El método del agujero ciego (hole drilling) es un método mecánico semidestructivo para medir las tensiones residuales con el uso de rosetas extensométricas. El método permite realizar un análisis experimental meticuloso de bajo coste sobre el estado de esfuerzo en materiales y posiciones diferentes. En efecto, en términos de coste, precisión y versatilidad, el método del agujero se considera uno de los métodos semidestructivos más apropiados, universalmente conocidos y aplicados en el ámbito industrial para medir los esfuerzos residuales.
El método del agujero consiste en realizar un pequeño orificio, utilizando una técnica de perforación de alta velocidad desarrollada expresamente, en el centro de una roseta extensométrica especial con un mínimo de 3 rejillas. El proceso de perforación se realiza para posteriores aumentos de profundidad: al final de cada etapa de perforación, las deformaciones relajadas se adquieren por un amplificador digital extensométrico exclusivo. Por consiguiente, una vez que todas las curvas de deformaciones han sido adquiridas, estas se procesan para evaluar las tensiones residuales presentes originalmente en la pieza.
El método extensométrico del agujero ciego está normalizado a nivel internacional por la norma ASTM E837-13 “Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method” – Método de ensayo normalizado para determinar las tensiones residuales mediante el método de la galga extensométrica para la perforación del agujero.
La norma ASTM E837-13 especifica el número de los intervalos de perforación necesarios, los coeficientes numéricos para ejecutar el cálculo de las tensiones residuales, la metodología de procesamiento de los datos y algunas consideraciones sobre las incertidumbres típicas de medición asociadas al método. La norma ASTM E837-13 especifica además de manera detallada el procedimiento para ejecutar toda la prueba, ya desde las primeras micras por debajo de la superficie, para determinar el perfil de tensión en la profundidad válida para un material isotrópico lineal y elástico. Asimismo, la norma incluye todos los requisitos en términos de especificaciones mínimas de la cadena de medida, la información práctica para gestionar el proceso de perforación y adquisición de las deformaciones para cada paso, los detalles sobre los algoritmos de cálculo por utilizar y, por último, los coeficientes de cálculo para evaluar las tensiones residuales.
Desde 2010 SINT Technology está acreditada de conformidad con la norma ISO / CEI 17025: 2005 por el organismo italiano de acreditación ACCREDIA con el número de acreditación 910 para la ejecución de medidas de tensiones residuales con el método extensométrico del agujero ciego en laboratorio y en el terreno según ASTM E837-13.
Para evaluar las tensiones residuales en cualquier condición de prueba, SINT Technology ha desarrollado su propio software específico (denominado EVAL), que se utiliza también por sus servicios de medición y dirigido expresamente a quienes necesitan superar las limitaciones típicas del método del agujero especificadas en la norma ASTM en el campo del espesor intermedio, corregir las principales fuentes de error experimental en la medida (errores generados por la excentricidad del agujero/roseta y pequeño bisel/racor en el fondo del agujero) y utilizar algoritmos específicos para valorar la incertidumbre de la medición.
De acuerdo con la norma ASTM, existen 3 configuraciones diferentes de perforación posibles, dependiendo del diámetro medio de la roseta extensométrica y de la fresa correspondiente:
- Si se utiliza una fresa de alrededor de 0,8 mm / 1,0 mm, unida a una roseta extensométrica con un diámetro de 1/32′ (unos 2,56 mm), el método puede utilizarse para evaluar las tensiones residuales hasta la profundidad total de 0,5 mm con una resolución óptima de los pasos de cálculo cerca de la superficie de la pieza.
- Si se utiliza una fresa de aproximadamente 1,8 mm / 2,0 mm, unida a una roseta extensométrica con un diámetro de 1/16′ (unos 5,10 mm), el método ofrece una excelente profundidad de análisis hasta 1,0 mm de profundidad con una buena resolución de los pasos cerca de la superficie de la pieza. A esta categoría pertenece la mayoría de las rosetas extensométricas disponibles en el comercio. Esta es la configuración de prueba más común.
- Si se utiliza una fresa de unos 3,8 mm / 4,0 mm unida a una roseta extensométrica con un diámetro de 1/8′ (unos 10,26 mm), el método puede utilizarse para evaluar las tensiones residuales hasta la profundidad total máxima de 2,0 mm incluso con una resolución inferior de los pasos de cálculo cerca de la superficie de la pieza.
SINT Technology puede ofrecer un servicio de medición exclusivo utilizando el método del agujero para actividades de medición tanto en laboratorio como directamente en el terreno. Este método puede aplicarse a distintos materiales como metales estándar, aleaciones técnicas avanzadas, materiales poliméricos y compuestos.
Además, para aplicaciones especiales o no de tipo estándar, SINT Technology es capaz de personalizar el método del agujero utilizando rosetas fabricadas expresamente con dimensiones superiores a las comerciales (Método del agujero personalizado). De esta manera, se puede obtener el cálculo de las tensiones residuales hasta una profundidad máxima de unos 10.0 mm realizando un agujero con un diámetro mayor: este método permite obtener un perfil completo de tensión hasta profundidades elevadas sin recurrir a métodos más complicados y mucho más caros.
En función del tamaño de la roseta personalizada utilizada en la medida, SINT Technology es capaz de calcular las matrices de los coeficientes más apropiados para realizar el cálculo de las tensiones residuales uniformes o no uniformes en el espesor bajo dichas condiciones no estándar.
Estudios bibliogràficos en profundidad y publicaciones cientificas
- ASTM E837-20. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling StrainGage Method. West Conshohocken, PA: ASTM International, West Conshohocken; 2020. Available from: www.astm.org
- Emilio Valentini, Lorenzo Bertelli, Alessio Benincasa and Simone Gulisano (December 13th 2019). Recent Advancements in the Hole-Drilling Strain-Gage Method for Determining Residual Stresses, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.90392. Available from: https://www.intechopen.com/online-first/recent-advancements-in-the-hole-drilling-strain-gage-method-for-determining-residual-stresses
- Valentini E, Bertelli L, Benincasa A. Improvements in the hole-drilling test method for determining residual stresses in polymeric materials. Materials Performance and Characterization. 2018;7(4):446-464. DOI: 10.1520/MPC20170123 ISSN 2379-1365
- Schajer GS, Whitehead PS. Hole drilling and ring coring. In: Schajer GS, editor. Chapter 2 in Practical Residual Stress Measurement Methods. Chichester, UK: Wiley; 2013. pp. 29-64
- Ajovalasit, M.Scafidi, B.Zuccarello, M.Beghini, L.Bertini, C.Santus E.Valentini, A.Benincasa, L.Bertelli, The hole-drilling strain gauge method for the measurement of uniform or non-uniform residual stresses AIAS TR-01:2010 AIAS Working Group on Residual, 2010, https://www.mts3000.com/pdf/AIAS_TR_01_2010_2.pdf