Controlli non distruttivi e monitoraggio mediante emissione acustica di fenomeni di fatica da fretting in assili ferroviari

The primary aim of this thesis is the study of the fretting-fatigue phenomenon in a EA4T steel, used for the production of railway axles. Fretting is a common damaging mode for interference on fitted assembled parts that occurs on the scope of axles de-pending from the axles geometry and stress which they are subjected. The study has been conduced with full-scale axle tests subjected to rotating bending fatigue on a Vitry test bench. There are two stages of the test: the first one, with a stress of 108 MPa, has dured 10E6 cycles. The second stage, with a stress of 120 MPa, has dured 10E6 cycles. During the first stage of the test, axle has been controlled using conven-tional UT. During the second stage the axle has been controlled using phased array in parallel with an SHM using Acoustic emissions. Due to set-up problems, it wasn’t possible to use more of one sensor, therefore it has been necessary to find a new me-thod to apply localization using only one sensor. The acquired Data from SHM has been analyzed using parametric mode and also studying his frequency spectrum using Fourier transformation. At the end of the second stage, axles has been sectioned, ana-lyzed with magnetic particles and observed in the electron microscope.

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è la caratterizzazione del fenomeno del danneggiamento a fatica da fretting in un acciaio EA4T, utilizzato nel settore ferroviario per la realizzazione di assili. Il fretting, danneggiamento tipico degli organi calettati, si manifesta sulla portata dell’assile con meccaniche che possono variare in funzione della geometria degli stessi e delle sollecitazioni a cui questi sono soggetti. Lo studio è stato condotto mediante prove a fatica flessionale rotante su assili full-scale. È stato utilizzato un banco di prova Vitry e il lavoro si è svolto in due fasi. Durante la prima fase, durata 10E6 cicli, è stato imposto uno sforzo pari a 108 MPa; durante la seconda fase, durata 10E6 cicli, è stato imposto uno sforzo pari a 120 MPa. Durante lo svolgimento della prova sono stati effettuati dei controlli non distruttivi sull’assile, utilizzando gli ultrasuoni convenzionali nella prima fase, e phased array nella seconda fase. Parallelamente al controllo mediante phased array, nella seconda fase è stato effettuato un monitoraggio strutturale mediante emissione acustica. A causa di problemi legati agli ingombri del banco prova Vitry, non è stato possibile utilizzare più sensori; Si è quindi cercato un modo per localizzare gli eventi utilizzando un solo sensore. I dati acquisiti dal monitoraggio mediante emissione acustica sono stati analizzati sia considerando i parametri sintetici forniti dal software di acquisizione, sia analizzando lo spettro in frequenza dei segnali mediante trasformata di Fourier. Al termine della seconda fase del test, l’assile è stato sezionato, analizzato mediante particelle magnetiche e osservato al microscopio elettronico.