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Alivio de Tensiones y Tensión Residual

La tensión residual es un fenómeno común en materiales metálicos y otros tipos de componentes después de haber sido sometidos a procesos como soldadura, mecanizado, fundición o tratamientos térmicos. Estas tensiones internas pueden comprometer la integridad estructural de una pieza, causando deformaciones, fisuras o incluso fracturas si no se gestionan adecuadamente. Para mitigar este problema, se utilizan técnicas de alivio de tensiones, que restauran la estabilidad del material y mejoran su rendimiento.

¿Qué es la Tensión Residual?

La tensión residual es el estado de esfuerzo interno que persiste en un material sin la aplicación de cargas externas. Estas tensiones se generan debido a:

  • Procesos de fabricación que involucran cambios térmicos o mecánicos.
  • Enfriamiento desigual tras la soldadura o fundición.
  • Deformaciones plásticas durante operaciones como doblado o estampado.

La distribución no uniforme de estas tensiones puede crear zonas de compresión y tensión que afectan negativamente las propiedades mecánicas del material, como su resistencia a la fatiga y su ductilidad.

¿Qué es el Alivio de Tensiones?

El alivio de tensiones, también llamado distensionado, es el proceso mediante el cual se reducen o eliminan las tensiones residuales internas de un material. Esto se logra mediante técnicas que permiten que los átomos del material se redistribuyan hacia un estado de menor energía, mejorando su estabilidad estructural y rendimiento a largo plazo.

Beneficios del alivio de tensiones:

  • Incrementa la vida útil del material.
  • Reduce el riesgo de fracturas o deformaciones.
  • Mejora las propiedades mecánicas y térmicas.
  • Incrementa la estabilidad dimensional.

Tipos de Alivio de Tensiones

1. Alivio Térmico

Este método utiliza calor controlado para redistribuir las tensiones internas en el material. Se divide en dos procesos principales:

a. Proceso en hornos

  • Consiste en calentar la pieza en un horno a temperaturas específicas (generalmente entre 500°C y 650°C, dependiendo del material).
  • Posteriormente, el material se enfría de forma controlada, ya sea al aire o dentro del horno.
  • Este método asegura un calentamiento homogéneo y es ideal para piezas grandes o complejas.
  • Ventaja: Uniformidad en la reducción de tensiones internas.
  • Desventaja: Requiere transporte, costoso y altera la integridad dimensional.

b. Proceso con mantos de resistencias eléctricas

  • Utiliza mantos eléctricos que generan calor mediante resistencias colocadas directamente sobre la pieza.
  • Es adecuado para trabajos en campo o en piezas específicas donde no es viable usar un horno.
  • Permite un calentamiento localizado y controlado, siendo una alternativa económica y portátil.
  • Ventaja: Movilidad y flexibilidad en aplicaciones específicas.
  • Desventaja: Costoso y altera la integridad dimensional.

2. Alivio Vibratorio

Este método aplica vibraciones mecánicas controladas para redistribuir las tensiones internas sin necesidad de calor. Durante el proceso:

  • Se emplean frecuencias de vibración específicas mediante equipos especializados.
  • Las vibraciones inducen una relajación estructural que redistribuye las tensiones hacia un estado más equilibrado.
  • Es ideal para piezas de gran tamaño o formas complejas que no pueden ser tratadas térmicamente.
  • Ventaja: Ahorro energético, muy económico, movilidad, flexibilidad de aplicación y mantenimiento de la integridad dimensional.
  • Desventaja: Al ser una tecnología avanzada no es fácil de obtener.

Aquí te dejamos una infografía que puede ayudarte en tu búsqueda de conocimiento:

Infografía sobre: ¿Qué es la tensión residual?. ¿Qué es el alivio de tensiones?. Y los tipos de Alivio de tensión, térmico y vibratorio.

Elección del Método Adecuado

La selección del método de alivio de tensiones dependerá de factores como:

  • Tamaño y complejidad de la pieza.
  • Tipo de material y sus propiedades.
  • Disponibilidad de equipos y recursos.
  • Ubicación y condiciones del tratamiento (en planta o en campo).

El alivio térmico es más efectivo para tensiones profundas, mientras que el alivio vibratorio es ideal para aplicaciones rápidas o en campo.

Conclusión

El manejo adecuado de las tensiones residuales mediante técnicas de alivio de tensiones es esencial para garantizar la calidad y durabilidad de los materiales. Ya sea utilizando métodos térmicos o vibratorios, estas prácticas contribuyen significativamente a mejorar la confiabilidad y rendimiento de los componentes en aplicaciones industriales. La elección del método adecuado dependerá de las necesidades específicas de cada proyecto, asegurando un balance óptimo entre eficiencia y resultados.

Una de las tecnologías que aplica el método vibratorio para el alivio de tensiones en un nivel su armónico es Meta-Lax de Bonal Technologies, quienes trabajan con la NASA y la U.S. Army para sus procesos de mecanizado y soldadura.

“Desde que empezamos a utilizar Meta-Lax, hemos experimentado la capacidad de mantener las tolerancias dimensionales en las soldaduras y las piezas mecanizadas como nunca antes. … Pienso en Meta-Lax como un truco extra bajo la manga para un producto de mayor calidad”.

Langley

NASA

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