Ispezione mediante Liquidi Penetranti

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1 Ispezione mediante Liquidi Penetranti L esame con liquidi penetranti è volto ad accertare l esistenza di discontinuità che affiorano sulla superficie da esaminare. Alcune classi di processi produttivi (trattamenti termici, finiture superficiali, ecc.) possono produrre difetti superficiali che sono molto pericolosi perché le sollecitazioni più gravose sono proprio quelle che agiscono in superficie. Il controllo viene effettuato principalmente sui materiali metallici, ma può essere eseguito anche su materiali di altra natura, purché essi risultino inerti rispetto ai prodotti impiegati per l indagine e non siano eccessivamente porosi. Il metodo LPI è spesso impiegato in modo complementare ad altre tecniche non distruttive superficiali (magnetoscopia in particolare) e volumetriche (ultrasuoni e radiografia)

2 Ispezione mediante Liquidi Penetranti Principio di Funzionamento: Una sostanza liquida a bassa tensione superficiale (ed elevato potere bagnante) suscettibile di penetrare entro discontinuità superficiali anche molto fini, viene deposta sul pezzo da testare I difetti superficiali assorbono il liquido per capillarità e non per gravità Tale prerogativa, che risulta la base di tutta la metodologia di controllo, rende facilmente ispezionabili superfici di difficile accesso indipendentemente dalla loro posizione. Una seconda sostanza (rivelatore) mette in evidenza la risalita capillare Si formano delle indicazioni visive ad occhio nudo (macchie) in corrispondenza della posizione del difetto

3 Ispezione mediante Liquidi Penetranti

4 Capillarità La capillarità è un fenomeno che permette all'acqua di salire in tubicini molto sottili. Questo fenomeno è spiegato dall'esistenza di forze di attrazione tra le molecole dell'acqua e le pareti del tubicino: tali forze sono dette forze di adesione. Anche tra una molecola d'acqua e l'altra esistono forze di attrazione che prendono il nome di forze di coesione. Quando l'acqua è contenuta in un tubo dal diametro grande, il numero delle molecole d'acqua a contatto con il vetro è relativamente piccolo. Quando invece si tratta di un tubo capillare, il numero di molecole dell'acqua a contatto con il vetro è molto più grande, quindi prevalgono le forze di adesione sulle forze di coesione. L'acqua sale per un certo tratto lungo il tubo di vetro, mentre la superficie del liquido non si presenta piana ma curva, con la concavità verso l'alto.

5 Breve storia del metodo LPI Osservazioni di antichi fabbri che descrissero la risalita di liquidi da cricche presenti nei pezzi in lavorazione, impiego di pezzi di carbone strofinati sulle superfici da testare(terrecotte), Nell 800, metodo oil and whiting per l ispezione di materiale ferroviario (kerosene diluito, sospensione di gesso in alcool) Anni 40: La società americana Magnaflux, presenta il sistema Zyglo basato sull impiego di sostanze fluorescenti combinate con opportune sostanze penetranti ed analizzate con luce ultravioletta

6 Metodo LPI vs. Ispezione Visiva Che miglioramento apporta l uso di liquidi penetranti rispetto alla semplice ispezione visiva? Le indicazioni sono di dimensione maggiore (limiti di risoluzione dell occhio umano) L indicazione è più contrastata

7 L occhio umano La luce penetra nell occhio attraverso la pupilla e attraversa il cristallino il quale, variando la propria curvatura, concentra i raggi luminosi sulle cellule fotorecettrici della retina. Nella retina esistono due tipi di fotorecettori, che, per la loro forma, sono denominati bastoncelli e coni. I bastoncelli sono sensibili alla luce blu-verde, hanno un picco di sensibilità per una lunghezza d onda di 498 nm e vengono utilizzati per la visione in condizioni di luce molto fioca. Essi forniscono una percezione grossolana dei movimenti attraverso la rilevazione di cambiamenti di intensità luminosa lungo il campo visivo. I coni invece sono sensibili alla luce intensa e ad essi si deve la nitida visione diurna e la percezione dei colori. Pigmenti presenti in diversi tipi di coni sono sensibili, rispettivamente, al rosso, al verde e al blu.

