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Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione
Università di Napoli “Federico II”
Tecnologia dei materiali e sistemi di
lavorazione
CND: Esame radiografico
Questa tecnica si basa sul diverso assorbimento che le radiazioni
elettromagnetiche penetranti (raggi X) subiscono quando incontrano
un difetto nel loro percorso all'interno del materiale.
Quando un fascio di onde elettromagnetiche di elevatissima energia
fotonica (elevatissima frequenza: 1014 MHz) e fortemente ionizzanti
(raggi X o raggi gamma), passa attraverso l'oggetto da esaminare,
viene assorbito con legge esponenziale in funzione dello spessore e
della densità della materia attraversata.
CND: Radiografia
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Tecnologia dei materiali e sistemi di
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CND: Esame radiografico
I raggi X o "gamma" passanti e variamente attenuati impressionano
una lastra fotografica posta dietro l'oggetto da esaminare.
Lo sviluppo della pellicola produce un'immagine bidimensionale
dell'oggetto radiografato.
In questa immagine le variazioni di
spessore, densità, composizione del
pezzo vengono visualizzate come
variazioni di densità dell'immagine (in
pratica variazioni in una scala di
grigio).
CND: Radiografia
Radiografia della mano della moglie
di Röntgen (1895)
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CND: Esame radiografico
Mediante le tecniche radiografiche e gammagrafiche risulta possibile
evidenziare discontinuità quali:
 porosità;
 inclusioni;
 soffiature;
 cricche;
 tarli;
 inclusioni di scoria;
 mancanza di penetrazione.
 Saldatura;
 Getti di fusione;
 Forgiati;
 Strutture;
 Semiconduttori.
La valutazione viene eseguita per confronto con immagini dell'oggetto stesso
o con standard radiografici prodotti precedentemente.
CND: Radiografia
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CND: Esame radiografico
Produzione di raggi X
 alto vuoto in tubo di vuoto
 alta tensione tra catodo e anodo (intenso campo elettrico)
 accelerazione degli elettroni (generati al catodo) mediante intenso
campo elettrico
 collisione con anodo (placca metallica)
 trasformazione
dell’energia
cinetica
in
radiazioni
elettromagnetiche (solo l’1%, il 99% viene dissipato in calore)
 l’anodo deve
raffreddamento
smaltire
rapidamente
CND: Radiografia
il
calore:
sistemi
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di
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Tecnologia dei materiali e sistemi di
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Controlli non distruttivi: tubo di Crookes (Coolidge )
Serve a generare gli elettroni e a focalizzarli per formare una sorgente quasi puntiforme
Ne segue maggiore nitidezza dell’immagine
Anodo (+)
Piastra in Tungsteno
o molibdeno
Catodo (-)
Spirale in tungsteno
(Tf=3410 °C)
(Tf=2610 °C)
Sistema di
raffreddamento
(99% di Ec)
Elevatissima differenza di potenziale
dell’ordine di 20 ÷ 200 KV
Corrente dell’ordine di qualche mA
CND: Radiografia
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Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge
mA  kV
I K
2
D
2
n
• I = intensità delle radiazioni (roentogen/sec)
I  t  dose
• K = costante dipendente dalla lampada
• mA = corrente di alimentazione del filamento (mA)
• kV = tensione tra gli elettrodi (kV)
• D = distanza dal fuoco ottico
Determina l’esposizione
• n = esponente dipendente dalla tensione (6 ÷ 7)
radiografica
• t = tempo di irraggiamento in sec
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Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge
Caratteristiche dello spettro di emissione
Effetto della corrente di filamento
Effetto della tensione
b) Corrente alta
Intensità
b
a) Corrente media
a
c) Corrente bassa
c
λ min
λ max
Lunghezza d’onda
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Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge
  c/ f
• λ = lunghezza d’onda (1 A = 10-7 mm)
• c = velocità della luce (300 000 000 m/s)
• f = frequenza
CND: Radiografia
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Intensità
Esame radiografico: propagazione dei raggi
Attenuazione dell’intensità: legge esponenziale
I  I 0e
I0
 x
Distanza x
• I = intensità delle radiazioni alla distanza x
• I0 = intensità iniziale delle radiazioni
• µ = coefficiente di assorbimento dipendente dal materiale e da λ
• x = distanza di misura
CND: Radiografia
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Esame radiografico: caratteristiche dei raggi X
Alte tensioni producono raggi
a più bassa lunghezza d’onda
detti RAGGI DURI
kV
Basse tensioni producono raggi
a più alta lunghezza d’onda
detti RAGGI MOLLI
La tipologia dei raggi condiziona la
qualità dell’immagine
> frequenza = > penetrazione
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Esame radiografico: posizione del difetto
Una radiografia è una rappresentazione bidimensionale di un oggetto
tridimensionale, ne consegue che l'immagine radiografica della maggior parte
degli oggetti risulta distorta sia nelle dimensioni che nella forma.
