ISO 3800 Sujetadores roscados - Prueba de fatiga por carga axial - Métodos de prueba y evaluación de resultados

En la norma “ISO 3800 Sujetadores roscados - Ensayos de fatiga por carga axial - Métodos de ensayo y evaluación de resultados” publicada por la Organización Internacional de Normalización (ISO), se explican las condiciones para realizar ensayos de fatiga por carga axial en sujetadores roscados y se dan recomendaciones para evaluar los resultados.

Salvo acuerdo en contrario, las pruebas son de tipo de tensión alterna y se realizan a temperatura ambiente con la carga aplicada centrada en el eje longitudinal del elemento de fijación. No se considera el efecto del ajuste de las piezas sujetadas sobre la tensión del elemento de fijación.

Este método permite determinar la resistencia a la fatiga de los sujetadores roscados.

Los resultados de las pruebas pueden verse afectados por las condiciones de prueba. Por lo tanto, esta norma especifica los requisitos mínimos para mitigar este efecto. También incluye métodos de calibración y control de centrado para el aparato de prueba.

En principio, se realizan ensayos en fijaciones roscadas para determinar las propiedades de fatiga, como la curva de Wöhler. Las fijaciones roscadas que se van a ensayar se montan en una máquina de ensayos de fatiga por carga axial y se someten a cargas de tracción fluctuantes.

La tensión media constante se utiliza a menudo para determinar la vida útil indefinida. La relación de tensión constante se utiliza a menudo para las pruebas de aceptación de calidad.

La prueba continúa hasta que la probeta falla o se supera un número predeterminado de ciclos de tensión. El número de ciclos de prueba generalmente se determina por el material o la resistencia a la fatiga por fatiga de la probeta. Salvo que se especifique lo contrario, la falla se define como la separación completa del elemento de fijación en dos piezas.

La máquina de pruebas utilizada en estas pruebas está equipada con un dispositivo que mantiene automáticamente las cargas dentro del 2 % de los valores requeridos durante toda la prueba y contabiliza y registra el número total de ciclos por prueba. Para garantizar esta precisión, la máquina se calibra periódicamente. El rango de frecuencia de prueba debe estar entre 4,2 Hz y 250 Hz. La máquina genera una fluctuación de carga sinusoidal en la pieza de prueba. La máquina debe contar con un dispositivo que evite que se reinicie automáticamente tras una interrupción del suministro eléctrico.

Los accesorios de ensayo deben ser capaces de transmitir cargas axiales a la pieza de ensayo. Los requisitos básicos se ilustran en las figuras proporcionadas en la norma. Se recomienda la autoalineación.

Periódicamente, se debe verificar la alineación del dispositivo de prueba. Esto se determina utilizando un perno de verificación con cuatro galgas extensométricas, colocadas en un ángulo de 90 cm sobre una línea central común respecto al eje. La longitud de la porción paralela del perno de verificación de carga debe ser cuatro veces su diámetro. La diferencia entre la tensión máxima y la tensión nominal de tracción, medida al 50 % del rango de carga utilizado en la máquina, no debe superar el 6 % de la tensión nominal de tracción. No se recomiendan dispositivos de autoalineación. Si se utilizan, se debe verificar cuidadosamente la alineación, ya que cualquier carga excéntrica puede alterar significativamente los resultados de la prueba de fatiga.

En resumen, la norma ISO 3800 especifica:

• Condiciones de prueba estándar para pruebas de fatiga axial (basadas en tensión) de sujetadores roscados (por ejemplo, pernos, espárragos).
• Pautas de configuración de pruebas, incluida la aplicación de carga, el control ambiental y la calibración del equipo.
• Métodos de evaluación mediante curvas S–N (tensión vs. número de ciclos) y análisis estadístico.

El propósito de esta norma es evaluar la resistencia a la fatiga de los sujetadores, lo cual es fundamental para predecir la durabilidad bajo cargas cíclicas.

