobradiças para trabalhos pesados (PDF)" para o ajudar a aperfeiçoar os seus padrões de qualidade de entrada.

Perguntas mais frequentes

Q1: Como é que posso saber rapidamente a diferença entre o aço inoxidável 304 e 201 sem um laboratório? A: O método de campo mais fiável é utilizar uma pistola PMI (Positive Material Identification) portátil ou um analisador XRF. Este dá uma leitura imediata dos níveis de níquel e crómio. Os testes magnéticos não são fiáveis porque o trabalho a frio pode tornar o 304 ligeiramente magnético.

Q2: Qual é o requisito padrão do teste de névoa salina para dobradiças exteriores? A: Para ambientes exteriores normais, recomendamos um mínimo de 96 horas numa Ensaio de pulverização salina neutra (NSS) de acordo com a norma ASTM B117. Para ambientes costeiros ou marítimos, especificar aço inoxidável SUS316 ou um acabamento classificado para mais de 500 horas.

P3: Porque é que as minhas dobradiças ficam presas mesmo que não estejam ferrugentas? A: Isto deve-se frequentemente à "gripagem" (soldadura a frio) entre a cavilha e a articulação. Isto acontece quando metais semelhantes friccionam um contra o outro sob carga elevada sem lubrificação. Assegure-se de que as suas dobradiças utilizam casquilhos de latão ou impregnados de óleo para evitar esta situação.

P4: Posso utilizar uma dobradiça com capacidade para 100 kg numa porta de 100 kg? A: Geralmente, não. A carga nominal é normalmente estática. Se a porta se mover, vibrar ou enfrentar resistência ao vento, é necessário um fator de segurança. Para uma porta de 100 kg, recomendamos normalmente uma dobradiça classificada para pelo menos 150 kg a 200 kg para ter em conta as tensões dinâmicas.