8 Sensibilità al contrasto Nell esecuzione di un controllo con liquidi penetranti, se il penetrante è del tipo visibile, la sensibilità dell occhio al contrasto diventa di fondamentale importanza. In generale, per contrasto si intende la differenza tra il colore dell oggetto chesistaosservando(leindicazioninelcasodelcontrollolpi)eilcoloredi fondo. Se si riduce la differenza nelle tonalità di colore, si peggiora il contrasto e, conseguentemente, diminuisce la percettibilità dell oggetto osservato. E stato determinato sperimentalmente, che la minima differenza che l occhio umano può distinguere nella scala del grigio, è circa il 2% della luminosità totale; si è altresì osservato che la sensibilità al contrasto è funzione del formato e della frequenza spaziale delle caratteristiche dell immagine. Tuttavia, il legame con tali caratteristiche, non è diretto, infatti, spesso oggetti grandi non sono più facilmente visibili di altri piccoli, a causa di un basso livello del contrasto.

9 Sensibilità al contrasto

10 Sensibilità al contrasto La curva a destra, mostra la risposta dell occhio nelle normali condizioni di illuminazione ed è detta risposta fotopica. In tali circostanze, sono i coni a permettere la visione, in quanto i bastoncelli diventano soprasaturi e non trasmettono alcun segnale. La curva della risposta fotopica, presenta un picco in corrispondenza di una luce avente lunghezza d onda di 555 nanometri, il che significa, che in condizioni di normale illuminazione, l occhio è più sensibile ad un colore giallo-verdastro. La risposta dell occhio ad un illuminazione tipica di una cabina di controllo per liquidi penetranti presenta un picco in corrispondenza di una lunghezza d onda di 550 nanometri. I liquidi penetranti fluorescenti, sono studiati per emettere luce circa a questa lunghezza d onda, cosicché, l occhio che osserva sia nelle condizioni di massima sensibilità.

11 Schema della procedura di controllo LPI 1. Preparazione della superficie 2. Applicazione del liquido penetrante 3. Attesa (Tempo di penetrazione) 4. Rimozione del penetrante in eccesso 5. Applicazione del rivelatore 6. Esame delle indicazioni

12 1. Preparazione della superficie È una fase estremamente critica del processo di controllo con i liquidi penetranti. Da una corretta preparazione dipende l esito del controllo (false indicazioni) Il requisito essenziale del controllo LPI è che le discontinuità sfocino in superficie e ciò presuppone che la superficie del componente sia esente da agenti contaminanti quali incrostazioni, scaglie, ossidi strati o macchie di olio o grasso(particolari lavorati. Se il componente da ispezionare è stato sottoposto di recente ad operazioni di tornitura, fresatura o rifinitura superficiale in genere, può rendersi necessario un trattamento a base di solventi per eliminare residui delle sostanze lubrificanti impiegate nelle lavorazioni che possono otturare le cricche. rivestimenti quali nichelature, cromature ecc. strati di vernici Questi agenti, che possano potenzialmente impedire o limitare l accesso del penetrante all interno dei difetti devono essere rimossi, utilizzando metodi meccanici, chimici o una combinazione di entrambi.

13 1. Preparazione della superficie PULIZIA MECCANICA Gli agenti contaminanti vengono rimossi con spazzolatura, raschiatura, abrasione, sabbiatura, getti di acqua ad alta pressione (attenzione alla temperatura nel caso di materiali teneri ) PULIZIA CHIMICA Sgrassaggio con vapore d acqua o di opportuni solventi Lavaggio con solventi e detergenti liquidi, con e senza agutazione dei bagni, con o senza agitazione ultrasonica. Attacco chimico: decapaggio acido o basico (Per decapaggio si intende un operazione chimica atta a rimuovere e disciogliere ossidi superficiali presenti sui pezzi, come per esempio gli ossidi di saldatura o gli ossidi di ricottura, la ruggine, le scorie inquinanti. Sverniciatura(svernicianti, disincrostanti) I residui della pulizia chimica preliminare possono reagire con il liquido penetrante e ridurre la sensibilità dello stesso. Al termine della pulizia preliminare bisogna asciugare le parti da esaminare affinché non rimangano nelle discontinuità tracce di acqua e solventi

