SECONDA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Real Casa dell’Annunziata
81031 Aversa(Ce)
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA
anno accademico 2002/2003
APPUNTI DELLE LEZIONI DEL CORSO DI
CONTROLLI NON DISTRUTTIVI
ing. Imma Orilio
INTRODUZIONE
I Controlli non distruttivi (CnD) ovvero prove non distruttive (PnD) sono un
insieme di pratiche diagnostiche, atte a rilevare anomalie dei materiali, senza
alterarne lo stato fisico o la geometria.
I vari metodi CnD, risultano spesso complementari tra loro, quindi per una
adatta scelta delle tecniche di controllo è necessario considerare diversi fattori:
PROPRIETÀ FISICHE: (Ferromagnetismo, conducibilità elettrica,
acustica, opacità ai Raggi X, ecc…)
STATO DEL MATERIALE: (Tipo di lavorazione subita,
condizioni superficiali ecc... )
DIFETTI DA RICERCARE: (Tipo, posizione, entità ecc… )
GEOMETRIA: (Forma e dimensioni, grado di accessibilità
superficiale, ecc...)
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I METODI DI CONTROLLO
1. ULTRASUONI (US)
Tecnica impiegata nella ricerca di difetti nei materiali e misure di spessore.
APPLICAZIONE : su tutti i materiali (metallici e non-metallici), in grado di
far propagare le onde ultrasonore con frequenze comprese
tra i 16 kHz e i 20 MHz. ( Ghisa, acciai al C., acciai Inox,
alluminio e leghe leggere, materiali compositi,
calcestruzzo, ceramiche, materiali plastici, legno, ecc. )
PRODOTTI CONTROLLABILI: Laminati, forgiati, trafilati, fusioni, getti,
placcature, saldature, tubi, ecc.
VANTAGGI: Possibilità di stabilire profondità e posizione dei difetti
all’interno dei materiali, misure di spessori.
SVANTAGGI: Impossibilità di utilizzo su:materiali ad alta attenuazione
acustica, geometrie particolari.
Descrizione della Metodologia
Gli esami con ultrasuoni (US) sfruttano i fenomeni della propagazione nei solidi,
liquidi o gas, di fasci d'onde elastiche, cioè onde di compressione e
decompressione della materia, con frequenza superiore a quella dei suoni udibili
dall'orecchio umano.
Le onde ultrasonore, che vengono inviate nel sistema spaziale da esaminare, sono
attenuate dalla materia che incontrano e riflesse, deviate od assorbite dalle
discontinuità. Ognuno sa cosa sia l'eco: il fenomeno dipende dalla riflessione delle
onde sonore che rimbalzano contro la superficie dell'ostacolo, di natura diversa da
quella del mezzo di propagazione (aria), fino a ritornare all'orecchio
dell'ascoltatore.
Il metodo di rivelazione dei difetti con US è l'applicazione tecnologica di questo
principio.
Il fascio d'onde ultrasonore, ovvero il segnale, viene generato sfruttando le
proprietà piezoelettriche o magnetostrittive di alcuni cristalli, cioè la loro capacità
di contrarsi ed espandersi sotto l'azione d'un campo elettrico o d'un campo
magnetico alternato. Le vibrazioni del cristallo producono onde elastiche di
frequenza ultrasonora, purché il campo elettrico (o magnetico) alternato eccitante
possieda l'adatta frequenza.
Gli ultrasuoni così generati vengono trasferiti direttamente nel materiale da
controllare grazie al contatto, o più propriamente al semplice accostamento del
generatore (trasduttore) alla superficie del pezzo, purché esista un mezzo adeguato
tra le due interfacce, cioè capace di trasferire il suono senza eccessivo
assorbimento (si usano frequentemente sospensioni o soluzioni acquose sature di
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colle cellulosiche). Il fascio d'onde ultrasonore si propaga nel materiale da
esaminare con la stessa frequenza del generatore e con una velocità che dipende
dal materiale attraversato.
Quando il fascio incontra un ostacolo sarà riflesso, assorbito, deviato o diffratto
secondo le leggi comuni a tutti i fenomeni di propagazione delle onde. Le onde
riflesse possiedono la stessa frequenza di quelle incidenti, ma sono sfasate rispetto
ad esse, anche in funzione del cammino percorso, cioè della distanza del
trasduttore dai vari punti della superficie dell'ostacolo. Analoga sorte spetta alle
onde diffratte. L'energia assorbita dal difetto colpito dalle onde incidenti fa sì che
esso possa vibrare emettendo a sua volta onde elastiche di frequenza tipica della
sua risonanza e variamente sfasate.
