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Misura tensioni residue


Definizione e misura delle tensioni residue

Tutte le sollecitazioni che insorgono nei materiali anche in assenza di carichi esterni sono dette tensioni residue. Le tensioni residue possono dunque essere originariamente presenti nel componente anche a nostra insaputa: al pari di ogni altra tensione, si compongono alle sollecitazioni indotte dai carichi applicati. Ne consegue che le tensioni residue influenzano il comportamento dei componenti meccanici potendo comprometterne la stabilità strutturale, quella dimensionale, nonché la resistenza alla frattura ed alla fatica: infatti, uno stato di tensione residua di trazione facilita la propagazione di un´eventuale cricca e quindi riduce la vita a fatica di un componente meccanico. Le tensioni residue limitano dunque la capacità di carico e la sicurezza dei componenti meccanici durante il loro esercizio, e possono trovare un´efficace risposta solo se sono note sia quantitativamente che qualitativamente.

Modalità di misura delle tensioni residue: i metodi estensimetrici

La misura delle tensioni residue con metodi estensimetrici puó essere semi-distruttiva o distruttiva; i metodi più importanti sono i seguenti:

  • Asportazione consecutiva di strati (Layer removal)
  • Metodo di Sachs (foratura interna)
  • Metodo del sezionamento (Sectioning method)
  • Metodo della rosetta forata (Hole drilling method)
  • Metodo della cava anulare (Ring core method).

Misura delle tensioni residue con metodo della rosetta forata

Tra i metodi di misura delle tensioni residue troviamo il "metodo della rosetta forata", una tecnica non invasiva caratterizzata da un´ottima accuratezza unita ad un basso costo di applicazione. Il principio alla base di tale metodologia è quello di alterare l´equilibrio dello stato tensionale attraverso un foro di ridotte dimensioni - in genere 1,8mm x 2mm - per poi misurare la deformazione indotta attraverso l´utilizzo di un estensimetro elettrico a rosetta e ricavare di conseguenza la misure delle tensioni residue.

Schema del processo di misura delle tensioni residue con metodo della rosetta forata

Il procedimento utilizzato per rilevare le tensioni residue all´interno dei materiali con il metodo della rosetta forata é il seguente:

  • applicazione di una rosetta estensimetrica a tre griglie radiali<;/li>
  • applicazione di un foro passante o cieco centrato con la rosetta;
  • misura della deformazioni prodotte dal rilassamento delle tensioni residue;
  • calcolo delle tensioni residue mediante l´elaborazione delle deformazioni misurate.
SINT Technology produce e commercializza Il sistema MTS3000 o RESTAN (Residual Stress Analyzer) che permette di realizzare misure di tensione residua con il metodo del foro e di elaborare i dati così acquisiti mediante quattro possibili sistemi di calcolo che sono:
  • Standard ASTM E837-08 (tensioni uniformi)
  • Standard ASTM E837-08 (tensioni non uniformi)
  • Metodo Integrale
  • Metodo di Kockelmann
In particolare, lo standard ASTM E837-08 risulta essere l´unico standard esistente nel campo della misura delle tensioni residue.

Importanza della misura delle tensioni residue

La misura delle tensioni residue è rilevante in particolare nell´ambito della progettazione dei componenti meccanici, in quanto permette di rilevare dati utili ad attuare decisioni fondamentali sulle modalità di lavorazione dei materiali. Questo aspetto è importante specialmente durante tutte quelle fasi che possono modificare la struttura, la forma e le dimensioni dei componenti al fine di eliminare il manifestarsi di rotture del materiale, fermi macchina o malfunzionamenti meccanici.