ワイヤー ロープ アルミニウム スリーブ: かしめ強度、サイズおよび破損モード

アルミニウムスリーブは単なるピンチポイントではなく、冷間圧接による機械的結合を実現します

A ワイヤーロープアルミスリーブ 正しくはスエージ スリーブまたはフェルールとして知られ、ワイヤ ロープの端をアイまたはスプライスに永久的に固定する終端金具として機能します。適切なスウェージツールで圧縮すると、延性のあるアルミニウム素材が個々のワイヤストランドの周囲で塑性変形し、ストランド間の谷に流れ込み、 冷間成形された機械的インターロックにより、ロープ断面のすべてのストランドに引張荷重が均等に分散されます。 。楕円形のアルミニウム スリーブを使用して、亜鉛メッキまたはステンレス鋼のワイヤ ロープにスリーブを正しくかしめると、次の保持強度が達成されます。 ワイヤロープの最低破断強度の85%～90% スリーブ長さ、かしめ前の内径、かしめ後の圧縮仕様がすべて満たされている場合。使用されるアルミニウム合金（通常、鍛造形状の 5052 または 6061、または鋳造形状の A380）は、圧縮時の延性、ワイヤ ロープ材料との腐食適合性、および荷重がかかったロープのストランドが自由に引っ張ろうとするフープ応力に耐えるためにスリーブのスエージ後の強度を高める加工硬化挙動の組み合わせを考慮して選択されます。

楕円形スリーブとストップ スリーブ: 異なる機能を実現する 2 つの異なるコンポーネント

ワイヤ ロープ アルミニウム スリーブという用語には、機能的に異なる 2 つのハードウェア タイプが含まれており、混同されることがよくあります。アン フランダース・アイ・スリーブとも呼ばれる楕円形スリーブは、ワイヤー ロープ ループの両脚を受け入れる 2 つの平行な内部穴を持つ細長い楕円形のプロファイルを持っています。 。幅全体にスエージ加工され、両方の穴を同時に圧縮し、ワイヤ ロープの端に永久アイを作成するための主要な耐荷重終端です。対照的に、ストップ スリーブは 1 つの貫通穴を備えた短い円筒形のアルミニウム チューブで、1 つのワイヤ ロープの脚に直接かしめられて機械的なストップを作成します。たとえば、ワイヤ ロープがプーリー ブロックを通過するのを防ぐリテーナーや、楕円形のスリーブを通過した後にワイヤ ロープの尾部を固定するストップなどです。この 2 つを混同し、耐荷重の終端に楕円形のスリーブが必要な場合にストップ スリーブを使用すると、接続が失敗します。 ロープの破断強度の 40% 未満 これは、ストップスリーブが片方の脚のみに係合し、デュアルボア楕円形設計のバランスの取れた荷重分散が欠けているためです。

サイジングプロトコルと不一致の結果

アルミニウム スリーブは、非常に狭い公差範囲で特定のワイヤ ロープ直径に合わせてサイズ設定されます。かしめ前のスリーブ穴の内径は、 公称ロープ直径より 0.2 ～ 0.5 ミリメートル大きい 圧縮中にアルミニウムが埋める必要のある隙間を最小限に抑えながら、ロープが詰まることなく通過できるようにします。 1 サイズ大きすぎるスリーブはロープのストランドに十分に圧縮されません。アルミニウムはストランドの隙間に完全に流入する前に圧縮限界に達し、応力集中点として機能する内部空隙が残り、保持強度が最大 30% 低下します。 1 サイズ小さすぎるスリーブはストランドを損傷せずにロープに通すことができず、無理にスリーブを通すと個々の外側ワイヤがずれてねじれ、終端部に最も高い応力がかかる正確な点で断面が弱くなります。メーカーが発行するスリーブのサイズ表は、各ロープの直径と特定のスリーブの部品番号を一致させており、サイズはロープの構造に固有のものです。同じ公称直径の 6x19 ファイバーコア ロープと 7x19 の独立したワイヤロープコア ロープでは、異なるスリーブの仕様が必要になる場合があります。これは、異なるストランド パッキング形状により実際の外径がわずかに異なるためです。

スエージ前検査とテール長さの規定

圧縮前に、スリーブから突き出ているワイヤ ロープの尾部は、スエージング中にロープが滑らないことを視覚的に確認できる程度に十分な長さでなければなりません。標準的なルールは、 テールの最小長は、楕円形スリーブの場合は 1 つのスリーブの長さに相当し、ストップ スリーブの場合は 2 つのロープの直径に相当します。 。スエージング後、テールがスリーブ内に引っ込んでいる場合は、圧縮中にロープが滑ったため、終端を切断して再作成する必要があります。尾部は二次的な安全対策のための材料も提供します。重要な吊り上げ用途では、尾部にワイヤーが取り付けられるか、バックアップ保持器として追加の停止スリーブが取り付けられることがよくあります。

