Medición de tensiones residuales
La medición de las tensiones residuales es una forma esencial de averiguar si el componente puede soportar las exigentes condiciones de carga y tensión en su vida útil.
¿Qué es la tensión residual?
Independientemente de las cargas externas, existen tensiones internas dentro de las estructuras y los materiales. Estas tensiones se denominan tensiones residuales. Las tensiones residuales inducen una deformación que corresponde a cambios en la separación de la red. Las tensiones residuales se encuentran en equilibrio de forma espontánea como
- Tensiones residuales de tracción, que se consideran perjudiciales
- Tensiones residuales de compresión, que se consideran beneficiosas
- Tensiones de cizallamiento
Por qué es importante la medición de las tensiones residuales
Los procesos de fabricación como el mecanizado, la soldadura, el granallado, el tratamiento térmico y el rectificado generan tensiones residuales. La medición de las tensiones residuales es una forma esencial de averiguar si el componente puede soportar las exigentes condiciones de carga y tensión en su vida útil. También es posible introducirlas intencionadamente con procesos adecuados.
Métodos de medición de las tensiones residuales
Existen muchos métodos para medir las tensiones residuales. Los métodos se agrupan comúnmente como no destructivos, semidestructivos y destructivos o basados en la difracción, en la relajación de la deformación y otros métodos. Todos los métodos de medición de tensiones residuales son indirectos. Las tensiones residuales se calculan o se derivan de una cantidad medida, como la deformación elástica o el desplazamiento.
Métodos de medición de tensiones residuales basados en la difracción:
En los métodos basados en la difracción, la deformación elástica se mide utilizando la ley de Bragg y el cálculo de la tensión se realiza con la ley de Hooke junto con el módulo elástico (E) y la relación de Poisson (v).
Método de difracción de rayos X
Los rayos X tienen una energía elevada y una longitud de onda corta en comparación con la luz visible, lo que los hace ideales para sondear las distancias interplanares (=tensión residual) en materiales cristalinos.
La tecnología de difracción de rayos X proporciona datos fiables e inigualables para la evaluación del control de calidad. Esta técnica es aplicable a todos los materiales cristalinos, incluidos los cerámicos.
El método de difracción de rayos X permite la medición de la tensión absoluta sin necesidad de una muestra sin tensión para la calibración. Los resultados de la medición de la tensión residual se presentan en valores absolutos de MPa.
Método de difracción de neutrones
La difracción de neutrones (ND) proporciona un análisis completo del tensor de tensión residual, σ11 (paralelo a la superficie), σ22 (paralelo a la superficie) y σ33 (normal a la superficie), en componentes gruesos. Al igual que en la XRD, la DN también mide la deformación elástica mediante la ley de Bragg y calcula la tensión con la ley de Hooke junto con el módulo elástico (E) y la relación de Poisson (v). La difracción de neutrones para la medición de la tensión residual no está muy extendida ni es fácilmente accesible debido a los costosos difractómetros estacionarios para la generación de neutrones.
Método de difracción de sincrotrón
La difracción de sincrotrón es una versión de mayor energía de la difracción de rayos X. Es posible utilizar la difracción de sincrotrón para componentes con geometrías complejas, pero normalmente el tamaño del componente es limitado. Sólo hay un pequeño número de instalaciones de sincrotrón en todo el mundo, lo que hace que el método sea menos práctico y rentable.
Medición de tensiones residuales mediante el método de perforación del agujero
El taladrado es la técnica de relajación de tensiones más utilizada para medir las tensiones residuales. El material sometido a tensión se retira perforando un pequeño agujero ciego en la zona de interés y el material que rodea el agujero encuentra espontáneamente un nuevo equilibrio de tensiones. Esto conduce a un desplazamiento de la superficie cerca del agujero.
Método de la galga extensométrica de perforación del agujero
Con el método de las galgas extensométricas se instalan galgas extensométricas especiales en la superficie que se va a medir. La tensión residual se mide en las galgas extensométricas relajadas.
Método de perforación ESPI
Con el método ESPI, los desplazamientos cerca de la superficie se miden mediante interferometría óptica. Los desplazamientos medidos se utilizan entonces para calcular las tensiones que existían en el volumen antes de la perforación.
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¿Cómo se correlacionan los valores de ruido de Barkhausen con las tensiones residuales?
La medición de las tensiones residuales mediante el ruido de Barkhausen no puede aplicarse fácilmente, ya que el ruido de Barkhausen no proporciona valores que puedan convertirse directamente en tensiones residuales.
El ruido de Barkhausen proporciona señales que dependen, entre otras cosas, del estado de tensión residual. El ruido se reduce con las tensiones de compresión y aumenta con las de tracción. Por lo tanto, los cambios de señal permiten sacar conclusiones sobre los cambios/diferencias de la tensión residual en función de la dirección.
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