Informazioni sulle prove
La prova tensione residua è una verifica tecnica che misura le sollecitazioni interne permanenti presenti in un componente meccanico o in una struttura metallica dopo processi di lavorazione, saldatura, trattamento termico, deformazione plastica o fusione; ZHONGXI Testing fornisce un servizio di prova tensione residua di terza parte per componenti industriali, semilavorati e strutture saldate, con l'obiettivo di quantificare lo stato di sforzo interno prima dell'esercizio o dopo interventi di manutenzione. Le tensioni residue influenzano infatti la stabilità dimensionale, la resistenza a fatica, la susceptibilità alla fessurazione a freddo e al cedimento improvviso, e la loro caratterizzazione è richiesta nei settori automotive, aerospaziale, navale, petrolchimico, della generación energetica, delle costruzioni metalliche e della lavorazione meccanica di precisione.
Lo scopo della prova è duplice: da un lato valutare se il livello e la distribuzione delle tensioni residue rientrano nei limiti accettabili previsti dalle specifiche di prodotto o di progetto, dall'altro verificare l'efficacia dei trattamenti di distensione, come la normalizzazione, il ricottura di distensione, il martellamento a ultrasuoni o il peening con pallini di vetro. Le tecniche impiegate si suddividono in metodi distruttivi, come il metodo del foro con estensimetri (hole-drilling) e il metodo della rimozione strato per strato, e metodi non distruttivi, come la diffrazione di raggi X, la diffrazione di neutroni e l'analisi ultrasonora. La scelta del metodo dipende dallo spessore del componente, dal materiale, dal grado di informazione richiesto in profondità e dalla possibilità o meno di prelevare o modificare il pezzo.
Il processo tipico di prova inizia con la definizione del piano di misura, che comprende l'individuazione dei punti di indagine sulla superficie del componente, la preparazione locale della superficie mediante decapaggio elettrolitico o carteggiatura controllata per rimuovere eventuali tensioni indotte dalla lavorazione, e l'esecuzione della misura vera e propria. Nel caso della diffrazione di raggi X si misura lo spostamento del picco di diffrazione del piano reticolare per calcolare la deformazione del reticolo cristallino e, attraverso le costanti elastiche del materiale, la tensione. Nel metodo del foro si esegue un foro di piccolo diametro, in genere 1,8 mm, al centro di una rosetta estensimetrica a tre griglie, e si registra il rilassamento delle deformazioni da cui si risale alle tensioni residue preesistenti. I parametri fondamentali riportati comprendono la tensione residua superficiale nelle due direzioni principali, il profilo tensionale in funzione della profondità, l'angolo di direzione della tensione massima e la distribuzione delle tensioni lungo una linea o una griglia di punti.
Le applicazioni tipiche riguardano giunti saldati di piastre e tubazioni, alberi e componenti rotanti after rettifica, lame e utensili trattati termicamente, stampi per pressofusione, strutture aeronautiche in leghe di alluminio, componenti automobilistici after lo shot peening e pezzi fusi in ghisa o leghe di alluminio. In tutti questi casi la prova tensione residua fornisce i dati quantitativi necessari per il controllo del processo produttivo, l'analisi delle cause di rottura e la validazione tecnica dei cicli di lavorazione.
Strumenti di prova
- Giunti saldati di acciai bassolegati ad alta resistenza S690QL e S960QL, suscettibili a fessurazione a freddo indotta da tensioni residue.
- Giunti saldati di acciai inossidabili austenitici AISI 304 e AISI 316L, con valutazione della distorsione tensionale dopo saldatura TIG.
- Giunti saldati di acciai inossidabili duplex 2205 e superduplex 2507, dove le tensioni residue favoriscono la corrosione sotto tensione.
- Componenti after trattamento di shot peening, come molle, alberi a gomito e denti di ingranaggi, con verifica della compressione superficiale indotta.
- Lamiere after laminazione e after raddrizzatura a rulli, con misura della tensione residua responsabile del difetto di svergolamento.
- Componenti after rettifica di precisione, come perni, bussole e colonne guida, in cui la rettifica induce tensioni di trazione superficiali.
- Strutture after piegatura e formatura a freddo di lamiere per carrozzeria automobilistica in acciai DP590, DP780 e DP980.
- Piastroni e componenti navali after taglio plasma e taglio laser, con caratterizzazione della zona termicamente alterata.
- Componenti aeronautici in lega di alluminio 7075-T6 e 2024-T351 after lavorazione alle macchine utensili a controllo numerico.
- Fusioni in lega di alluminio A356 e ADC12 per automotive, con valutazione delle tensioni di solidificazione.
- Fusioni in ghisa grigia GJL-250 e ghisa sferoidale GJS-400-18 after distensione termica.
- Componenti after trattamento di carburazione e nitrurazione, con profilo tensionale nello strato indurito.
- Tubazioni per il settore petrolchimico after saldatura di giunti circonferenziali, con scansione tensionale lungo il generatore.
- Scambiatori di calore e piastre tubolari after espansione dei tubi nel tubo-tubo.
- Rotabili ferroviari, ruote e assali after forgiatura e trattamento termico, con misura delle tensioni circumferenziali.
- Componenti after martellamento a ultrasuoni e after lavaggio con getto d'acqua ad alta pressione dei cordoni di saldatura.
- Stampi per pressofusione di leghe di alluminio e magnesio in acciai tool H13 e 1.2344, soggetti a fatica termica.
- Componenti after deposizione di rivestimenti mediante saldatura a plasma PTA e HVOF, con valutazione delle tensioni all'interfaccia.
- Componenti after stampaggio a caldo e tempra in pressa di acciai 22MnB5 per strutture di sicurezza veicolari.
- Lamiere after laminazione di acciai elettrici a grana orientata per nucleo di trasformatori, dove le tensioni residuelle degradano le perdite magnetiche.
- Componenti after saldatura a attrito con mescolamento FSW di leghe di alluminio 6082-T6 e 5083-H111.
- Componenti after ricottura di distensione in forno, con confronto del livello tensionale prima e dopo il trattamento.
- Strutture after saldatura ad arco sommerso di grandi spessori superiori a 40 mm per carpenteria pesante.
- Componenti after stampa additiva a fusione laser di letti di polvere in leghe IN718, 316L e Ti-6Al-4V, caratterizzati da elevati gradienti tensionali.
- Componenti after piegatura di profilati estrusi in alluminio 6063 e 6082 per strutture edili.
- Componenti after rullatura di fori e bordi di fori in strutture aeronautiche, con verifica della compressione indotta.
- Componenti after saldatura a punto e a rullo di lamiere sottili per carrozzeria, con misura della tensione locale attorno ai punti.
- Componenti after decapaggio e zincatura a caldo, con valutazione dell'effetto termico del bagno di zinco fuso.
Riepilogo
La prova tensione residua comprende la misura delle tensioni residue superficiali, la direzione delle tensioni principali e il profilo tensionale in funzione della profondità, eseguita con metodi diffrattometrici, con il metodo del foro estensimetrico e con tecniche non distruttive ultrasonore e magnetiche. Il servizio si applica a componenti saldati, trattati termicamente, pallinati, lavorati alle macchine utensili e ottenuti per stampa additiva, su un'ampia gamma di acciai, leghe di alluminio, titanio e superleghe. I tempi di esecuzione sono di norma compresi tra 7 e 15 giorni lavorativi, con preventivi formulati in base al numero di punti di misura e alle profondità di indagine richieste.