Dunque il segnale che ritorna verso il trasduttore è molto complesso perché è la
risultante della sommatoria di molte onde d'uguale frequenza, ma sfasate, e di altre
di frequenza diversa, pure sfasate fra loro. Tale segnale contiene tutte le
informazioni sulle dimensioni, geometria e natura dell'ostacolo incontrato dal
fascio d'ultrasuoni incidenti. Il fenomeno fisico della piezoelettricità o
magnetostrizione, che è stato sfruttato per generare l'onda, è reversibile. Ne deriva
che lo stesso cristallo capace d'emettere ultrasuoni, può generare un segnale
elettrico o magnetico, quando venga investito da un fascio d'onde elastiche. Perciò,
quando l'onda riflessa od emessa dall'ostacolo ritorna alla sonda che l'ha generata,
darà un segnale elettrico che, opportunamente amplificato e filtrato, potrà essere
visualizzato sullo schermo delI'oscilloscopio, di cui sono sempre dotati gli
strumenti rivelatori d'ultrasuoni.
Gli sforzi della ricerca nel settore dei CND industriali con US sono attualmente tesi
alla demodulazione dei segnali di ritorno attraverso l'applicazione delle trasformate
di Fourier. Ciò permetterebbe non solo d'individuare la posizione e di valutare la
dimensione equivalente dei difetti, ma di vederne realmente la forma,
diagnosticandone la natura, come già accade nell'ecografia in campo medico, che
consente di vedere sul monitor la forma e la posizione del bimbo nel grembo
materno.
Attualmente tutti gli strumenti rivelatori d'ultrasuoni si compongono di due parti,
unite o distinte: il generatore del segnale da inviare al materiale da esaminare ed il
rivelatore, che riceve, amplifica, filtra e visualizza i segnali che ritornano alla
sonda dopo la propagazione. In tal modo è possibile rivelare soltanto gli echi
riflessi da eventuali difetti interni o gli echi di fondo (o della parete di confine del
pezzo esaminato) più o meno attenuati in funzione dei difetti presenti.
Poiché il materiale da esaminare possiede sempre un confine, cioè una parete di
fondo sulla quale il fascio in ingresso si riflette comunque, è possibile ricavare
informazioni sulla posizione del difetto presente nella massa, attraverso il rapporto
dei tempi di ritorno dell'eco del segnale e dell'eco di fondo. Questo è possibile
perché la propagazione delle onde ultrasonore avviene sempre a velocità costante
in un mezzo omogeneo. Inoltre è possibile rivelare la presenza d'un difetto interno
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anche nel caso che questo non generi la riflessione, ma soltanto l'assorbimento del
fascio incidente.
Ciò è possibile perché lo strumento visualizza il fondo sia come distanza (tempo
per la ricezione dell'eco di fondo), che per assorbimento (attenuazione dell'intensità
del segnale di fondo riflesso, per assorbimento da parte della materia attraversata).
Se l'intensità del fascio riflesso dalla parete di fondo diminuisce bruscamente in
una certa posizione significa che qualche ostacolo o discontinuità l'ha parzialmente
assorbito. In questo caso non è possibile individuare la posizione del difetto, ma
solamente valutarne la presenza ed il potere assorbente.
Disponendo d'un generatore d'adeguata potenza è possibile individuare difetti
distanti anche parecchi metri dal trasduttore. Ciò permette il controllo dell'integrità
trasversale di barre anche molto lunghe (per esempio le colonne delle presse per
estrusione, lunghe fino a 18 metri). E' possibile anche valutare
approssimativamente la dimensione della discontinuità incontrata dal fascio
d'ultrasuoni, confrontando l'intensità dell'eco ricevuto con quello di difetti
standard, o con grafici appositamente costruiti, che si possono anche applicare sul
monitor dell'oscilloscopio (scale AVG).
Nella pratica corrente i CND con US si eseguono tarando lo strumento con adatti
campioni standard, cioè cercando gli echi di difetti precostituiti (fori di dimensioni
predeterminate eseguiti in posizioni definite del saggio di taratura), oppure tarando
lo strumento direttamente sul pezzo da esaminare, per cogliere l'eco di fondo e la
sua scomparsa od attenuazione. Si rammenti che lo strumento rivelatore
d'ultrasuoni filtra i segnali ricevuti e che questi possono essere amplificati o
depressi a piacere dell'operatore.
Quando la presenza d'un difetto viene individuata, I'intensità dell'eco del difetto o
la diminuzione dell'intensità dell'eco del fondo vengono confrontate con quelle
degli echi di difetti d'entità note, o con le scale AVG. In tal modo è possibile
assegnare ad ogni difetto una dimensione equivalente, cioè affermare che le sue
dimensioni e forma sono tali da generare un eco simile a quello d'un foro di
diametro definito e posizionato alla stessa distanza dal trasduttore. La dimensione
equivalente non è direttamente collegabile con quella reale, ma è un parametro
approssimativo, attualmente necessario per classificare l'entità dei difetti rivelati.
