Definición y medición de las tensiones residuales
Modalidad de medición tensiones residuales internas: los métodos extensométricos
Actualmente hay dos métodos para la medición de tensiones internas de materiales: el método del núcleo anular («ring core»), el método de perforación («hole drilling method»)
La medición tensiones residuales con métodos extensométricos puede ser semidestructiva o destructiva; los métodos más importantes son los siguientes:
- Asportación consecutiva de estratos (layer removal)
- Método de Sachs (perforación interna)
- Método del seccionamiento (Sectioning method)
- Método de la perforaciòn del agujero (Hole drilling method)
- Método de la ranura anular (Ring core method)
Medición de las tensiones residuales con el método de la perforaciòn del agujero (hole drilling method)
Entre los métodos de medición de las tensiones residuales encontramos el método de la perforaciòn del agujero (hole drilling method), una técnica que no es invasiva, caracterizada por una óptima precisión y un bajo coste de aplicación. El principio que sustenta el método es el de alterar el equilibrio del estado tensional a través de un orificio de reducidas dimensiones (en general 1,8mm x 2 mm) . Una vez alterado el equilibrio podemos medir la deformación mediante el uso de un extensómetro eléctrico y obtener, en consecuencia, las medidas de las tensiones residuales.
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Esquema del proceso de medición de las tensiones residuales con el metodo de la perforaciòn del agujero (hole drilling method)
El procedimiento usado para detectar las tensiones residuales en el interior de los materiales con el método de la rosetta es el siguiente:
- Aplicación de un agujero extensométrico con tres celdas radiales
- Ejecución de un orificio pasador o ciego centrado con el agujero
- Medición de las deformaciones producidas por la relajación de las tensiones residuales
- Cálculo de las tensiones residuales mediante la elaboración de los datos de las deformaciones medidas
Sint Technology produce y comercializa el sistema MTS3000 o RESTAN (Residual stress analyzer) que permite realizar mediciones de tensiones residuales internas con el método del orificio y elaborar los datos adquiridos mediante cuatro posibles sistemas de cálcuolo que son:
- Standard ASTM E837-13 (tensiones uniformes)
- Standard ASTM E837-13 (tensiones no uniformes)
- Método integral
- Método de Kocklemann
En concreto, el sistema ASTM E837-13 es el único standard existente en el campo de la medición tensiones residuales y el método del orificio es el único método para el cálculo de la tensión residual que ha sido normalizada en el ámbito mundial con esta norma.
Estándar ASTM E837-13 especifica:
- el número de incrementos de perforación necesarios,
- los coeficientes numéricos para determinar el valor de las tensiones residuales
- el método de procesamiento de datos
- la incertidumbre técnica de medición.
Importancia de la medición de tensiones residuales
La medición tensiones residuales es importante, en concreto, en el ámbito de la proyectación de componentes mecánicos, dado que permite detectar datos útiles y tomar decisiones fundamentales sobre las modalidades de elaboración de los materiales. Este aspecto es importante especialmente durante todas aquellas fases que pueden modificar la estructura, la forma y las dimensiones de los componentes con la finalidad de eliminar posibles roturas del material, bloqueos de la máquina y averías mecánicas.
Todas las fuerzas que actúan sobre los materiales, incluso en ausencia de cargas externas, se llaman tensiones residuals internas. De esta forma, las tensiones residuales pueden estar presentes en el componente o material sin que nosotros seamos conscientes de ello. Por este motivo, las tensiones residuales influencian el comportamiento de los componentes mecánicos y pueden comprometer su estabilidad estructural, dimensional y su capacidad de resistencia a la fractura y el «cansancio»: de hecho un estado de tensión residual de tracción facilita la propagación de una eventual grieta y, por tanto, reduce la vida de un componente mecánico.
Las tensiones residuales internas limitan, en consecuencia, la capacidad de carga y la seguridad de los componentes mecánicos y pueden ser contrarrestadas solo si existe un control que nos permita la medición de las tensiones residuales de forma cuantitativa y cualitativa. El objetivo es determinar las tensiones internas de los componentes a través de una instrumentación y una medición altamente exacta y precisa como la del método del taladro
Tensiones internas: ¿cuáles son las causas?
Las tensiones residuales puede ser causada por los siguientes factores principales:
- calentamiento no uniforme o la refrigeración de un componente durante la fabricación y la fabricación de procesos (por ejemplo, fundición, soldadura, piezas de fundición, tratamiento térmico)
- procesos de mecanizado para retirar virutas o deformación plástica (por ejemplo, torneado y forja)
- tratamientos de calor de superficie (por ejemplo, templado, soldadura o molienda)
- chorro de arena o granallado.
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