14 1. Preparazione della superficie PREPARAZIONE DI TIPO MECCANICO In questo tipo di preparazione occorre fare molta attenzione a non richiudere gli orifizi delle discontinuità compromettendone la rivelabilità. Trattamenti superficiali quali la pallinatura possono essere nocivi perché tendono ad esercitare questo tipo di effetto. Per le giunzioni saldate la preparazione è di norma eseguita mediante una semplice spazzolatura, tuttavia in alcuni casi particolari può essere richiesta la molatura (rasatura) del cordone per eliminare una eccessiva rugosità superficiale. ASCIUGATURA Prima dell immersione nel penetrante, la superficie dei pezzi deve essere resa perfettamente asciutta onde evitare che residui d acqua possano permanere all interno delle discontinuità. L asciugatura può essere fatta all aria ambiente o con l ausilio di forni a circolazione d aria calda e lampade a raggi infrarossi. La temperatura dell aria non deve comunque superare i 70 È consentito soffiare preventivamente la superficie dei pezzi con aria compressa e filtrata (pressione massima 70 kpa)

15 2. Applicazione del liquido penetrante Una volta che la superficie è stata accuratamente ripulita, sgrassata e asciugata, il penetrante viene applicato per immersione, spennellatura o spruzzatura. Il penetrante deve costituire uno strato uniforme esteso a tutta la superficie da esaminare. Nel caso di zone di estensione limitata (come ad es. saldature), l area ricoperta deve estendersi per circa 25 mm oltre il margine delle zone stesse.

16 2. Applicazione del liquido penetrante La scelta dei materiali da impiegare per l esecuzione di un controllo coi liquidi penetranti non avviene a priori, ma solo dopo la valutazione di una serie di fattori. Questo perché esiste una grande varietà di penetranti e sviluppatori ciascuno dei quali è maggiormente indicato per specifiche applicazioni. In generale, le variabili da tenere in considerazione riguardano la sensibilità richiesta, il tipo di materiale da testare, il numero dei componenti da testare, l estensione della superficie da controllare e la portabilità. Quando il requisito più importante del controllo è la sensibilità, la prima decisione che viene presa è se usare un penetrante fluorescente oppure uno visibile. Generalmente, i liquidi penetranti fluorescenti permettono di individuare difetti più piccoli perché l occhio è particolarmente sensibile a tali indicazioni. Viceversa, in determinate circostanze il penetrante visibile si dimostra più indicato: ad esempio, quando l esame è volto all individuazione di difetti relativamente grandi e non è necessaria un elevata sensibilità che darebbe luogo a numerose indicazioni irrilevanti. Ancora, quando la rugosità della superficie da analizzare è elevataoidifettisonosituatiinzonequaliigiuntisaldati,ipenetrantivisibilisonopiù adatti di quelli fluorescenti.

17 2. Applicazione del liquido penetrante CLASSIFICAZIONE PRODOTTI LIQUIDO PENETRANTE RIMOZIONE PENETRANTE SVILUPPATORE Tipo Descrizione Metodo Descrizione Forma Descrizione 1/I Liquido penetrante fluorescente A Acqua a A secco 2/II Liquido penetrante rosso B Emulsionante lipofilico b Idrosolubile C Solvente c Idrosospensione D Emulsionante idrofilico d/e Base solvente a rapida evaporazione

18 3. Attesa del tempo di penetrazione Il penetrante deve essere lasciato agire sulla superficie per un tempo sufficiente a consentire il massimo assorbimento possibile per capillarità da parte del difetto. Il tempo di penetrazione dipende anzitutto dal tipo di discontinuità che si va cercando. Discontinuità larghe e relativamente poco profonde richiedono tempi di penetrazione inferiori rispetto a quelle sottili e profonde. Altre variabili che condizionano il tempo di penetrazione sono legate alle caratteristiche specifiche del prodotto impiegato (in genere si assume un tempo di almeno 10 minuti) Anche se di solito non è dannoso prolungare il tempo di penetrazione oltre quello raccomandato, con alcune sostanze esiste il rischio che si verifichino principi di essiccamento che potrebbero rendere difficoltosa la fuoriuscita del penetrante stesso nella fase di assorbimento da parte del rivelatore.

