Le Prove Non Distruttive - Corsi di Laurea a Distanza
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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 2 © 2006 Politecnico di Torino 1 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 3 Bibliografia per la lezione “Manufacturing processes for engineering materials” S. Kalpakjian Addison-Wesley Publishing Company, 1991 capitolo 4 paragrafo 8 4 © 2006 Politecnico di Torino 2 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) 6 © 2006 Politecnico di Torino 3 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 7 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 8 © 2006 Politecnico di Torino 4 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 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 9 Precauzioni di impiego I benefici economici delle prove superano i costi ma il loro uso indiscriminato porta ad un aumento improduttivo dei costi 10 © 2006 Politecnico di Torino 5 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) 11 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 12 © 2006 Politecnico di Torino 6 Sistemi di Produzione II 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 13 L’affidabilità delle PND L’affidabilità di una tecnica non distruttiva è la probabilità che la prova riveli difetti di dimensioni e forma specificate 14 © 2006 Politecnico di Torino 7 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 15 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 16 © 2006 Politecnico di Torino 8 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) 17 Applicazione delle PND Collaudi di accettazione Controlli in processo sostituiscono i collaudi finali sono controlli automatici 18 © 2006 Politecnico di Torino 9 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) 19 Prove non distruttive © 2006 Politecnico di Torino 10 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Prove non distruttive PND: caratteristiche comuni Liquidi penetranti (PT) Magnetoscopia (MT) Ultrasuoni (UT) Radiografie (RT) 21 Prova a liquidi penetranti Analisi dello stato della superficie del materiale 22 © 2006 Politecnico di Torino 11 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 23 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 24 © 2006 Politecnico di Torino 12 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 25 Esame con liquidi penetranti 26 © 2006 Politecnico di Torino 13 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 27 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 28 © 2006 Politecnico di Torino 14 Sistemi di Produzione II 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 29 Prove non distruttive © 2006 Politecnico di Torino 15 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Prove non distruttive PND: caratteristiche comuni Liquidi penetranti (PT) Magnetoscopia (MT) Ultrasuoni (UT) Radiografie (RT) 31 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 32 © 2006 Politecnico di Torino 16 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 33 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 34 © 2006 Politecnico di Torino 17 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 35 Direzione dei flussi magnetici e cricche 36 © 2006 Politecnico di Torino 18 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Direzione dei flussi magnetici e cricche Cricca superficiale rilevabile anche con liquidi penetranti 37 Direzione dei flussi magnetici e cricche Difettosità sotto pelle 38 © 2006 Politecnico di Torino 19 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Direzione dei flussi magnetici e cricche Discontinuità interna non rilevabile con magnetoscopia 39 Prova ad induzione magnetica circolare I 40 © 2006 Politecnico di Torino 20 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Induzione per avvolgimento magnetico 41 Prove non distruttive © 2006 Politecnico di Torino 21 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Prove non distruttive PND: caratteristiche comuni Liquidi penetranti (PT) Magnetoscopia (MT) Ultrasuoni (UT) Radiografie (RT) 43 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 44 © 2006 Politecnico di Torino 22 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 45 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 46 © 2006 Politecnico di Torino 23 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 47 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 48 © 2006 Politecnico di Torino 24 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Onde longitudinali λ Velocità (v) di propagazione Compressione Dilatazione 49 Onde longitudinali Pressione (p) Tempo (t) T 50 © 2006 Politecnico di Torino 25 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 51 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 52 © 2006 Politecnico di Torino 26 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive Grafico delle onde dell’oscilloscopio Ampiezza d’onda Periodo Tempo 53 Grafico delle onde dell’oscilloscopio Ampiezza d’onda Onda trasmessa Tempo 54 © 2006 Politecnico di Torino 27 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 56 © 2006 Politecnico di Torino 28 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) 58 © 2006 Politecnico di Torino 29 Sistemi di Produzione II 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 59 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 60 © 2006 Politecnico di Torino 30 Sistemi di Produzione II Prove non distruttive La radiografia 61 Applicazione delle radiografie Controllo di saldature Getti in ghisa, in acciaio, in alluminio Materiali compositi Materie plastiche 62 © 2006 Politecnico di Torino 31 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 64 © 2006 Politecnico di Torino 32 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 66 © 2006 Politecnico di Torino 33 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 68 © 2006 Politecnico di Torino 34