Nella radiografia convenzionale la posizione di un difetto presente nel volume
del pezzo non può essere determinata mediante una singola esposizione.
A volte qualche indicazione può essere dedotta dalla definizione
dell'immagine: immagini di difetti situati in prossimità della pellicola risultano
meglio definite delle immagini di difetti posizionati vicino alla sorgente.
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Esame radiografico: caratteristiche della tecnica
 Posizione del difetto rispetto al fascio favorevole.
 Difficoltà a leggere piccoli difetti (differenza di assorbimento 2%)
 Elevati costi di impianto
 Elevati costi di funzionamento (personale addestrato)
 Pericolosità del funzionamento
 Costi requisiti di sicurezza
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Gammagrafia
I raggi gamma sono di natura elettromagnetica ed hanno lunghezza d’onda
più breve di quella dei raggi X (maggiore penetrazione, spessori maggiori).
a) Contenitore della sorgente in Pb
(aperture nel contenitore permettono
la fuoriuscita dei raggi)
b) Pezzo in esame
c) Film sensibile
Esistono sorgenti di due tipi: Naturali ed Artificiali
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Gammagrafia
Sorgenti radioattive naturali
 Radio, (tempo di dimezzamento, per disintegrare la metà degli atomi
che lo costituiscono, 1622 anni).
 Radon (tempo di dimezzamento ca. 93 ore)
 Mesotorio.
Tutti e tre emettono una radiazione dura idonea all'esame di oggetti spessi.
Impossibilità di presentarle in dimensioni abbastanza piccole per ottenere
intensità adeguate.
Non sono quasi più utilizzate. In alcuni paesi ne è vietato l'uso.
Sorgenti radioattive artificiali
I prodotti radioattivi artificiali si ottengono per fissione o per irraggiamento in un
reattore nucleare.
CND: Radiografia
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Tecnologia dei materiali e sistemi di
lavorazione
Raggi gamma: vantaggi
Non richiedono né energia elettrica, né sistema di raffreddamento,
pertanto sono molto facili da utilizzare.
La sorgente è disponibile in diversi diametri: si può dunque utilizzare
una sorgente di diametro ridotto quando occorre una distanza tra la
sorgente e la pellicola il più ridotta possibile, ad esempio all'interno di
un tubo.
Alcuni isotopi radioattivi emettono radiazioni con un potere di
penetrazione elevatissimo, permettendo così di ottenere radiografie
soddisfacenti di pezzi di grande spessore
CND: Radiografia
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Raggi gamma: svantaggi
Per la maggior parte degli oggetti da esaminare gli isotopi radioattivi
più frequentemente utilizzati (Co-60, Ir-192), rispetto ai raggi X
danno immagini meno contrastate a causa dell'alta energia di
irradiamento.
La sola sorgente di raggi gamma che permette di ottenere buone
radiografie di oggetti sottili in acciaio è Yb-169, il cui periodo di
dimezzamento è relativamente breve.
Non è possibile interrompere la radiazione emessa dalle sorgenti
radioattive. Esse debbono quindi essere isolate in contenitori di Pb.
Per le sorgenti con radiazione molto penetrante e/o intensa, la corazza
necessaria può essere molto pesante.
L'irraggiamento delle sorgenti radioattive non può essere regolato.
CND: Radiografia
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