19 4. Rimozione del penetrante in eccesso L eccesso di penetrante che è presente sul componente deve essere rimosso ponendo molta attenzione a non eliminare anche il liquido intrappolato nei difetti. Lavaggi incompleti riducono l efficacia dell esame a causa di macchie luminose che si formano nelle zone poco pulite Penetranti lavabili in acqua(metodo A) Il penetrante in eccesso viene solitamente tolto dalla superficie mediante immersione del pezzo in acqua corrente oppure mediante spruzzo di acqua a bassa pressione (non oltre 275 kpa) e temperatura fra +10 e +38 C. Lo spruzzo deve essere discretamente largo e prodotto ad una distanza dalla superficie di circa 30 cm. L adeguatezza del lavaggio viene normalmente giudicata con l osservazione visiva continua.

20 4. Rimozione del penetrante in eccesso Penetranti rimovibili con emulsificatore(metodi B e D) Quando il lavaggio rischia di asportare anche il penetrante contenuto nei difetti,(come ad esempio nel caso di discontinuità relativamente larghe e poco profonde) può essere conveniente utilizzare i penetranti cosiddetti post-emulsificabili. Questi prevedono l applicazione di un emulsionante separato che reagisce con il penetrante rendendolo lavabile. Solitamente l emulsionante viene applicato per immersione o, nel caso dei postemulsificabili idrofili, anche per spruzzatura. La spennellatura dell emulsionante, è sconsigliata perché le setole potrebbero forzare l emulsionante contenuto nei difetti, permettendo così la sua rimozione. Una volta applicato, l emulsificatore si diffonde lentamente in un certo tempo (detto tempo di emulsificazione) sotto forma di minuscole goccioline nello strato superficiale di penetrante in eccesso A seguito di questo processo lo strato di penetrante in eccesso diviene lavabile e può essere rimosso pulendo la zona mediante immersione in una vasca d acqua o con lavaggio a spruzzo.

21 4. Rimozione del penetrante in eccesso Il tempo di emulsificazione rappresenta un parametro critico nel processo di ispezione poiché: seètroppobreve non tutto lo strato di penetrante in eccesso sarà reso lavabile, quindi durante il successivo lavaggio rimarranno ancora sulla superficie chiazze di penetrante non asportato. se è eccessivamente lungo, durante il successivo lavaggio parte del penetrante contenuto nelle discontinuità rischia di essere asportato con notevole perdita di sensibilità nei confornti delle discontinuità relativamente larghe e poco profonde

22 Tipi di emulsificatori Esistono due tipi di emulsificatori disponibili per i controlli LPI Lipofili(a base oleosa), gli emulsionanti lipofili, sono stati introdotti verso la fine degli anni 50 ed esplicano sul penetrante, sia un azione chimica che un azione meccanica; infatti, dopo che l emulsificante ha ricoperto il penetrante, tramite l azione meccanica di un getto d acqua è possibile rimuovere il penetrante in eccesso perché durante il tempo di emulsificazione l emulsionante diffonde nel penetrante trasformandolo in un penetrante del tipo autolavante. Idrofili(a base acquosa) per i quali l azione emulsificante si esplica attraverso un abbassamento della tensione superficiale del liquido da emulsificare; si tratta di composti a peso molecolare relativamente elevato le cui molecole contengono ad un estremità un radicale idrofobo (repellente all acqua ma capace di attaccarsi alle molecole organiche del liquido da emulsificare) e all altra un radicale idrofilo, solubile in acqua. Essi frammentano lo strato di penetrante in minuscole goccioline e impediscono che queste si ricongiungano fra loro o si riattacchino alla superficie. Successivamente, tali goccioline vengono rimosse dall azione di un getto d acqua.

23 4. Rimozione del penetrante in eccesso Penetranti asportabili con solvente(metodo C) Avolte il lavaggio per immersione in vascaocon getto d acqua a bassa pressione non è applicabile in pratica, come ad esempio può accadere nel caso in cui debbano essere controllati grandi manufatti in opera (grosse cisterne, tralicci, ecc.) oppure in esercizio per la ricerca di cricche da fatica su organi meccanici anche di notevoli dimensioni. Per questi scopi possono essere impiegati i liquidi penetranti asportabili con solvente, che presentano elevata sensibilità e capacità di penetrare in discontinuità anche molto fini. Il penetrante in eccesso viene tolto strofinando la superficie della parte in esame con uno straccio asciutto o salvietta di carta e ripassandola con un altro straccio pulito inumidito leggermente con solvente a rapida evaporazione fino alla completa eliminazione del penetrante superficiale. Lo straccio deve essere leggermente imbevuto e non intriso di solvente al fine di evitare l asportazione del penetrante dalle discontinuità L essiccazione avviene in tempi estremamente rapidi.

