Il metodo del foro cieco (hole drilling) è un metodo meccanico semi-distruttivo per la misura delle tensioni residue mediante l’utilizzo di rosette estensimetriche. Il metodo consente un’accurata analisi sperimentale a basso costo dello stato di sollecitazione in materiali e posizioni diverse. Infatti, in termini di costo, precisione e versatilità, il metodo del foro è considerato uno dei metodi semi-distruttivi più indicati, più universalmente noti ed applicati in ambito industriale per la misura delle sollecitazioni residue.
Il metodo del foro consiste nel realizzare un piccolo foro, utilizzando una tecnica di perforazione ad alta velocità appositamente sviluppata, al centro di una speciale rosetta estensimetrica con un minimo di 3 griglie. Il processo di foratura viene realizzato per successivi incrementi di profondità: alla fine di ogni fase di foratura, le deformazioni rilassate vengono acquisite da un amplificatore digitale estensimetrico dedicato. Quindi, una volta che tutte le curve di deformazioni sono state acquisite, queste vengono elaborate al fine di valutare le tensioni residue originariamente presenti nel pezzo.
Il metodo estensimetrico del foro cieco è standardizzato a livello internazionale dalla norma ASTM E837-20 “Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method”.
La norma ASTM E837-20 specifica il numero degli intervalli di foratura richiesti, i coefficienti numerici per eseguire il calcolo delle tensioni residue, la metodologia di elaborazione dei dati ed alcune considerazioni sulle tipiche incertezze di misura associate al metodo. La norma ASTM E837-20 specifica inoltre in maniera dettagliata la procedura per l’esecuzione dell’intera prova, sin dai primi micron al di sotto della superficie, per la determinazione del profilo di tensione nella profondità valida per un materiale isotropico lineare ed elastico. La norma include inoltre tutti i requisiti in termini di specifiche minime della catena di misura, le informazioni pratiche per la gestione del processo di foratura e di acquisizione delle deformazioni per ciascun passo, i dettagli sugli algoritmi di calcolo da utilizzare e infine i coefficienti di calcolo per la valutazione delle tensioni residue.
Dal 2010 SINT Technology è accreditata secondo lo standard ISO / IEC 17025: 2017 dall’ente di accreditamento italiano ACCREDIA con il numero di accreditamento 910 per l’esecuzione di misure di tensioni residue con il metodo estensimetrico del foro cieco in laboratorio e sul campo secondo ASTM E837-20.
Per la valutazione delle tensioni residue in qualsiasi condizioni di prova, SINT Technology ha sviluppato un proprio software dedicato, chiamato EVAL, utilizzato anche per i suoi servizi di misurazione ed appositamente rivolto a coloro i quali hanno l’esigenza di superare le tipiche limitazioni del metodo del foro specificate nella norma ASTM nel campo dello spessore intermedio, di correggere le principali fonti di errore sperimentale nella misura (errori generati da eccentricità foro/rosetta e piccolo smusso/raccordo al fondo del foro) e di utilizzare algoritmi specifici per la valutazione dell’incertezza di misura.
In accordo alla norma ASTM ci sono 3 possibili diverse configurazioni di foratura, a seconda del diametro medio della rosetta estensimetrica e della relativa fresa:
- Utilizzando una fresa di circa 0,8 mm / 1,0 mm, in unione a una rosetta estensimetrica con un diametro di 1/32′ (circa 2,56 mm), il metodo può essere utilizzato per la valutazione delle tensioni residue fino alla profondità totale di 0,5 mm con una risoluzione ottimale dei passi di calcolo vicino alla superficie del pezzo.
- Utilizzando una fresa di circa 1,8 mm / 2,0 mm, in unione a una rosetta estensimetrica con un diametro di 1/16′ (circa 5,10 mm), il metodo offre una buona profondità di analisi sino ad 1,0 mm di profondità con una buona risoluzione dei passi vicino alla superficie del pezzo. A questa categoria appartengono la maggior parte delle rosette estensimetriche disponibili sul mercato. Questa è la configurazione di prova più comune.
- Utilizzando una fresa di circa 3,8 mm / 4,0 mm, in unione a una rosetta estensimetrica con un diametro di 1/8′ (circa 10,26 mm), il metodo può essere utilizzato per la valutazione della tensioni residue fino alla profondità totale massima di 2,0 mm tuttavia con una risoluzione inferiore dei passi di calcolo vicino alla superficie del pezzo.
SINT Technology è in grado di offrire un servizio di misurazione dedicato utilizzando il metodo del foro per attività di misura sia in laboratorio che direttamente sul campo. Questo metodo può essere applicato in diversi materiali come metalli standard, leghe tecniche avanzate, materiali polimerici e compositi.
Inoltre, per applicazioni speciali o non standard, SINT Technology è in grado di personalizzare il metodo del foro utilizzando rosette appositamente realizzate con dimensioni maggiori rispetto a quelle commerciali (Metodo del foro personalizzato). In questo modo è possibile ottenere il calcolo delle tensioni residue sino ad una profondità massima di circa 10.0 mm realizzando un foro di diametro maggiore: questo metodo permette di ottenere un profilo completo di tensione sino a profondità elevate senza ricorrere a metodi più complessi e molto più costosi.
In base alle dimensioni della rosetta personalizzata utilizzata nella misura, SINT Technology è in grado di calcolare le matrici dei coefficienti più opportuni per la realizzazione del calcolo delle tensioni residue uniformi o non-uniformi nello spessore in tali condizioni non standard.
Approfondimenti bibliografici & Pubblicazioni scientifiche
- 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