L'attuale tecnica ha prodotto una vasta gamma di sonde (trasduttori e ricevitori) i
cui fasci d'onde ultrasonore si propagano in linea retta rispetto all'asse della sonda
stessa, oppure obliquamente (assai usate sono le sonde con propagazione a 30°,
45°, 60° e 70°), e perfino in direzione ortogonale, cioè con onde perfettamente
tangenti alla superficie. I trasduttori ed i ricevitori possono esser incorporati nella
stessa sonda od esser separati per ottimizzare alcuni rilevamenti. Ogni sonda
possiede caratteristiche specifiche che ne ottimizzano l'uso per ogni morfologia e
giacitura del difetto da evidenziare, nonché per ogni tipo di materiale da esaminare
(acciaio comune, acciaio inossidabile, ghisa, alluminio, ecc.).
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Ogni sonda opera o tollera una data frequenza che può esser o meno ottimale per lo
scopo specifico dell'esame US. Dunque esiste una vastissima gamma di sonde,
(trasduttori e rivelatori) e d'accessori, tali da consentire enormi possibilità e
versatilità d'impiego, dal più elementare esame, alla più sofisticata ricerca.
Il controllo con US è reso più efficace e semplice dal grado di simmetria del pezzo
da esaminare, ovvero dalla presenza di superfici piane o cilindriche, di piani
paralleli o comunque in grado di riflettere efficacemente l'onda di fondo. Si
complica invece in presenza di fori, scanalature, filettature, variazioni di sezione o
di caratteristiche geometriche complesse.
Anche la finitura superficiale gioca un ruolo importante sulla efficacia del
controllo con US. Il metodo richiede uno stato superficiale che consenta, o non
ostacoli eccessivamente il passaggio degli ultrasuoni. Per esempio una superficie
lappata può essere considerata ottimale, mentre la superficie grezza di lavorazione
a caldo che presenti scaglie di calamina di rilevante spessore ed anche poco
aderenti, può costituire una barriera insormontabile per il fascio d'ultrasuoni.
Talvolta non è possibile valutare l'integrità dei semilavorati grezzi operando
direttamente sulle superfici del semilavorato. In tal caso gli esami devono esser
eseguiti sui semilavorati totalmente immersi in acqua, per migliorare la
propagazione degli ultrasuoni all'interfaccia. Gli ultrasuoni rivelano con difficoltà i
difetti che giacciono troppo vicino al trasduttore. Tuttavia questa difficoltà, la cui
entità non è sempre uguale, dipende soprattutto dal tipo di sonda e può essere
aggirata con l'affinamento delle tecniche di controllo e dall'esperienza
dell'operatore. Riassumendo il metodo permette l'identificazione di difetti interni
che causino la riflessione, la deviazione o l'assorbimento d'un fascio d'ultrasuoni e
distanti dal trasduttore da pochi mm a diversi metri.
Con particolari sonde si possono rivelare anche i difetti affioranti, ma la tecnica US
non è particolarmente adatta per gli esami di superficie. Più d'ogni altro CND
l'esame US richiede un operatore di grande esperienza, capace d'interpretare
correttamente ogni segnale che compaia sul monitor e di sfruttare appieno le
possibilità che questa tecnica offre. Non è rara l'errata interpretazione di segnali,
già considerati difetti, che scompaiono ripetendo l'esame con una sonda di più
adatta frequenza, o con angolo di propagazione diverso. La presenza di
disomogeneità progressive del materiale, di microdifetti, di bordi dei grani molto
pronunciati, o di segregazioni, può attenuare fortemente l'eco di fondo, fino a
giungere alla sua totale soppressione.
Non sempre però questi difetti sono vere e proprie discontinuità del materiale, né
possono esser oggettivamente considerati gravi, o pregiudizievoli per la
funzionalità od affidabilità del componente esaminato. Dunque se si escludono i
difetti facilmente rilevabili, il cui segnale non lascia dubbi interpretativi, nella
maggioranza dei casi e soprattutto negli esami più raffinati, tesi all'individuazione
dei difetti più piccoli, l'interpretazione dei segnali richiede una grande preparazione
ed esperienza e magari una controprova con altre tecniche.
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2. LIQUIDI PENETRANTI (LP)
Tecnica impiegata nella ricerca di difetti superficiali .
APPLICAZIONE: su tutti i materiali non porosi o assorbenti. ( Ghisa, acciai
al C., acciai Inox, alluminio e leghe leggere, materiali
compositi, ceramiche, ecc.)
PRODOTTI CONTROLLABILI: Laminati, forgiati, trafilati, fusioni, getti,
placcature, saldature, tubi, ecc.
VANTAGGI: Possibilità di utilizzo su materiali non ferromagnetici.