24 5. Applicazione del rivelatore Qualunque sia il metodo adottato, la superficie dei pezzi in esame deve presentarsi asciutta prima dell applicazione del rivelatore. Un sottile strato di rivelatore(sviluppo) è successivamente applicato sul pezzo Il penetrante contenuto nelle discontinuità, avendo proprietà bagnanti, risale per capillarità fuoriuscendo sulla superficie ed espandendosi per produrre l indicazione L asciugatura del rivelatore(laddove necessaria) può essere accelerata con aria calda purché la sua temperatura non superi i 52 C onde evitare essiccamento del penetrante Con i penetranti di tipo fluorescente è sufficiente applicare un leggerissimo strato di rivelatore senza che sia necessario livellare le asperità, che del resto non appaiono all esame effettuato in locale buio.

25 5. Applicazione del rivelatore Solitamente l indicazione si presenta leggermente più lunga e significativamente più larga delle dimensioni dell apertura delle discontinuità L indicazione cresce nel tempo, allargandosi via via con tendenza a stabilizzarsi dopo un certo tempo; in realtà essa continua ancora a crescere, sebbene molto più lentamente. Si definisce tempo di rivelazione, ad iniziare dall applicazione del rivelatore, un tempo per cui l indicazione è ritenuta sufficientemente stabile senza sensibili variazioni (in genere tale tempoèassuntoparia5min) Se l osservazione viene effettuata troppo tardi, si rischia di avere indicazioni sfumate (o addirittura quasi svanite) poiché la maggior larghezza dell indicazione implica la maggior diluizione del penetrante

26 Materiali impiegati nelle ispezioni LPI La funzione dello sviluppatore è quella di assorbire ed attirare verso la superficie il penetrante rimasto intrappolato nelle discontinuità dopo il lavaggio e di espanderlo in superficie con conseguente ingrandimento anche delle indicazioni relative a piccolissime discontinuità. In base al principio di funzionamento: Gli sviluppatori si classificano Fluorescenza:le fini particelle delle sostanze di sviluppo riflettono e rifrangono la luce ultravioletta incidente incrementando l efficacia dell effetto di fluorescenza. Rivelatori bianchi:la funzione della sostanza è quella di creare un efficace livello di contrasto con il colore rosso del penetrante. In base alle modalità con la quale si applicano in: Polveri secche Solubili in acqua Sospensioni in acqua Non acquosi

27 Sensibilità ed evidenziabilità Sensibilità di un certo CND: capacità «globale» del metodo di fornire il maggior numero di informazioni riguardo ad eventuali discontinuità superficiali presenti sul componente in esame. Sensibilità dei liquidi penetranti: capacità del liquido a penetrare nelle discontinuità aventi piccole dimensioni, differente natura e geometria, in diverse condizioni di rugosità superficiale e sul maggior numero di materiali ispezionabili. Evidenziabilità («seeability») rappresenta la capacità del penetrante a rendersi visibile anche in Evidenziabilità («seeability») rappresenta la capacità del penetrante a rendersi visibile anche in piccolissime quantità, quando illuminato in determinate condizioni operative

28 Classificazione e proprietà dei rivelatori Un buon rivelatore deve poter essere facilmente distribuito sotto forma di strato sottile sulla superficie in esame allo scopo di: Agire uniformemente nell estrazione del penetrante dalle discontinuità agevolandone la fuoriuscita per adsorbimento Costituire uno sfondo suscettibile di dare, in luce bianca, un buon contrasto di colore rispetto alle indicazioni Non risultare fluorescente all osservazione sotto lampada di Wood

29 Classificazione e proprietà dei rivelatori Dunque, in sintesi, un buon rivelatore dovrebbe possedere le seguenti caratteristiche: Elevata capacità di adsorbimento (capacità di estrarre il penetrante dalle cricche senza reagire con esse chimicamente) Elevata capacità di dispersione sulle superfici così da formare strati sottili e senza grumi Attitudine a formare un sottofondo bianco...oppure...attitudine a formare un sottofondo non fluorescente Buona adesione alla superficie in esame Facile bagnabilità per consentire al penetrante di fuoriuscire dalle discontinuità ed espandersi in superficie per formare le indicazioni Facile rimovibilità dopo l esame Chimicamente inerte Non essere tossico Non essere infiammabile

