Numero 1 2007 - IIS

Figura 14 - Applicazione di measuring balls
o di estensimetri per la misura delle
deformazioni radiali.
spessore finito adottando la variante con
fori ciechi.
Assumendo che lo stato tensionale non
vari o vari in maniera trascurabile
appena al di sotto della superficie del
componente (quindi, in funzione
della quota z), il metodo con fori
ciechi può essere utilizzato introducendo
solo una modifica ai
parametri A e B, descritti in precedenza
(indicativamente, la profondità t del foro
può essere assunta pari a circa 1.2 volte
il suo diametro).
D’altra parte, è pure possibile tenere in
considerazione la variazione delle
tensioni residue in funzione della quota z
applicando il metodo in modo incrementale,
variando cioè gradualmente la
profondità t del foro.
4.4.2 Metodo per estrazione di inserti
circolari
Un’alternativa al metodo per esecuzione
di fori è il metodo (detto di Gunnert e
Kunz) che prevede la misura degli stati
di deformazione sul componente dopo
avere ricavato sullo stesso dei blocchi a
geometria cilindrica, di opportune
dimensioni, adeguatamente corredati
con sistemi di misura.
Il metodo può essere considerato un’alternativa
al metodo con fori ciechi, nel
caso di tensioni costanti o variabili in
funzione della quota z.
Il principio è consentire ad una superficie
di riferimento, a geometria circolare
appunto, di distendersi completamente
eliminando i vincoli esercitati dal
materiale adiacente: allo scopo è praticato
appunto un foro cilindrico sino ad
una profondità minima, oltre la quale
non si verificano ulteriori rilassamenti
superficiali.
M. Murgia - Origine delle tensioni residue in saldatura, metodologie tradizionali di misura, precauzioni e rimedi
d
Figura 15 - Posizionamento di rosette
estensimetriche.
Identificata un’idonea base di misura, è
possibile risalire analiticamente alle
tensioni σ I e σ II, con riferimento a
modelli elastici di comportamento del
materiale (legge di Hooke):
σI + σII = - E / 2(1-ν) (ε00 + ε45 + ε90 + ε135) σI - σII = E / 2(1+ν) [(ε00 - ε90) 2 + (ε90 - ε135) 2 ] 1/2
d 0
Di fatto, è possibile successivamente
applicare le stesse relazioni descritte per
il metodo per esecuzione di fori, tenendo
conto dei necessari aggiustamenti in
funzione del numero dei punti di misura.
4.4.3 Misura delle tensioni residue per
diffrazione di raggi X
Tra i metodi non distruttivi per la misura
delle tensioni residue particolare rilievo
assume quello basato sulla diffrazione di
radiazioni ionizzanti, in particolare i
raggi X.
Il principio fisico si basa appunto sulla
diffrazione originata dall’interazione tra
le radiazioni ed i reticoli cristallini del
materiale, la quale risulta essere
funzione delle costanti reticolari del reticolo
stesso e, in definitiva, degli stati
tensionali applicati, per confronto con lo
stato non tensionato del reticolo.
In particolare, si osserva che un fascio
monocromatico di radiazioni X, incidente
sulla superficie in esame in modo
normale, produce effetti di diffrazione
che possono essere rilevati ad una data
distanza dall’asse del fascio incidente
con opportuni sistemi di rivelazione
(pellicole radiografiche o altri metodi).
Dal punto di vista analitico, se θ rappresenta
l’angolo di diffrazione (angolo di
Bragg), λ la lunghezza d’onda del fascio
(di fatto, si possono impiegare valori
pari a circa 0.05÷0.23 nm) e d la
σ 2
45°
45°
β
σ 1
distanza reticolare si può legare questa
grandezza con una semplice relazione
trigonometrica:
2 d sen (θ) = n λ
in cui si valutano, in genere, i fenomeni
di diffrazione del primo ordine (con n=1,
cioè).
Sul piano sperimentale (Fig. 16), è
possibile ottenere il valore dell’angolo
di Bragg in funzione della distanza r di
massima diffrazione rispetto all’asse del
fascio incidente ed alla distanza di
misura a:
θ = 1 / 2 arctan (r/a)
Considerando quindi la distanza reticolare
d 0 in assenza di stati tensionali, è
possibile stimare lo stato di deformazione
dalla relazione:
ε = (d - d 0) / d 0
Per ottenere i valori degli stati biassiali
di tensione è necessario effettuare
almeno tre misure lungo diversi angoli
φ (ad esempio: φ, φ+π/2, φ+π/4),
impiegando in ogni caso diversi
angoli di misura ψ rispetto all’asse
verticale z.
Con questo metodo l’area di misura
varia tra 0,1 ed 1 mm 2 , la profondità di
misura invece risulta intorno a 10 μm; è
quindi possibile procedere a misure
attraverso lo spessore, per incrementi
successivi della profondità.
Il principale vantaggio del metodo è
certamente il fatto di essere non distruttivo
e di consentire misure quasi
puntuali; d’altra parte, esso può presentare
forti limitazioni nel caso di materiali
caratterizzati da un forte orientamento
della microstruttura (ad esempio,
prodotti lavorati a freddo).
4.4.4 Misura delle tensioni residue per
diffrazione di neutroni
Il principio di questo metodo, di fatto, è
lo stesso descritto al paragrafo precedente
per fasci di radiazioni X monocromatiche.
Una differenza significativa è data dalla
diversa profondità di penetrazione (al
massimo 20 μm nel caso dei raggi X), che
in questo caso può arrivare sino a 50 mm
nel caso degli acciai, 300 mm nel caso di
leghe di alluminio e 30 mm per le leghe di
Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio 2007
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