Funcionamiento

El método de la ranura anular (ring core) permite obtener una medición experimental minuciosa de las tensiones a una profundidad de investigación mayor que la máxima permitida por los demás métodos tradicionales (perforación del agujero, rayos X, etc.).

Se considera un método mecánico semidestructivo para medir las tensiones residuales mediante una roseta extensométrica prevista al efecto.

El método de la ranura anular, por analogía con todos los métodos mecánicos utilizados para medir las tensiones residuales, se basa en la extracción del material en el componente para liberar los esfuerzos y, por tanto, alterar el estado de equilibrio de los esfuerzos residuales; el material restante del componente se deforma en consecuencia para restablecer el equilibrio. Estas deformaciones se adquieren utilizando una roseta extensométrica: a través de correlaciones matemáticas, las deformaciones se utilizan para volver a calcular el esfuerzo residual presente originalmente.

Las técnicas semidestructivas eliminan solo una pequeña cantidad de material en un componente, manteniendo intacta su integridad estructural global para pruebas ulteriores, reparaciones y/o uso.

Más concretamente, el método de la ranura anular consiste en ejecutar una cavidad anular mediante un motor eléctrico específico para inducir una alteración del estado de esfuerzo que conlleva un cambio y una redistribución de las tensiones dentro de la estructura. Esta variación puede medirse con una roseta con tres rejillas extensométricas, adquiriendo y procesando los datos para obtener el valor de las tensiones residuales.

Si se considera la relación entre coste y profundidad de análisis, este es uno de los métodos no destructivos más eficientes para medir los esfuerzos residuales: al realizar una ranura con un diámetro interno de 14 mm y otro externo de 18 mm es posible evaluar los esfuerzos residuales hasta la profundidad total de unos 5 mm.

Una prueba típica completa mediante el método de la ranura anular se ejecuta siguiendo estos pasos:

  • Instalación de una roseta extensométrica de tres rejillas y protección correspondiente de los elementos sensibles.
  • Colocación del dispositivo de perforación en la zona de medida, paso posterior de los cables de la roseta extensométrica desde el eje hueco y determinación de la posición de cero mediante contacto eléctrico.
  • Perforación de una ranura anular alrededor de la roseta extensométrica.
  • Medición de las deformaciones causadas por el relajamiento del material.
  • Cálculo de las tensiones residuales a partir de las deformaciones medidas.

El método extensométrico de la ranura anular no ha sido normalizado todavía a nivel internacional, pero existen varios procedimientos, reconocidos en numerosas aplicaciones industriales (ejemplo, método KWU) para evaluar los esfuerzos residuales principalmente dentro de las partes forjadas.

Las principales ventajas de este método son:

  • Mayor profundidad de investigación
  • Mayor sensibilidad de la roseta
  • Menor influencia de posibles errores de excentricidad

Además, están a disposición numerosos trabajos científicos y actividades experimentales concernientes a la evaluación de las tensiones residuales con el método de la ranura anular, basados en las distintas estrategias de cálculo. En concreto, es posible evaluar campos de esfuerzo residual no uniformes según el método Integral: en este caso, gracias a la colaboración con renombradas universidades, han sido valorados con el método de los elementos finitos (FEM), los coeficientes numéricos para determinar el valor de los esfuerzos residuales basándose en las deformaciones medidas.

Gracias a muchos años de experiencia en el campo de las mediciones con extensómetros, del diseño mecánico y del desarrollo de softwares, SINT Technology ha desarrollado y patentado un sistema totalmente automatizado (MTS3000-RingCore) para medir y calcular los esfuerzos residuales con este método.