30 Classificazione e proprietà dei rivelatori Rivelatori asciutti Polvere di silice amorfa, polialcoli, carbonati insolubili Granulometria 2-4 micron Rivelatori umidi in sospensione acquosa Liquido di sospensione: acqua Polvere di silice amorfa, polialcoli, carbonati insolubili Concentrazione: Kg per litro di sospensione Rivelatori umidi non acquosi Liquido di sospensione o di soluzione: solvente(ad es. alcol isopropilico) Polvere di silice amorfa, polialcoli, carbonati insolubili

31 I rivelatori asciutti sono i più economici si prestano bene al test di superfici grezze, essendo più facili da asportare per la pulizia finale. Hanno sensibilità leggermente inferiore rispetto ai rivelatori umidi non acquosi e sono particolarmente adatti alla rivelazione di discontinuità molto profonde (e dunque contenenti parecchio penetrante), perché evitano un allargamento eccessivo delle indicazioni nel tempo. Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Il rivelatore asciutto si applica solitamente per spruzzo utilizzando un soffietto ma può essere impiegato anche il metodo elettrostatico con buoni risultati perché si possono impiegare polveri molto fini, assicurando un più uniforme ricoprimento, in quanto la polvere aderisce al pezzo grazie alla carica elettrostatica senza dispersioni ed inquinamento nell ambiente L eccesso di polvere può essere rimosso con un leggero soffio d aria (pressione non superiore a 35 kpa)

32 Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Gli sviluppatori non acquosi (base solvente), sono universalmente riconosciuti come i più sensibili mentre vi è meno accordo per quanto riguarda le prestazioni degli sviluppatori in polvere secca e acquosi anche se questi ultimi sono considerati più sensibili in quanto formano uno strato di particelle più sottile che stabilisce un contatto migliore con la superficie da testare. Tuttavia, se lo spessore dello strato è troppo elevato si corre il rischio che i difetti vengano mascherati. Gli sviluppatori acquosi, inoltre, possono causare l offuscamento delle indicazioni se usati in combinazione con penetranti rimovibili con acqua. L asciugatura del rivelatore (laddove necessario) può essere accelerata con aria calda purché la sua temperatura non superi i 52 C onde evitare essiccamento del penetrante. Questa operazione po risultare conveniente perché l evaporazione spontanea è lenta e può causare a sua volta principi di essiccamento.

33 Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Sviluppatore Vantaggi Svantaggi Polvere secca Le indicazioni tendono a rimanere col tempo più luminose e più distinte Applicazione semplice Non crea un buon contrasto Difficile assicurare una copertura omogenea dell'intera superficie Solubile in acqua Facilità a ricoprire la superficie in esame Il rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto per cui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescenti Se il rivestimento è traslucido fornisce uno scarso contrasto (non suggerito per i sistemi visivi) Le indicazioni per i sistemi lavabili in acqua sono fioche e vaghe Sospensione acquosa Facilità a ricoprire la superficie in esame Le indicazioni sono luminose e marcate Il rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto per cui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescenti Le indicazioni si indeboliscono dopo poco tempo e sono diffuse Non acquoso Molto portatile Facile da applicare alle superfici Il rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto per cui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescenti Le indicazioni si manifestano velocemente e bene sono definite Fornisce la più alta sensibilità Più difficile pulire la superficie testata dopo il controllo

34 6. Esame delle indicazioni In questa fase viene condotta l ispezione visiva vera e propria dei segnali prodotti dal trattamento, impiegando l opportuno tipo di illuminazione. L esame deve essere effettuato dopo che sia trascorso un certo tempo (detto tempo di rilevamento ) compreso tra 7 e 30 minuti. Qualora si esegua l esame con lampada ultravioletta (penetranti fluorescenti) l operatore deve avere l accortezza di abituare la vista al buio per almeno 5 minuti prima dell ispezione.

