Le Prove Non Distruttive - Corsi di Laurea a Distanza

Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
I materiali
I materiali
Introduzione al corso
Tecnologia di produzione
I materiali
La misura della durezza
Le prove meccaniche distruttive
Prove non distruttive
La meccanica dei materiali
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Obiettivi della lezione
Comprendere le possibilità e i limiti delle prove
non distruttive e il loro campo di applicazione
Capire i principi fisici che vengono utilizzati nelle
principali prove non distruttive
Essere in grado di associare ad ogni processo
tecnologico la prova più opportuna
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Bibliografia per la lezione
“Manufacturing processes for engineering
materials”
S. Kalpakjian
Addison-Wesley Publishing Company, 1991
capitolo 4 paragrafo 8
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Prove non distruttive
Prove non distruttive
PND: caratteristiche comuni
Liquidi penetranti (PT)
Magnetoscopia (MT)
Ultrasuoni (UT)
Radiografia (RT)
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Le Prove Non Distruttive (PND)
Consentono di valutare difettosità o struttura dei
materiali senza alterare lo stato fisico del pezzo
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Le Prove Non Distruttive (PND)
Consentono di valutare difettosità o struttura dei
materiali senza alterare lo stato fisico del pezzo
Sono procedimenti indiretti: valutano le criticità
attraverso la loro influenza sulle proprietà fisiche
del materiale in esame
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Prove non distruttive
Le Prove Non Distruttive (PND)
Consentono di valutare difettosità o struttura dei
materiali senza alterare lo stato fisico del pezzo
Sono procedimenti indiretti: valutano le criticità
attraverso la loro influenza sulle proprietà fisiche
del materiale in esame
Risultano utili per la verifica al 100% della
produzione o per il monitoraggio dello stato del
componente durante tutta la sua vita operativa
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Precauzioni di impiego
I benefici economici delle prove superano i costi
ma il loro uso indiscriminato porta ad un
aumento improduttivo dei costi
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Precauzioni di impiego
I benefici economici delle prove superano i costi
ma il loro uso indiscriminato porta ad un
aumento improduttivo dei costi
Metodi che distinguono discontinuità molto
piccole non sono sempre necessari (es. prodotti
in ghisa)
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Precauzioni di impiego
I benefici economici delle prove superano i costi
ma il loro uso indiscriminato porta ad un
aumento improduttivo dei costi
Metodi che distinguono discontinuità molto
piccole non sono sempre necessari (es. prodotti
in ghisa)
La scelta del momento in cui applicare le prove
ha significativi risvolti economici
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Prove non distruttive
Scelta della prova
Per operare una scelta corretta delle tecniche da
applicare è necessario considerare:
proprietà fisiche (ferromagnetismo,conducibilità)
stato del materiale (fusione, laminato, saldato)
grado di finitura superficiale
tipo, posizione ed entità dei difetti
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L’affidabilità delle PND
L’affidabilità di una tecnica non distruttiva è la
probabilità che la prova riveli difetti di dimensioni
e forma specificate
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
L’affidabilità delle PND
L’affidabilità di una tecnica non distruttiva è la
probabilità che la prova riveli difetti di dimensioni
e forma specificate
Lo scopo delle prove è di garantire con un certo
livello di confidenza l’assenza del difetto dal
pezzo
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L’affidabilità delle PND
L’affidabilità di una tecnica non distruttiva è la
probabilità che la prova riveli difetti di dimensioni
e forma specificate
Lo scopo delle prove è di garantire con un certo
livello di confidenza l’assenza del difetto dal
pezzo
Ogni tecnica non distruttiva deve permettere
l’identificazione dei difetti pericolosi trascurando
quelli accettabili
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Applicazione delle PND
Collaudi di accettazione
controlli di qualità sui semilavorati presso i
fornitori o all’arrivo in magazzino (liquidi
penetranti e ultrasuoni)
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Applicazione delle PND
Collaudi di accettazione
Controlli in processo
sostituiscono i collaudi finali
sono controlli automatici
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Applicazione delle PND
Collaudi di accettazione
Controlli in processo
Controlli in servizio
controlli effettuati durante la vita della macchina,
in funzionamento o in manutenzione (industria
nucleare)
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Prove non distruttive