SVANTAGGI: Impossibilità di utilizzo su: materiali porosi, verniciati, è
necessaria una buona pulizia
Descrizione della Metodologia
I liquidi penetranti sono la più conosciuta e semplice tecnica usata per evidenziare i
difetti superficiali affioranti, non visibili ad occhio nudo su componenti metallici.
Il principio fisico su cui si basano sfrutta la capacità d'alcuni liquidi di penetrare
per capillarità nelle fessure, cavità o cricche affioranti, anche sottilissime. Questi
liquidi sono caratterizzati da una bassa tensione superficiale e buona bagnabilità
nei confronti del materiale su cui vengono stesi, poiché formano un velo,
generalmente molto sottile ed omogeneo, su tutta la superficie.
Altri liquidi, come l'acqua, hanno elevata tensione superficiale e scarsa bagnabilità
delle superfici metalliche, sulle quali formano preferibilmente gocce piuttosto che
veli; pertanto non possono penetrare nelle fessure sottili.
Dopo applicazione e penetrazione, il liquido penetrante eccedente è rimosso dalla
superficie con uno dei molteplici modi disponibili, fra cui, il più comune e
semplice è il lavaggio con acqua corrente fredda. Tale operazione, definita
rimozione, non asporta il liquido contenuto nelle fessure affioranti che non
possono esser raggiunte dai liquidi con elevata tensione superficiale e scarsa
penetrabilità. Dopo il lavaggio il liquido penetrante viene estratto dai difetti
superficiali, sfruttando il fenomeno della capillarità, mediante un adatto rivelatore,
steso sulla superficie con vari metodi e tale da formare uno strato sottile di polvere
bianca, d'adeguato spessore.
Il liquido penetrante sgorgato dal difetto lascerà un segnale assai più largo della
fessura e molto contrastato, mettendo in evidenza il difetto stesso che lo conteneva,
attraverso una macchia di colore (liquidi penetranti rossi), oppure fluorescente e
facilmente rilevabile al buio, se irradiata con luce ultravioletta o di Wood (liquidi
penetranti fluorescenti). Il liquido può essere applicato in vari modi. Senza entrare
nei dettagli tecnici ricordiamo i più semplici: lo spray, il pennello e l'immersione.
Tutti hanno i loro pregi, difetti ed applicazioni ottimali.
Le dimensioni ed il numero dei pezzi da controllare consiglieranno la scelta della
tecnica più appropriata ed economica. Il principio e la tecnica sono dunque
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elementari, tuttavia bisogna tenere presente che il metodo non rivela: i difetti che
non affiorano o che siano in posizioni non direttamente visibili, anche con l'ausilio
d'endoscopi o irraggiungibili dal rivelatore; i difetti troppo grossi, che siano
accessibili anche all'acqua e quindi non trattengano il liquido penetrante; i difetti
troppo piccoli, non penetrabili dal liquido stesso o che non possano accumularne
una sufficiente quantità. In questo caso darebbero luogo a segnali non visibili ad
occhio nudo, o con lenti d'ingrandimento, perché la macchia di colore o
fluorescente potrebbe non giungere fino alla superficie del film rivelatore od essere
troppo piccola per dare un segnale evidente.
Il metodo con liquidi penetranti mal si presta per l'esame dell'integrità superficiale
di: pezzi porosi, getti di ghisa, alcune microfusioni d'acciaio e quasi tutti i pezzi
d'acciaio sinterizzato; pezzi con superfici troppo scabrose, rugose o filettate, o di
geometria troppo complessa. Infatti può presentare segnali in corrispondenza delle
porosità, delle rugosità da lavorazione meccanica più accentuate, o degli spigoli
vivi di battute, o presso il fondo gola delle filettature; segnali la cui classificazione
quali reali difetti può lasciare molti dubbi, che possono esser fugati soltanto dalla
grande esperienza dell'operatore.
Oltre agli errori interpretativi esistono quelli eventualmente commessi
dall'operatore in ognuna delle fasi che la tecnica prevede (applicazione, rimozione
e rivelazione);errori legati alla manualità ed all'inesperienza dell'operatore e come
tali non facilmente controllabili.
Va infine sottolineato che esistono vari liquidi penetranti, caratterizzati dalla
specifica penetrabilità, ovvero capaci di rivelare difetti di dimensioni più o meno
sottili. Per la loro classificazione esistono norme specifiche.
Concludendo ricordiamo che le PND con liquidi penetranti sono particolarmente
adatte per la ricerca di cricche da rettifica non troppo sottili e delle cricche da
tempra anche molto sottili. E assolutamente inutile per la rivelazione di difetti
interni o di difetti affioranti, ma con bordi chiusi (per esempio alcune cricche di
tempra già sottili, dalle labbra richiuse durante la sabbiatura, dopo bonifica), o
ripiene di sostanze che impediscano la penetrazione del liquido (inclusioni o
cricche contenenti morchie o sporcizia). Pertanto le superfici da controllare devono
esser perfettamente sgrassate, lavate ed eventualmente soffiate per liberare i difetti
superficiali da ogni ostruzione.