35 Pulizia post-esame I residui di rivelatore devono essere rimossi dalla superficie dei pezzi testati per ragioni estetiche e perché possono compromettere il funzionamento del componente attraverso fenomeni di corrosione e/o grippaggio Per tali ragioni è necessario effettuare una pulizia finale che, a seconda dei casi può essere: Semplice lavaggio con acqua, se si tratta di asportare semplicemente residui di rivelatore secco Sgrassaggio con solventi se si devono asportare anche residui di penetrante dalle discontinuità Nel caso di superfici lavorate e rettificate, in genere è anche necessaria una protezione contro la ruggine

36 Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Composizione chimica: Dal punto di vista chimico i liquidi penetranti sono nella maggior parte di natura organica a peso specifico molto basso come miscele di:alcoli,olimineraliovegetalieprodottidisintesiabasedi petrolio.(attualmente sono prodotti anche liquidi water-based) Composizione tipica di un penetrante convenzionale: Elemento di base(40-80%): petroli ed olii leggeri, distillati da idrocarburi aromatici ed alifatici Additivi(solventi, emulsificatori, tensioattivi, ecc.) Pigmenti(colorati o fluorescenti) Tutti i prodotti da utilizzare devono essere chimicamente inerti nei confronti dei materiali da esaminare, specialmente per ciò che concerne i fenomeni di corrosione Proprietà fisico-chimiche: Tensione superficiale Bagnabilità Capillarità Viscosità Densità Punto di infiammabilità Inerzia Chimica Tossicità

37 Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Altre caratteristiche: Devono essere facilmente spruzzabilisulla superficie per fornire una copertura totale ed uniforme Devono poter essere drenate dal difetto per azione capillare Devono restare intrappolate all interno del difettoma nel contempo essere facilmente rimovibili dal resto della superficie. Devono restare fluide durante tutta la durata della proveper poter essere richiamate alla superficie durante la fase di sviluppo Non devono avere tendenza ad evaporare Devono essere altamente visibili(o fluorescenti) per poter produrre indicazioni facilmente rilevabili Non devono essere pericolose o nocive per l operatore che le maneggia

38 Tensione superficiale, viscosità La Tensione superficiale (γ) è definita come l energia richiesta per aumentare l area della superficie del liquido di una unità. SimisurapertantoinJ/m 2 oppureinn/m In altri termini, la tensione superficiale può essere pensata come la forza che agisce tra le molecole alla superficie di un liquido Si può definire la viscosità di un liquido come sua la resistenza allo scorrimento. La viscosità è determinata da forma e dimensioni delle molecole, ma soprattutto dalle forze intermolecolari che permettono il facile (bassa viscosità) o difficile (alta viscosità) scorrimento di uno strato di liquido sull altro.

39 Bagnabilità La bagnabilità rende conto dell attitudine di un liquido ad espandersi su una superficie, e quindi a bagnarla La bagnabilità (così come la capillarità) dipende essenzialmente dalle condizioni di equilibrio fra forze di coesione e di adesione nella linea di contatto liquidiaria-solido In un liquido ad alta tensione superficiale prevalgono le forze di coesione fra le molecole omologhe del liquido stesso rispetto alle forze di adesione fra molecole del liquido e superficie del solido Al contrario, per un liquido a bassa tensione superficiale prevalgono le forze di adesione liquidosolido rispetto a quelle di coesione.

40 Bagnabilità IltestLPIpuòessereeseguitosoloallorchéil liquido è libero di scorrere e bagnare la superficie in esame Se l angolo di contatto è < di 90 la superficie viene effettivamente bagnata dal liquido. Se l angolo è > di 90 le forze coesive esistenti tra le molecole sono maggiori di quelle adesive (che tendono ad unire le molecole di liquido e la parete tra loro) dunque la superficie non si bagna e il liquido assume l aspetto di gocce disgiunte.

41 La penetrazione del liquido nei difetti La forza capillare guida il liquido all interno della cricca (di raggio r) a causa della tensione superficiale γlv agente con angolo di contatto θ. Per un difetto disposto superiormente (come in questo caso) le forze dovute all azione capillare ed al peso proprio del liquido si sommano e originano compressione del gas residuo presente al fondo del difetto In sintesi, l altezza h di penetrazione: dipende dalla forza capillare (che è funzione della tensione superficiale) richiede un angolo di contatto < 90 aumenta al diminuire dalla larghezza della cricca non dipende dalla viscosità del liquido Ad ogni modo, il tempo necessario al liquido per penetrare DIPENDE dalla viscosità, ciò significa che prodotti più viscosi richiedono generalmente tempi di penetrazione più lunghi in particolar modo se si ha a che fare con cricche molto sottili.