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Prove non distruttive
Prove non distruttive
PND: caratteristiche comuni
Liquidi penetranti (PT)
Magnetoscopia (MT)
Ultrasuoni (UT)
Radiografie (RT)
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Prova a liquidi penetranti
Analisi dello stato della superficie del materiale
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Prove non distruttive
Prova a liquidi penetranti
Analisi dello stato della superficie del materiale
I difetti vengono messi in risalto con liquidi
speciali a bassa viscosità e tensione superficiale
che penetrano per capillarità nelle discontinuità
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Prova a liquidi penetranti
Analisi dello stato della superficie del materiale
I difetti vengono messi in risalto con liquidi
speciali a bassa viscosità e tensione superficiale
che penetrano per capillarità nelle discontinuità
Si rimuove il liquido dalla superficie
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Prova a liquidi penetranti
Analisi dello stato della superficie del materiale
I difetti vengono messi in risalto con liquidi
speciali a bassa viscosità e tensione superficiale
che penetrano per capillarità nelle discontinuità
Si rimuove il liquido dalla superficie
Il liquido penetrato nelle fessure rimane
intrappolato e viene evidenziato da un agente
assorbente
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Esame con liquidi penetranti
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Liquidi a contrasto di colore
A contrasto di colore
osservazione mediante luce visibile
si rilevano cricche larghe fino a 0,1 mm
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Liquidi fluorescenti
A contrasto di colore
A liquidi fluorescenti
osservazione con radiazione ultravioletta (lampada
di Wood)
sono rilevabili cricche larghe fino a 0,01 mm
migliori risultati su superfici rettificate
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Prove non distruttive
Limiti della prova
Non rivela difetti sotto pelle o chiusi in superficie
Non applicabile su superfici rugose o porose
L’interpretazione dei risultati va fatta
esclusivamente da personale autorizzato
L’esame è limitato a zone facilmente accessibili
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Prove non distruttive
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Prove non distruttive
Prove non distruttive
PND: caratteristiche comuni
Liquidi penetranti (PT)
Magnetoscopia (MT)
Ultrasuoni (UT)
Radiografie (RT)
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La magnetoscopia
Rilevazione di difetti superficiali o appena sotto la
superficie
Tecnica di controllo molto sensibile fino a una
profondità di 4 ÷ 5 mm
Applicazione solo a materiali ferromagnetici
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Fisica del processo
Il riconoscimento dei difetti avviene perché le
particelle si dispongono lungo le linee di flusso
del campo magnetico
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Fisica del processo
Il riconoscimento dei difetti avviene perché le
particelle si dispongono lungo le linee di flusso
del campo magnetico
Viene generato un flusso magnetico che si chiude
all’interno del pezzo
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Fisica del processo
Il riconoscimento dei difetti avviene perché le
particelle si dispongono lungo le linee di flusso
del campo magnetico
Viene generato un flusso magnetico che si chiude
all’interno del pezzo
Alcune particelle magnetiche sulla superficie del
pezzo vengono attratte dal flusso; dalla loro
distribuzione si deduce la presenza di difetti
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Direzione dei flussi magnetici e cricche
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Direzione dei flussi magnetici e cricche
Cricca superficiale
rilevabile anche con
liquidi penetranti
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Direzione dei flussi magnetici e cricche
Difettosità sotto
pelle
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Direzione dei flussi magnetici e cricche
Discontinuità interna
non rilevabile con
magnetoscopia
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Prova ad induzione magnetica circolare
I
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Induzione per avvolgimento magnetico
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Prove non distruttive
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Prove non distruttive
PND: caratteristiche comuni
Liquidi penetranti (PT)
Magnetoscopia (MT)
Ultrasuoni (UT)
Radiografie (RT)
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Esame non distruttivo ad ultrasuoni
Il fascio ultrasonoro viene generato da trasduttori
che trasmettono all'interno del pezzo impulsi
riflessi dal materiale e rielaborati da un
oscilloscopio
Impiego di onde elastiche dette ultrasonore
perché a frequenze comprese tra 250 kHz e 25