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3. MAGNETOSCOPIA (MS)
Tecnica impiegata nella ricerca di difetti superficiali o sub-superficiali.
APPLICAZIONE: su tutti i materiali ferromagnetici. ( Ghisa, acciai al C. ecc. )
PRODOTTI CONTROLLABILI: Laminati, forgiati, trafilati, fusioni, getti,
saldature, tubi, lavorati di macchina, ecc.
VANTAGGI: Non è necessaria una perfetta pulizia dei pezzi da controllare.
SVANTAGGI: Possibilità di utilizzo unicamente su materiali ferromagnetici.
Descrizione della Metodologia
Gli esami magnetoscopici sfruttano il paramagnetismo di alcuni metalli (capacità
di non opporsi al passaggio del campo magnetico), o meglio ancora il
ferromagnetismo (capacità di concentrarlo) per evidenziare le anomalie delle linee
di flusso del campo magnetico nei pressi d'un difetto superficiale.
Generalmente le linee di flusso, che rappresentano l'intensità locale del campo
magnetico, attraversano l'acciaio (metallo generalmente ferromagnetico a
temperatura ambiente) in modo uniforme anche presso le superfici, ma nei pressi
d'una discontinuità, quale per esempio una microcricca, una cavità od
un'inclusione, si addenseranno o disperderanno, deviando localmente e creando
un'anomalia del campo magnetico ai bordi del difetto.
Se quest'ultimo affiora o giace in prossimità della superficie potrà disperdere
almeno una parte delle linee di flusso del campo magnetico oltre la superficie
stessa, consentendo di rivelare il difetto. Basta infatti spruzzare le superfici o
bagnarle con adatte sospensioni di polveri ferromagnetiche, colorate o fluorescenti,
affinché le particelle si concentrino allineandosi lungo le linee di flusso del campo
magnetico emergente.
Il diverso colore delle polveri o la luce emessa per fluorescenza nello spettro
visibile quando le si irradino con luce ultravioletta (luce di Wood), evidenzierà
ogni loro concentrazione e di conseguenza i difetti affioranti o subsuperficiali.
L'apparecchiatura necessaria si compone del generatore del campo magnetico, che
potrà essere continuo od alternato a seconda delle esigenze e del sistema di
rivelazione.
Il campo magnetico generato da un elettromagnete può esser trasferito nel pezzo da
esaminare, usandolo per chiudere il circuito magnetico tra due espansioni polari,
generalmente adattabili alla sua geometria (giogo), oppure si può generare
direttamente nel pezzo mediante il passaggio di corrente elettrica (puntali).
Le apparecchiature per la magnetizzazione, oggi disponibili, possono essere molto
potenti e quindi permettono anche l'esame di pezzi di grandi dimensioni. Sono
portatili o fisse, ma sempre costruite per consentire più esami sequenziali e
variamente orientati sullo stesso pezzo. Ciò è importante perché la rivelazione dei
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difetti è migliore quando sono orientati in senso ortogonale alle linee di flusso del
campo magnetico.
Come s'è detto il sistema di rivelazione è costituito da polveri magnetiche colorate
o fluorescenti, di granulometria ben definita, da usare a secco od in sospensioni
acquose od oleose a bassa viscosità. I migliori risultati s'ottengono generalmente
con le polveri fluorescenti veicolate in sospensioni oleose, oppure in sospensioni
acquose additivate con tensioattivi per migliorarne la bagnabilità e con inibitori di
corrosione, per evitare che i pezzi ossidino, se non adeguatamente asciugati dopo
la prova.
La magnetoscopia permette d'evidenziare difetti superficiali e subsuperficiali, non
rivelabili con i liquidi penetranti, purché la perturbazione del campo magnetico nei
loro dintorni possa giungere fino alla superficie da esaminare. E comunque un
Controllo non Distruttivo CND più rapido, meno laborioso e più efficace di quello
con liquidi penetranti.
Essa è poco adatta per l'esame dell'integrità superficiale di: pezzi porosi, quali i
getti di ghisa, alcuni pezzi microfusi e quasi tutti i pezzi d'acciaio sinterizzato;
pezzi con superfici troppo scabrose, rugose, filettate o di geometria troppo
complessa.
Infatti può presentare gli stessi inconvenienti o limitazioni già citati per i liquidi
penetranti, per cui richiede un operatore esperto e particolarmente attento. Il
metodo è meno soggetto ad errori dell'operatore rispetto a quello con liquidi
penetranti e non richiede necessariamente la perfetta pulizia preventiva delle
superfici, sebbene sia sempre auspicabile per ottenere i migliori risultati.