スウェージングツールの要件とハンドツールと油圧の決定

ワイヤ ロープのアルミニウム スリーブを圧縮するには、指定されたかしめ後の寸法に制御された平行側面の圧縮を適用するかしめツールが必要です。ホームセンターのボルト カッターやハンマーとパンチでは、安全なかしめを作成できません。直径 5 ミリメートルまでのワイヤ ロープの楕円形スリーブに使用できる最小ツールは、 正しい圧縮後のプロファイルに機械加工された硬化鋼ジョーを備えた手動スエージングツール 。これらのツールは、手の力を顎の面で数トンの圧縮圧力に倍増させる複合てこ作用設計です。ロープ直径が 5 ミリメートルを超える場合、アルミニウム スリーブをロープ構造に完全に圧縮するのに必要な 8 ～ 15 トンの安定した力を生成するには、交換可能なダイスを備えた油圧スウェージング プレスが必要です。スエージングツールの重要な品質指標は、再現可能なスエージ後の寸法（通常、圧縮されたスリーブの最も広い点でのゲージ測定値として指定されます）を生成できる能力です。ジョーが摩耗したり、バネがかかったり、スリーブのサイズと一致しないツールでは、見た目には許容できるように見えても、定格荷重を下回ると、圧縮が不十分なスリーブが生成されます。

Go/No-Go ゲージとスエージ後の検証

圧縮後、かしめられたスリーブは、スリーブの製造元が提供する、または製造元のデータシートに指定されているゴー/ノーゴーゲージでチェックする必要があります。ゲージは、 スリーブの圧縮幅は許容範囲内にあります。通常は、かしめ後の公称寸法からプラス 0.2 ミリメートル、マイナス 0.1 ミリメートルです。 。ゲージ上でオーバーサイズを測定したスリーブは圧縮が不十分であるため、完全な保持強度が得られません。サイズが小さいスリーブは過剰に圧縮されており、アルミニウムに亀裂が入ったり、内部のワイヤ ロープのより線が潰れたりして、破損の開始点が生じる可能性があります。ゲージチェックは、吊り上げ、索具、または安全性が重要な用途ではオプションではありません。これは、かしめが正しく行われたことを客観的に検証する唯一の方法です。

リフティング用途向けのダブルスリーブ標準

ASME B30.9 および EN 13411-3 を含む、ワイヤ ロープ スリングおよびリフティング アセンブリの業界規格では、アルミニウムの楕円形スリーブで終端されたフランダース アイ スプライスを使用することが求められています。 ワイヤロープの直径が 6 ミリメートルまでの場合は少なくとも 1 つのスリーブ、直径が 6 ～ 12 ミリメートルの場合は 2 つのスリーブ、直径が 12 ミリメートルを超える場合は 3 つのスリーブ 。袖は尾に沿って均等に配置されており、最初の袖はできるだけ目の喉に近い位置に配置され、その後の袖は約 1 袖の長さの間隔で配置されます。マルチスリーブ要件は、それ自体が冗長性を目的とするものではありません。これは、単一のスリーブが引張荷重全体を 1 点に集中させるという事実に対処しており、そのスリーブが製造上の欠陥、腐食、仕様外のスエージなどによって損傷した場合、警告なしに終端全体が失敗します。複数のスリーブが荷重を分散し、進行性の故障を示します。最初のスリーブが滑り始めると、荷重が 2 番目のスリーブに移動し、最初のスリーブからの尾部の突出量が目に見えて変化し、定期検査中に故障の進行を検査官に警告します。

腐食に関する考慮事項とアルミニウムとスチールのガルバニック互換性

スチール ワイヤ ロープと接触しているアルミニウム スリーブは、雨水、塩水噴霧、または工業用大気中の湿気などの電解質の存在下でガルバニック カップルを生成します。アルミニウムはガルバニックシリーズで鋼に対して陽極処理されます。 アルミニウムスリーブはスチールワイヤーロープを保護するために優先的に腐食します。 。乾燥した屋内用途では、このガルバニック効果は無視できるほどであり、スリーブはロープよりも長持ちします。海洋環境、沿岸の屋外施設、または化学処理施設では、電気腐食速度が劇的に加速します。これらの環境を軽減するには、最小限の陽極酸化アルミニウム スリーブを選択することが含まれます。 アルミニウムとスチールを電気的に絶縁する 15 ミクロンの陽極酸化層 、使用する前にかしめられたアセンブリにジンクリッチプライマーを塗布し、検査間隔を短縮して、端子の強度が損なわれる前にスリーブ壁の薄化を検出します。ステンレス鋼スリーブ（304 または 316 グレードで入手可能）は、ステンレス鋼ワイヤ ロープと一緒に使用すると電気腐食の問題を完全に排除しますが、ステンレス鋼はアルミニウムに比べ降伏強度が大きいため、より高いかしめ力が必要になります。