MHz
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Onde elastiche
Onde longitudinali (o di compressione)
si eccita un solido elastico con sollecitazione
alternata piana: fasi alterne di compressione e
dilatazione
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Onde elastiche
Onde longitudinali (o di compressione)
Onde trasversali (o di taglio)
vibrazione del solido in direzione perpendicolare al
moto perché soggetto a forze di taglio
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Onde elastiche
Onde longitudinali (o di compressione)
Onde trasversali (o di taglio)
Onde superficiali
propagazione dell’onda lungo uno strato
superficiale
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Onde elastiche
Onde longitudinali (o di compressione)
Onde trasversali (o di taglio)
Onde superficiali
Onde flessurali
si verificano in lamiere con spessore pari alla
lunghezza d’onda
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Onde longitudinali
λ
Velocità (v) di
propagazione
Compressione
Dilatazione
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Onde longitudinali
Pressione (p)
Tempo
(t)
T
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Onde longitudinali
Frequenza
f =
Lunghezza d’onda
λ = x (t + T ) − x (t )
v =
Velocità
Impedenza acustica
1
T
λ
= λ ⋅f
T
Z = ρ ⋅v
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Proprietà acustiche dei materiali
ρ
[t/m3]
v
[m/s]
Z
[s t/m2]
Acciaio
7,8
5,85
45000
Alluminio
2,7
6,30
17000
Rame
8,9
4,68
42000
Vetro
2,5
5,70
14000
Acqua
1,0
1,48
1480
Materiale
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Grafico delle onde dell’oscilloscopio
Ampiezza
d’onda
Periodo
Tempo
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Grafico delle onde dell’oscilloscopio
Ampiezza
d’onda
Onda trasmessa
Tempo
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Grafico delle onde dell’oscilloscopio
Ampiezza
d’onda
Onda di ritorno
Tempo
55
Grafico delle onde dell’oscilloscopio
Ampiezza
d’onda
Onda riflessa
dalle
discontinuità
Tempo
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Prove non distruttive
Prove non distruttive
PND: caratteristiche comuni
Liquidi penetranti (PT)
Magnetoscopia (MT)
Ultrasuoni (UT)
Radiografia (RT)
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Prove non distruttive
Tecnica radiografica
Rilevamento su pellicola della variazione di
attenuazione che un fascio a raggi X subisce in
funzione degli spessori attraversati
Le discontinuità emergono come zone annerite
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Tecnica radiografica
Per spessori maggiori (fino a 150 mm) si usano
radiazioni γ con esposizione panoramica
Per spessori oltre i 10 cm si usano acceleratori
lineari
Si possono rilevare difetti dell’ordine di 1 ÷ 2 %
dello spessore del pezzo, per sensibilità maggiori
si usa il metodo ad ultrasuoni
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
La radiografia
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Applicazione delle radiografie
Controllo di saldature
Getti in ghisa, in acciaio, in alluminio
Materiali compositi
Materie plastiche
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Vantaggi delle radiografie
Costo contenuto
Contenitore piccolo e facilmente trasportabile
Sorgente molto piccola che può passare in
aperture strette
Nessuna alimentazione elettrica
63
Svantaggi delle radiografie
È possibile non rilevare difetti bidimensionali
(cricche) se il loro orientamento rispetto all'asse
del cono radiante è inclinato
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Svantaggi delle radiografie
È possibile non rilevare difetti bidimensionali
(cricche) se il loro orientamento rispetto all'asse
del cono radiante è inclinato
Nelle radiografie si ha poco contrasto quindi non
è immediato riconoscere i difetti
65
Svantaggi delle radiografie
È possibile non rilevare difetti bidimensionali
(cricche) se il loro orientamento rispetto all'asse
del cono radiante è inclinato
Nelle radiografie si ha poco contrasto quindi non
è immediato riconoscere i difetti
Si possono analizzare pezzi di spessore massimo
180 mm
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Sistemi di Produzione II
Prove non distruttive
Svantaggi delle radiografie
È possibile non rilevare difetti bidimensionali
(cricche) se il loro orientamento rispetto all'asse
del cono radiante è inclinato
Nelle radiografie si ha poco contrasto quindi non
è immediato riconoscere i difetti
Si possono analizzare pezzi di spessore massimo
180 mm
Elevati costi di sostituzione della sorgente
radioattiva
67
Sommario della lezione
Le prove non distruttive sono prove che non
alterano i pezzi
Le prove forniscono indicazioni indirette sulla
salute del pezzo ma occorre esperienza per
distinguere i difetti dagli artefatti
Le principali prove sono: liquidi penetranti,
magnetoscopia, ultrasuoni, radiografia
Domande di riepilogo
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