Quando il campo è generato direttamente nel pezzo tramite passaggio di corrente
elettrica, è assolutamente necessario usare puntali di contatto che si adattino
perfettamente alle superfici onde evitare scintille o scariche elettriche che
potrebbero danneggiare irrimediabilmente le superfici stesse.
Particolari precauzioni vanno prese soprattutto quando si debbano esaminare pezzi
finiti, cioè privi d'ogni sovrametallo. In tal caso si devono usare puntali di metalli
teneri e ridurre l'intensità della corrente per evitare ogni rischio di danneggiamento.
La magnetoscopia è adatta per la ricerca di difetti superficiali e subsuperficiali
d'ogni tipo, aperti (cricche, cavità, porosità, ecc.) o chiusi (inclusioni, segregazioni,
ripiegature, cricche con bordi richiusi dalla sabbiatura, ecc.) presenti anche in pezzi
semilavorati (stampati, fucinati, laminati), o semifiniti. E assolutamente inefficace
per i difetti interni o per difetti troppo lontani dalla superficie.
Le dimensioni minime del difetto rivelabile con la magnetoscopia dipendono
soprattutto dalla sua distanza dalla superficie. Il limite di rivelabilità dei difetti
affioranti è migliore di quello dei liquidi penetranti più sensibili.
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4. RADIOGRAFIA (RT)
Tecnica impiegata nella ricerca di difetti interni nei materiali
APPLICAZIONE: su tutti i materiali, Ghisa, acciai al C., acciai Inox, alluminio
e leghe leggere, materiali compositi, ceramiche, plastiche
ecc.
PRODOTTI CONTROLLABILI: Giunti saldati, laminati, forgiati, trafilati,
fusioni, getti, tubi, lavorati di macchina,
VANTAGGI: Permette di rilevare difetti interni ed esterni nel materiale
controllato.
SVANTAGGI: Impossibilità di utilizzo su materiali opachi alle radiazioni o
con geometrie particolari.
La Radiografia industriale: radiografia con raggi X o raggi
Il metodo è esattamente equivalente a quello della radiografia usata in medicina.
Quando un fascio d'onde elettromagnetiche fortemente penetranti, cioè
d'elevatissima energia fotonica (elevata frequenza) e fortemente ionizzanti (raggi X
o raggi ), passa attraverso l'oggetto da esaminare, viene assorbito, ovvero
attenuato, con legge esponenziale, in funzione dello spessore e della densità della
materia attraversata.
I raggi X o passanti e variamente attenuati impressionano una lastra fotografica
posta dietro l'oggetto da esaminare (od illuminano uno schermo rivelatore, nel caso
delle radioscopie). Dopo sviluppo fotografico la lastra annerirà nelle varie zone,
più o meno intensamente in funzione della dose di radiazione ricevuta.
Pertanto se nell'oggetto esaminato esistono difetti quali cavità, fessure, grosse
inclusioni meno assorbenti della matrice o discontinuità di materiale più denso e
quindi più assorbente, sulla lastra si formeranno macchie più scure o più chiare,
d'intensità proporzionale allo spessore del difetto, il quale apparirà delimitato dalla
sua proiezione prospettica.
Nel caso delle radioscopie in continuo lo schermo s'illuminerà più o meno
intensamente a seconda della dose di radiazione ricevuta, dunque darà la stessa
immagine, ma in positivo rispetto alla radiografia. L'apparecchiatura necessaria per
la radiografia industriale è sempre assai complessa e costosa. Essa comprende la
sorgente e l'apparato di rivelazione.
La sorgente di radiazioni X o è assai diversa.
I raggi X sono generati artificialmente in particolari tubi catodici che emettono,
soltanto quando s'applica tensione agli elettrodi, la radiazione di frequenza
desiderata in funzione della composizione del catodo e d'intensità regolabile entro
certi limiti. Dunque è corretto parlare di lampada a raggi X, perché l'emissione
cessa proprio come la luce d'una lampadina elettrica, quando s'apre il circuito.
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I raggi sono emessi naturalmente e continuamente da isotopi radioattivi per
decadimento del nucleo, secondo precise leggi fisiche.
La radiazione possiede una definita lunghezza d'onda a seconda del tipo
d'isotopo, ed intensità proporzionale alla quantità e tipo d'isotopo radioattivo
contenuto nella pastiglia che costituisce la sorgente. Perciò la sorgente di raggi
dev'essere sempre chiusa in un recipiente altamente schermato (generalmente di
piombo), che attenui a valori bassissimi la radiazione dispersa, quando non serva
per irradiare.
