Rapporto di tensione
Il rapporto di tensione R è il quoziente tra tensione minima σ_min e tensione massima σ_max di un carico ciclico. Caratterizza lo stato di tensione media: R = -1 significa carico alternato puro, R = 0 significa carico di pulsazione a trazione pura. Nelle strutture saldate, le tensioni residue aumentano il rapporto R locale e riducono la resistenza a fatica sopportabile.
Meccanismo d'azione fisico-chimico
Sotto carico oscillante, la tensione varia periodicamente tra un valore massimo σ_max e un valore minimo σ_min. Il rapporto di tensione R = σ_min / σ_max (con segno) descrive quanto questa oscillazione sia centrata attorno alla tensione media. Se R è negativo, la tensione cambia direzione (ciclo trazione-compressione). Se R è zero o positivo, la tensione rimane nel campo di trazione o compressione. Più grande è R, più alta è la tensione media a parità di ampiezza di oscillazione. Questo favorisce la crescita delle cricche di fatica perché le punte delle cricche sono meno scaricate.
Rilevanza metallurgica e rischi nella saldatura
Le saldature, dopo il raffreddamento, contengono elevate tensioni residue di trazione che possono avvicinarsi al limite di snervamento. Queste tensioni residue si sovrappongono al carico operativo. Di conseguenza, il rapporto di tensione locale nella saldatura si sposta notevolmente verso l'alto. Anche se un componente viene verificato esternamente con R = -1, la zona critica della saldatura spesso oscilla con R ≈ 0,3 fino a 0,5. Ciò riduce notevolmente la resistenza a fatica. Se il vero R locale viene sottovalutato, si verificano cricche premature ai raccordi della saldatura, specialmente in acciai ad alta resistenza o lamiere spesse.
Pratica in officina e istruzioni operative
Determinare sempre il rapporto di tensione dalla sequenza di carico effettiva sul componente, non da ipotesi idealizzate. Per le costruzioni saldate senza riduzione delle tensioni residue, utilizzare almeno R = 0,5 nel calcolo della vita a fatica, anche se il carico esterno è alternato. Ridurre i picchi di tensione di trazione locali smerigliando i raccordi della saldatura, pallinando o con trattamento TIG. In questo modo si riduce la tensione media e l'R effettivo. Misurare le tensioni residue su parti critiche con metodi radiografici o con il metodo del foro, per determinare l'R reale.