¿Qué son las Pruebas de Fatiga?
Las pruebas de fatiga son dispositivos que se utilizan para verificar el grado de deterioro que se produce cuando piezas o productos de metal u otros materiales se someten a cargas repetidas.
Por ejemplo, si una pieza de metal se carga una vez, no se produce ningún cambio, pero si la carga se aplica repetidamente, aparecen pequeñas grietas en la pieza de metal. A medida que éstas se acumulan, la pieza se vuelve quebradiza y acaba destruyéndose. Este fenómeno de fragilidad se denomina fatiga, y el límite en el que se produce la fractura se denomina límite de fatiga.
El fallo es un fenómeno que se produce cuando un producto repite una operación determinada aunque la tensión sea inferior a la tensión admisible asumida para el producto. Es una de las principales causas de fallo de un producto y, por tanto, es un elemento importante que se inspecciona en muchas fases del diseño.
Usos de las Pruebas de Fatiga
Las pruebas de fatiga se utilizan en las fases de inspección y diseño de una amplia gama de productos, desde productos sometidos a vibraciones, rotación y cargas repetitivas, hasta los componentes utilizados en esos productos y los materiales empleados en esos componentes. A la hora de seleccionar un comprobador de fatiga, es necesario tener en cuenta la fatiga que puede producirse en el producto y seleccionar un dispositivo que pueda realizar las pruebas adecuadas para esa fatiga. Como las pruebas de fatiga suelen ser caras y de gran tamaño, también es útil subcontratarlas.
Principios de las Pruebas de Fatiga
Existen varios tipos de pruebas de fatiga, en función del método de ensayo utilizado para verificar diversos factores de fatiga. En esta sección se describen los distintos métodos de pruebas de fatiga y los principios de las máquinas de ensayo. Tenga en cuenta que los tipos de ensayo de fatiga incluyen tracción, flexión, impacto, torsión, rotación y eléctrico.
Aquí se explican los típicos “ensayo de fatiga por tracción/compresión”, “ensayo de fatiga por flexión” y “ensayo de fatiga por torsión”.
1. Ensayos de Fatiga por Tracción y Compresión
Los ensayos de fatiga por tracción y compresión se realizan sobre el material metálico, componente o producto sometido a ensayo. El ensayo de fatiga por tracción se realiza fijando dos puntos en el objeto de ensayo y aplicando continuamente una fuerza de tracción a intervalos regulares.
El ensayo de fatiga por compresión, en cambio, se realiza aplicando fuerzas de compresión cíclicas desde dos lados. El tiempo de ensayo puede ajustarse en función de la magnitud y el ciclo de las fuerzas de tracción y compresión aplicadas.
2. Ensayos de Fatiga por Flexión
Existen dos tipos de ensayo de fatiga por flexión: “ensayo de fatiga por flexión plana” y “ensayo de fatiga por flexión rotativa”. El ensayo de fatiga por flexión plana se realiza tanto en materiales metálicos como en materiales plásticos. El ensayo se realiza fijando los dos puntos a ensayar y aplicando repetidamente una fuerza de flexión.
Se utiliza en productos sometidos a fuerzas de flexión repetidas, como los álabes de los compresores. Los ensayos de fatiga por flexión rotativa se realizan haciendo girar una probeta redonda en forma de barra y aplicándole una carga de flexión. Se utiliza sobre todo en piezas de automóviles accionadas por un motor.
3. Ensayo de Fatiga por Torsión
El ensayo de fatiga por torsión prueba la fatiga causada por la fijación de dos puntos a ensayar y la torsión repetida de los dos puntos. Se realiza en motores, turbinas, motores, etc., o en los ejes que transmiten su par de rotación.
Como los resultados de estas pruebas pueden verse afectados por la temperatura y las condiciones ambientales, las pruebas también se realizan en combinación con cámaras de temperatura constante o ambientales. Aparte de las pruebas de fatiga mecánica, también existen bancos de pruebas que miden la fatiga causada por el calor, conocida como “fatiga térmica”, mediante repetidos “calentamientos y enfriamientos” añadiendo ciclos de temperatura.
Más Información sobre Pruebas de Fatiga
Fuente de Energía para Ensayos de Fatiga
Las pruebas de fatiga se pueden dividir por fuente de energía en tres tipos: el tipo mecánico, que es accionado por un motor; el tipo vibrador, que se basa en una fuente de vibración; y el tipo hidráulico, que es accionado por la presión hidráulica.
1. Tipo mecánico
El tipo mecánico utiliza un mecanismo para crear un movimiento alternativo o giratorio y realiza un movimiento continuo. La ventaja de este tipo es que es fácil crear un dispositivo que se adapte a la aplicación de prueba, y hay muchas máquinas disponibles comercialmente que se adaptan a las especificaciones de prueba predeterminadas.
Además, se pueden fabricar varios tipos de máquinas de ensayo, como las de movimiento rotatorio y las de movimiento combinado que combinan rotación y movimiento lineal, y se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones.
2. Tipo de máquina vibradora
El tipo vibrador es una máquina de ensayo con una fuente de funcionamiento vibratoria, como una bobina electromagnética. La ventaja es que la frecuencia de funcionamiento puede ajustarse alta, aunque la amplitud no puede ser grande. Por lo tanto, el número requerido de movimientos repetitivos se puede lograr rápidamente y el tiempo de prueba se puede reducir.
3. Tipo hidráulico
Los tipos hidráulicos funcionan con una fuente hidráulica y cilindros hidráulicos y se caracterizan por la capacidad de aplicar cargas elevadas. Algunos también tienen la capacidad de aplicar vibraciones de alta frecuencia, conocidas como servos hidráulicos.