Esponente di inclinazione
L'esponente di inclinazione m caratterizza la pendenza della curva di Wöhler nel diagramma doppio logaritmico. Indica quanto diminuisce il numero di cicli sopportabile quando aumenta l'ampiezza di tensione. Un valore m grande significa che anche piccoli aumenti di tensione riducono drasticamente la vita a fatica.
Meccanismo d'azione fisico-chimico
La curva di Wöhler descrive la relazione tra l'ampiezza di oscillazione della tensione Δσ e il numero di cicli sopportabili N. In rappresentazione doppio-logaritmica diventa una retta: log N = log C - m · log Δσ. L'esponente di pendenza m è la pendenza di questa retta. Indica quanto il materiale sia sensibile alle variazioni di tensione. Un valore m elevato significa una retta ripida: se la tensione aumenta solo leggermente, la durata di vita cala bruscamente. Fisicamente, tensioni più alte spingono le microcricche ad attraversare più velocemente la struttura. La punta della cricca riceve più energia per ogni ciclo, quindi la cricca cresce in modo sproporzionato.
Rilevanza metallurgica e rischi nella saldatura
I giunti saldati hanno valori di m diversi dal materiale base non saldato. Valori tipici: m = 3 per saldature sotto sforzo normale, m = 5 per il materiale base. Il valore di m più basso della saldatura significa: la durata cala meno bruscamente all'aumentare della tensione rispetto al materiale base. Tuttavia, l'intera curva di Wöhler della saldatura è nettamente più bassa. Le cause sono intagli alla transizione del cordone, tensioni residue di saldatura e modifiche della struttura nella zona termicamente alterata. Questi fattori agiscono come danni preesistenti. Di conseguenza, la saldatura sopporta solo un numero limitato di cicli anche a basse tensioni. Un valore m scelto erroneamente nel calcolo porta a pericolose valutazioni errate della durata.
Pratica di officina e istruzioni operative
Determina il valore m corretto dalla norma applicabile (es. Eurocodice 3 per strutture in acciaio). Per saldature sotto sforzo normale usa m = 3, sotto sforzo di taglio m = 5. In caso di ampiezze variabili, calcola con l'accumulo lineare del danno secondo Palmgren-Miner. Riduci attivamente l'ampiezza di oscillazione: dimezzare la tensione prolunga la durata di un fattore 8 con m = 3, e di un fattore 32 con m = 5. Lavora la transizione del cordone con smerigliatura o ri-fusione TIG per ridurre gli intagli. Controlla le tensioni residue di saldatura con ricottura di distensione o raddrizzatura meccanica. Così sposti la curva di Wöhler verso l'alto e guadagni durata.