L'apparato di rivelazione potrà essere di tipo a schermo fluorescente,
eventualmente collegato con telecamere che possono trasferire l'immagine a
distanza, oppure tradizionale a lastre fotografiche, di solito contenute tra due film
di piombo per meglio impressionarle.
Nel primo caso serve un sofisticato sistema elettronico per il monitoraggio, con
adeguata schermatura dell'operatore, ma si avrà la possibilità di movimentare il
pezzo durante la radioscopia osservandone in tempo reale ogni possibile
proiezione. Per la documentazione basterà fotografare lo schermo, oppure esporre
una lastra fotografica nell'adatto supporto dopo aver fissato il pezzo nella posizione
di massimo interesse.
Nel secondo caso sarà necessaria la camera oscura per lo sviluppo delle lastre
ciascuna delle quali rappresenterà un'unica proiezione dell'oggetto radiografato,
ottenuta con tempi d'esposizione tanto più lunghi quanto maggiore è lo spessore
della parete da ispezionare. Le radiazioni X o sono altamente ionizzanti, cioè
possono distruggere i legami molecolari della materia organica ed esser fortemente
dannose.
Perciò, quando l'intensità è elevata o superiore ad un valore minimo di soglia, per
legge è obbligatorio operare in adatti locali d'irraggiamento (bunker),
opportunamente protetti con schermature di piombo o con pareti di cemento
armato anche di alcuni metri di spessore, e dotati d'opportuni allarmi che
impediscano agli operatori di dare il via all'emissione di raggi X o d'estrarre dal
contenitore le pastiglie d'isotopi radioattivi, finché le porte d'accesso al bunker non
siano state chiuse e le dovute protezioni inserite.
La radiografia industriale è proficua per l'esame di pezzi di geometria semplice, la
cui proiezione dia luogo a sfondi relativamente omogenei, nei quali ogni piccola
variazione d'intensità d'annerimento (o di luminosità) è facilmente osservabile ed
interpretabile. Diventa una tecnica che richiede una grande esperienza quanto più
complessa è la geometria dei pezzi.
Ha il pregio di fornire immagini di più facile interpretazione che non gli echi degli
ultrasuoni, ma non può dare indicazioni sulla profondità del difetto rivelato, se non
con due proiezioni ortogonali fra loro. Evidenzia soltanto difetti di forma
tendenzialmente tridimensionale, oppure bidimensionale ma orientati
tangenzialmente al fascio di raggi incidenti. Per esempio una soffiatura sarà bene
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evidenziata in ogni proiezione, mentre una cricca si vedrà bene soltanto quando
sarà quasi parallela al fascio di raggi che attraversa il pezzo.
Il metodo non consente d'eseguire facilmente rapide sequenze d'altre proiezioni del
pezzo da esaminare, se non attraverso la radioscopia, che necessariamente deve
operare con potenze limitate, per ragioni di sicurezza dell'operatore o con
attrezzature estremamente costose. I raggi X anche più potenti non superano
spessori d'acciaio superiori a circa 70 mm; mentre i raggi , anche nei casi migliori
non superano i 180 mm.
Le limitazioni del metodo sono dunque legate allo spessore massimo ed alla
complessità geometrica dei pezzi da esaminare, alla forma e giacitura dei difetti e
soprattutto all'elevato costo delle attrezzature e della loro manutenzione.
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5. TERMOGRAFIA (TG)
Tecnica per la ricerca delle differenze termiche anomale
APPLICAZIONE: Ovunque vi sia una differenza termica che supponga una
anomalia eventuale, es. settore impiantistica, chimico,
metallurgico, elettrico, edile ecc.
PRODOTTI CONTROLLABILI: Surriscaldamenti di motori elettrici, contatti
elettrici, forni e caldaie, scambiatori di
calore, controllo di processo, rilievi d'
umidità, ecc.
VANTAGGI: Permette un controllo visivo all'infrarosso a distanza, vedendo ciò
che il nosto occhio non vede.
SVANTAGGI: Impossibilità di utilizzo in particolari condizioni fisiche.
Esempi di applicazioni del metodo
1. Impianti elettrici
Un controllo ad infrarossi dedicato ad un impianto elettrico consente di identificare
le anomalie causate dall’azione tra corrente e resistenza.
La presenza di un punto caldo all’interno di un circuito elettrico è dovuta di solito
ad un collegamento corroso, ossidato oppure allentato, o, ancora, al
malfunzionamento del componente in questione.
I tipici componenti da sottoporre ad un controllo ad infrarossi sono linee elettriche
aeree, sottostazioni,trasformatori, unità tiristori, dispositivi di apertura dei circuiti,
interruttori, fusibili, disgiuntori, controlli, motori e unità di controllo motori.
Al fine di ottenere da un’ispezione termografica i risultati più soddisfacenti è di
solito consigliabile analizzare i sistemi elettrici quando il carico supera il 40% e
dopo che l’impianto è stato sotto carico per almeno un’ora.
