La preparazione delle superfici per la misurazione delle tensioni residue

“Possiamo dire di conoscere solo ciò che sappiamo misurare”. Questa citazione di Lord Kelvin calza a pennello quando si parla di tensioni residue, che possono essere conosciute solo attraverso la loro misurazione.

La misurazione delle tensioni residue può avvenire utilizzando diverse tecniche, da quelle estensimetriche, basate sulla misurazione della deformazione rilasciata a seguito di un’asportazione controllata di materiale, a quelle diffrattometriche, basate sulla misurazione delle deformazioni reticolari della struttura cristallina dei materiali metallici, passando attraverso la misurazione delle alterazioni delle caratteristiche magnetiche dei materiali ferromagnetici in base al principio del rumore di Barkhausen. Una serie di tecniche quanto mai diverse nei principi e differenziate nelle modalità esecutive, ma accomunate però da un’unica caratteristica: la necessità di una finitura relativamente accurata delle superfici, sia per permettere l’incollaggio degli estensimetri sia per garantire la specularità della superficie rispetto ai raggi X, e per permettere un corretto accoppiamento dei sensori magnetici della sonda di Barkhausen. E nel caso in qui la finitura originaria non sia adeguata, ecco che si rende necessario procedere con una opportuna preparazione, che di solito significa un’abrasione del materiale fino alle desiderate condizioni di planarità. Ma preparare in questo modo una superficie in fin dei conti vuol sempre dire alterarla, e in questo articolo andremo proprio ad affrontare l’aspetto delle eventuali alterazioni del risultato della misurazione delle tensioni residue indotte dalla preparazione della superficie.

Specchio delle mie brame…

Come anticipato nell’introduzione, tutte le tecniche ingegneristiche di misura delle tensioni residue richiedono particolari requisiti alle superfici su cui deve essere effettuata la rilevazione. Requisiti che, in termini generali, si possono riassumere nell’assenza di forme di ossidazione o corrosione, di depositi superficiali e, in generale, di “planarità”, anche se credo che sarebbe un termine come “piattezza” a rendere meglio l’idea di cosa viene richiesto. Prendendo, ad esempio, la norma EN 15305 – Test Method for Residual Stress Analysis by X-ray Diffraction, in essa è esplicitamente richiesto che “the irradiated area should be smaller than 0.4 times the radius of curvature of the analysed surface in the direction of the stress component to be determined”. Questo significa che per uno spot di 2 mm, il raggio di curvatura (almeno nella direzione di misurazione) deve essere superiore a 5 mm. Viene inoltre richiesta una rugosità genericamente indicata come “bassa”: in questo caso la genericità è voluta, in quanto funzione della lunghezza d’onda del fascio di raggi X incidente. In generale si possono ritenere consigliabili valori Ra< 3-4, valori non proprio bassissimi per superfici grezze! Analoghe rugosità sono richieste anche nel caso degli estensimetri, in questo caso per problematiche legate al loro incollaggio. Come si vede, si tratta di finiture tipiche più di un prodotto finito che di un grezzo o di un semilavorato, fasi in cui comunque può essere importante un monitoraggio delle tensioni residue: diciamo anzi che proprio lo stato dei manufatti al termine dei processi iniziali di stampaggio, fusione, trafilatura o laminazione è quello che normalmente risulta di maggior interesse. Questo significa che in un gran numero di casi l’esecuzione di una misurazione delle tensioni residue impone un processo di finitura della superficie su cui effettuare la misurazione.