一般的な故障モードとフィールドの特定

ワイヤ ロープのアルミニウム スリーブ終端は、目に見えるインジケーターを備えた限られた数の予測可能なメカニズムによって失敗します。最も一般的な失敗は、 ロープの引き出し。ワイヤ ロープが荷重を受けて圧縮されたスリーブをすり抜け、スリーブが切り離された尾部の所定の位置に残ります。 。これは、圧縮不足、スリーブのサイズが間違っている、またはロープの表面が汚れていて、アルミニウムがワイヤを掴むのを妨げていることを示しています。 2 番目のモードはスリーブ破壊で、通常はアルミニウムの延性限界を超えた過圧縮により、アルミニウムが圧縮軸に沿って縦方向に亀裂を生じます。 3 つ目は、スリーブ出口点でのワイヤ ロープの疲労破壊です。これは、剛性のスリーブ部分と柔軟なフリー ロープの間の急激な移行によって引き起こされ、曲げ応力の集中が生じます。この破損モードは、アイにシンブルを使用することで緩和されます。これにより、制御された曲げ半径が得られ、スリーブとロープの境界面での周期的な曲げ応力が軽減されます。 4 番目のモードは、腐食によるスリーブ壁の薄化です。この場合、残りの壁が荷重によるロープの半径方向の膨張を抑えることができなくなるまで、アルミニウム スリーブの断面積が減少し、スリーブの分割につながります。これらの各故障モードは、致命的な故障が発生する前に有能な検査によって特定できる診断証拠を残します。

ステンレスワイヤーロープとアルミスリーブ専用ケース

アルミニウム スリーブをステンレス鋼ワイヤ ロープに使用する場合、その組み合わせでは亜鉛メッキ ロープの場合を超えて特別な考慮事項が必要になります。ステンレス鋼ワイヤーロープには、 亜鉛メッキロープよりも滑らかな表面仕上げと低い摩擦係数 これは、保持力の摩擦成分の減少を補うために、アルミニウム スリーブがストランドの形状に深く機械的にかみ合う必要があることを意味します。これは、同じ直径の亜鉛メッキロープよりもステンレスロープの加締め後の寸法をわずかに小さく指定することで実現され、圧縮率を効果的に高めてアルミニウムをより深くストランドの谷に押し込みます。さらに、アルミニウムとステンレス鋼の間のガルバニック電位は、 アルミニウムと炭素鋼の間では0.3ボルトであるのに対し、海水では約0.5ボルトです。 これは、海洋環境におけるステンレスロープのアルミニウムスリーブは、亜鉛メッキロープの同じスリーブよりもかなり早く腐食することを意味します。屋外または海洋サービスにおけるステンレスとアルミニウムの組み合わせでは、亜鉛プライマーを使用した陽極酸化スリーブ戦略がオプションではなく必須になります。

代替スリーブ材質と銅および亜鉛のオプション

ワイヤ ロープの終端に使用できるスリーブの材料はアルミニウムだけではなく、特定の用途では代替材料の恩恵を受けることができます。 C12200 リン脱酸銅として指定されている銅スリーブは、銅は衝撃や摩耗時に火花を発生しないため、鉱山や爆発性雰囲気で使用されるワイヤ ロープの標準です。 。銅スリーブは、銅の降伏強度が高いため、同じサイズのアルミニウム スリーブよりも約 15% 多くの圧縮力を必要とし、正しくかしめられた場合、アルミニウムに匹敵する保持強度を備えた終端を生成します。高純度の亜鉛合金から製造された亜鉛スリーブは、水中および水中用途向けに仕様化されており、亜鉛は機械的な終端とワイヤ ロープを腐食から保護する犠牲陽極の両方の役割を果たします。亜鉛スリーブは時間の経過とともに意図的に消耗され、その肉厚は、機械的終端が設備の設計寿命の間機能し続けることを保証する腐食許容値を考慮して指定されています。前述のとおり、ステンレス鋼スリーブは、腐食環境でのステンレス ロープ アセンブリや、スリーブの腐食による酸化アルミニウムの粉塵が許容できない食品グレード、医薬品、クリーンルームの装備に最適です。

スリーブとロープの両方を保護するシンブルの役割

シンブルは、スリーブがかしめられる前にワイヤ ロープ終端のアイの内側に配置される、溝付きの金属またはプラスチックのインサートです。その機能は次のとおりです。 アイの内側のカーブで制御された曲げ半径を維持し、アイが取り付けられているものの支持面によってワイヤロープが平らに押しつぶされるのを防ぎます。 。アルミニウム スリーブ終端の場合、シンブルは追加の重要な機能を果たします。負荷によりアイ スロートのロープのストランドがよじれるのを防ぎます。これにより、スリーブのすぐ近くに応力集中が生じ、ワイヤの早期疲労破壊につながる可能性があります。特定のロープ直径に対応する標準シンブルは、 最小曲げ半径はロープ直径の 2.5 ～ 3 倍 目の喉のところに。シンブル (ソフト アイと呼ばれる構成) がないと、取り付けピンまたはシャックルによってロープは非常に狭い半径で曲がり、最初の荷重サイクルで曲がりの内側のワイヤが弾性限界を超えて圧縮され、最も応力が高い箇所でロープに永久的な損傷を与えます。アルミニウム スリーブ終端を備えたソフト アイは、ロープが使用荷重制限に決して近づかず、疲労が保守上の考慮事項ではない、重要ではない静的用途にのみ許容されます。