2. Controllo di processo
La termografia ad infrarosso permette inoltre un monitoraggio dei processi
produttivi che producono calore, onde verificare la correttezza degli standard
costruttivi o la conformità a specifiche costruttive.
L'utilizzo di opportuni programmi di "audit di prevenzione e sicurezza" studiati
appositamente per ogni Azienda consente di individuare tempestivamente le
anomalie incipienti, di pianificare le azioni correttive e, più in generale, di attuare
un piano di miglioramento continuo delle "performance" funzionali.
Tali programmi si sviluppano attraverso procedure che costituiscono basi di
riferimento omogenee per I' interpretazione e la descrizione delle anomalie rilevate
attraverso la termografia.
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Le finalità generali di un programma di "audit" di questo tipo sono, in generale; la
riduzione dei costi, il mantenimento di un elevato livello di qualità e prestazioni,
l’incremento della produttività, il miglioramento della sicurezza e la garanzia dell'
efficienza di macchine ed apparecchiature.
3. Meccanica
La termografia viene comunemente applicata in meccanica per controllare gli
elementi con un movimento rotatorio. Il livello eccessivo di calore può essere
dovuto alla frizione prodotta da cuscinetti difettosi, lubrificazione insufficiente,
disassamento, uso scorretto e normale usura.
I meccanismi ispezionabili con la termografia ad infrarossi comprendono
ingranaggi, alberi, dispositivi di accoppiamento, cinture trapezoidali, pulegge,
sistemi di azionamento a catena, convogliatori, compressori ad aria, pompe a
vuoto, frizioni ecc.
Il principale vantaggio che si trae dal verificare con questo metodo le parti
meccaniche è un notevole risparmio di tempo, in quanto si localizza rapidamente
l’area in cui si e presentato il problema. Per risalire alla causa si ricorre non di rado
ad altri metodi di ispezioni, quali la analisi delle vibrazioni od endoscopia.
Nel caso di determinati componenti elettromeccanici, comunque, la termografia è
l’unica tecnica di ispezione che consenta di determinare quale tipo di intervento sia
opportuno, se di manutenzione o di riparazione. Con una termografia, ad esempio,
si potrebbero individuare i punti caldi sulle spazzole di alimentazione all’interno di
un motore, che indicano un contatto insufficiente dovuto a consumo disuguale e la
necessità di rettificare il collettore.
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6. ENDOSCOPIA (ES)
Tecnica per ricercare anomalie superficiali internamente a dei particolari
APPLICAZIONE: Ovunque vi sia un accesso verso l’interno del particolare da
controllare es. tubi saldati, scarichi motori, corrosione
interne a linee o serbatoi, ecc.
PRODOTTI CONTROLLABILI: Motori, condotte di fluidi, serbatoi, vani
nascosti, ecc.
VANTAGGI: Permette un controllo visivo a distanza senza smontare
particolari da controllare.
SVANTAGGI: Impossibilità di utilizzo senza un accesso diretto alla zona
d’esame o con geometrie particolari.
Descrizione della Metodologia
E' una tecnica di controllo visivo a distanza che sfrutta l'impiego di telecamere e
fibre ottiche. Nata in campo medico è ora utilizzata anche nei settori industriali
quale il metalmeccanico ed edile.
l'endoscopia con la possibilità di penetrare in piccole cavità trova un largo impiego,
spesso sottovalutato, nelle normali manutenzioni, vediamone vari esempi di
utilizzo legato ai settori sopra menzionati:
Ispezione su: motori diesel o turbine per gruppi elettrogeni, condotte gas o
fluidi, scambiatori di calore, caldaie, autoclavi, serbatoi di stoccaggio, pompe o
compressori, riduttori, scatole di ingranaggi, cambi, ecc.
Ispezioni su:condotte di aspirazione, aria condizionata, cablaggi elettrici o
telefonici, riscaldamento, camini, solai, intercapedini murali, scarichi e tombini,
reti fognarie, ponti e viadotti, ecc.
Come molti sanno, la manutenzione di un impianto è necessaria per mantenere
limitati i costi operativi, mantenere l'efficienza produttiva e per ridurre le perdite di
tempo legate a costose riparazioni.
E’ possibile e consigliabile eseguire ottime operazioni di valutazione utilizzando
l'endoscopia, per assicurare programmi di pulizia e di mantenimento efficaci, senza
dover smontare inutilmente parti e perdere troppo tempo.
E’ quindi possibile ottenere un’efficace manutenzione usando l'endoscopia come
metodo per la riduzione dei costi. L'importante è comunque avere un foro
d'accesso
Ulteriori approfondimenti possono essere fatti sulle bibliografie proposte di volta
in volta durante il corso.
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