Los procedimientos de prueba básicos descritos en esta norma son:

• Ensayos de vida útil finita: La vida útil por fatiga se determina bajo amplitudes de tensión específicas. Normalmente, se ensaya un mínimo de seis muestras a niveles de tensión constantes para evaluar la distribución de la vida útil por fatiga. La evaluación estadística determina los niveles de tensión para probabilidades de fallo del 10 %, 50 % y 90 %, que generalmente se muestran mediante un gráfico de probabilidad gaussiano.
• Rango de transición (vida útil infinita): Estas pruebas determinan el límite de fatiga (límite de resistencia) en el cual la falla persiste incluso después de muchos ciclos. Se utilizan métodos como el análisis de escalera, el análisis límite o el análisis de arco seno. Los límites de fatiga estadísticamente fiables (por ejemplo, con una tolerancia de ±5 %) suelen requerir de 15 a 30 muestras.

Las pruebas generan curvas S-N que representan la amplitud de la tensión en función del número de ciclos hasta la falla (N). Las herramientas estadísticas estiman los valores límite de resistencia para una confiabilidad específica. Los métodos incluyen:

• Red de probabilidad gaussiana para datos de vida finitos.
• Métodos de escalera, límite o arcoseno para la evaluación del rango de transición.

Las principales razones por las que la norma ISO 3800 es importante son:

• Previene fallas por fatiga: Muchas fallas mecánicas en máquinas, vehículos y estructuras se deben no solo a sobrecargas individuales, sino también a cargas cíclicas repetidas. Al proporcionar un procedimiento estándar para determinar la resistencia a la fatiga, esta norma ayuda a los ingenieros a diseñar fijaciones que no se agrieten ni rompan inesperadamente durante el uso.
• Garantiza resultados de pruebas comparables a nivel mundial: Sin una norma común, dos laboratorios podrían analizar el mismo perno y obtener resultados diferentes debido a diferencias en el equipo, los métodos de carga o la preparación de la muestra. Esta norma define con precisión los requisitos de la máquina, la aplicación de la carga, la alineación y los métodos de evaluación, garantizando así la repetibilidad y la comparabilidad de los resultados entre países e industrias.
• Compatible con aplicaciones críticas para la seguridad: Los sujetadores se utilizan en las industrias aeroespacial, automotriz, ferroviaria, de construcción y de maquinaria pesada, donde incluso un solo fallo en un perno puede provocar accidentes catastróficos. Al cumplir con esta norma, los fabricantes pueden demostrar que sus productos cumplen con el rendimiento a la fatiga requerido para estos usos de alto riesgo.
• Mejora el desarrollo de productos y el control de calidad: Los equipos de I+D utilizan estas pruebas estándar para evaluar nuevos materiales, recubrimientos o diseños antes de la producción en masa. Los equipos de control de calidad pueden realizar pruebas periódicas para garantizar que cada lote cumpla con los requisitos de durabilidad.
• Permite el diseño basado en la confiabilidad: Esta norma incorpora métodos de evaluación estadística (p. ej., curvas S-N) y permite a los ingenieros diseñar con base en la probabilidad de durabilidad deseada. Este enfoque basado en datos reduce el sobrediseño (que desperdicia material) y el infradiseño (que aumenta el riesgo de falla).

Como resultado, la norma ISO 3800 es la referencia autorizada para evaluar el rendimiento de los sujetadores roscados frente a la fatiga axial en condiciones controladas de laboratorio. Tanto si es fabricante de sujetadores, ingeniero de calidad o diseñador estructural, esta norma proporciona el marco para la consistencia, la fiabilidad y la trazabilidad en los ensayos de fatiga.

Nuestra organización, con una larga trayectoria de servicio y un meticuloso seguimiento de los avances científicos y tecnológicos globales, cuenta con un equipo cualificado y una amplia infraestructura para realizar pruebas, mediciones y análisis en una amplia gama de áreas para empresas de todos los sectores. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba conforme a la norma ISO 3800 «Sujeciones roscadas - Ensayo de fatiga por carga axial - Métodos de prueba y evaluación de resultados».