La técnica de medición de perforación profunda (DHD) es una técnica de medición de tensiones residuales que se utiliza para medir tensiones bloqueadas y aplicadas en materiales y componentes de ingeniería. [1] DHD es una técnica semidestructiva de relajación de tensiones mecánicas (MSR), que busca medir la distribución de tensiones a lo largo del eje de un orificio de referencia perforado. El proceso es único en su capacidad para medir tensiones residuales a nivel microscópico con una penetración de más de 750 milímetros (30 pulgadas), sin destrucción total del componente original. La perforación de orificios profundos se considera profunda en comparación con otras técnicas de perforación de orificios, como la perforación de orificios centrales. [2]
DHD implica perforar un orificio a través del espesor del componente, medir el diámetro del orificio, trepanar (cortar una ranura circular alrededor del orificio) un núcleo de material alrededor del orificio y finalmente volver a medir el diámetro del orificio. [3] Para metales de ingeniería, el proceso de trepanación generalmente se realiza mediante mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para minimizar la introducción de tensiones adicionales durante el corte. Las diferencias entre los diámetros medidos antes y después de la liberación de tensiones permiten calcular las tensiones residuales originales utilizando la teoría de la elasticidad . Puede ver un vídeo animado de YouTube que explica la técnica DHD aquí: YouTube: Técnica de perforación de agujeros profundos.
En primer lugar, se fijan casquillos de referencia a las superficies frontal y posterior del componente en el lugar de medición, para minimizar las "bocas en forma de campana" y ayudar a alinear los conjuntos de datos durante el análisis. Luego se perfora un orificio de referencia a través de un componente; En metales de ingeniería, normalmente se utiliza un taladro de pistola debido al perfil de orificio liso y recto que producen. Después de taladrar, se mide el diámetro del orificio de referencia a intervalos frecuentes a lo largo de toda la longitud y circunferencia de los casquillos de medición y de referencia con una sonda de aire. Se trata de una varilla delgada con aire presurizado forzado desde el extremo a través de dos pequeños orificios en posición normal al eje del orificio de referencia. A medida que la sonda de aire se mueve a través del orificio, los cambios en el diámetro del orificio darán como resultado cambios en la presión, que se detectan con un transductor calibrado para convertir el cambio de presión en voltaje. [4] Luego se corta (trepanado) un cilindro (es decir, un núcleo) de material que contiene el orificio de referencia a lo largo de su eje del componente mediante mecanizado por electroerosión (EDM), para relajar las tensiones que actúan sobre el orificio de referencia. Finalmente, se vuelve a medir el diámetro del orificio de referencia a través de todo el espesor del cilindro y los casquillos de referencia, tomándose las mediciones del diámetro en los mismos lugares que los medidos antes del trepanado.
Si hay tensiones residuales de alta magnitud (>60 % del límite elástico ) en el componente, entonces la técnica DHD se puede modificar para tener en cuenta el comportamiento plástico durante el proceso de alivio de tensiones. El riesgo de deformación plástica durante la relajación de la tensión es un problema en las técnicas de perforación de orificios debido al factor de concentración de tensión de aproximadamente x3 de los orificios, lo que "amplifica" efectivamente la relajación de la tensión y aumenta la posibilidad de fluencia. [5] Por lo tanto, para iDHD, el procedimiento se cambia para que se realice de forma incremental , con el núcleo cortado (trepanado) en varios pasos de profundidad creciente y las mediciones del diámetro se realizan entre cada paso. Luego, el análisis incorpora esta secuencia de distorsiones incrementales para calcular las tensiones residuales de alta magnitud.
El método DHD busca medir la distribución de tensiones a lo largo del eje del agujero de referencia. [6] La relación entre las tensiones residuales originales que actúan sobre el orificio de referencia y los cambios medidos en el diámetro del orificio crea la base del análisis. La técnica DHD utiliza un análisis elástico para convertir las distorsiones medidas del orificio de referencia en un perfil de tensiones residuales. [7] La precisión de los resultados depende de las fuentes de error en la medición, pero también depende del módulo elástico del material. [6] Un módulo elástico más bajo dará como resultado distorsiones mayores para una liberación de tensión determinada, lo que significa una resolución de medición más alta y, por lo tanto, una mayor precisión alcanzable. La técnica DHD tiene una precisión nominal de ±10MPa para Aluminio, ±30MPa para Acero y ±15MPa para Titanio. [8]
A continuación se enumeran las ventajas y desventajas del DHD, en relación con otras técnicas de medición de tensiones residuales.
Se han realizado varios estudios [9] [10] [11] para validar la técnica DHD utilizando muestras con estados de tensión "conocidos", aplicando una carga definida en el rango plástico para crear un estado de tensión interno en un componente, o cargando el componente en el rango elástico durante toda la duración de las mediciones.
Por ejemplo, un componente de una viga se dobló plásticamente para introducir un perfil de tensión residual conocido. [12] Estas tensiones residuales se midieron luego utilizando múltiples técnicas de medición de tensiones residuales, incluida la difracción de neutrones, [13] corte longitudinal, [14] núcleo anular, [15] perforación incremental de orificios centrales, [2] perforación profunda y perforación incremental de orificios profundos. así como modelado con software de elementos finitos para proporcionar una mayor validación numérica. La correlación entre los resultados de las técnicas es fuerte, y DHD e iDHD muestran la misma tendencia y magnitudes que la simulación numérica y las otras técnicas experimentales. Los resultados de esta comparación se muestran en la Figura.