42 Vantaggi e svantaggi del metodo Vantaggi: Il metodo è altamente sensibile alla presenza di piccole discontinuità superficiali Esistono poche limitazioni pratiche al suo impiego. Possono essere testati materiali metallici e non metallici, magnetici e amagnetici, conduttivi e non conduttivi Possono essere ispezionate grandi aree e grandi volumi rapidamente e a basso costo Geometrie anche complesse sono testate comunemente Le indicazioni relative ai difetti sono prodotte direttamente sulla superficie e costituiscono una traccia visibile dell entità del difetto La disponibilità dei liquidi penetranti in formato spray rende il metodo facilmente portabile I consumabili (penetranti e rivelatori) e tutto l equipaggiamento associato hanno basso costo

43 Vantaggi e svantaggi del metodo Svantaggi: Possono essere visualizzati solo difetti superficiali o che comunque sfociano in superficie Il metodo funziona solo su superfici di materiali relativamente non porosi La pulizia pre-trattamento è essenziale (i contaminanti possono nascondere la presenza di difetti) Tutti i residui delle lavorazioni meccaniche devono essere rimossi prima di iniziare l ispezione L operatore deve avere accesso diretto alla superficie da testare La finitura superficiale e la rugosità possono influenzare significativamente la sensibilità del test Devono essere eseguite e controllate numerose operazioni (in genere almeno 5) È necessario ripulire la superficie al termine della prova Il metodo richiede lo stoccaggio e il trattamento opportuno delle sostanze chimiche impiegate Non si possono rivelare difetti troppo grossi, che siano accessibili anche all'acqua e che quindi non trattengano il penetrante. Non si possono rilevare difetti troppo piccoli, non penetrabili dal liquido stesso o che non possano accumularne una sufficiente quantità. L'interpretazione dei risultati lascia un certo margine alla soggettività e all'esperienza interpretativa dell'operatore.

44 Interpretazione dei test LPI La presenza di un indicazione nell esame LPI non significa di per sé stessa l esistenza di un difetto; riprendendo le definizioni generali, possiamo distinguere: Indicazioni false: dipendenti da fattori estranei alla fuoriuscita del penetrante e relativa formazione dell indicazione (macchie di grasso, sfilacciature di stracci impiegati per la pulizia ecc.) In generale le false indicazioni sono dovute ad una non accurata preparazione superficiale preliminare o ad una scorretta manipolazione dei pezzi prima dell osservazione Indicazioni non rilevanti: dipendenti dalla geometria del particolare (gole con fondo a spigolo vivo, fondi filetto, eccessiva rugosità superficiale ecc.) e presenti laddove l emulsificazione e la rimozione del penetrante è difficoltosa per problemi di accessibilità Indicazioni rilevanti: dovute effettivamente a penetrante fuoriuscito da discontinuità possibili fonti di difetto(cricche a freddo, a caldo, porosità affioranti, ecc.)

45 Interpretazione dei test LPI Le discontinuità riscontrate con un controllo con i liquidi penetranti vengono usualmente classificate come segue: Lineari(se il rapporto lunghezza/larghezza è 3) Tondeggianti(se il rapporto lunghezza/larghezza è < 3) Le indicazioni tondeggianti normalmente sono attribuibili a porosità ed inclusioni globulari in getti e saldature, mentre quelle lineari sono tipiche di inclusioni in laminati e fucinati o sono causate da fenomeni di segregazione Linee continue. Le fessurazioni sono generalmente osservabili sotto forma di linee frastagliate, i difetti causati da processi di laminazione o trafilatura appaiono come sottili linee continue, mentre la forgiatura può lasciare tracce che appaiono a forma di linea ondulata Linee spezzate. A volte le linee continue possono chiudersi parzialmente a seguito dell azione di processi di lavorazione e dare origine a difetti che si presentano con traiettorie tratteggiate Piccoli fori tondeggianti. Tipici di fenomeni quali porosità indotte da elevata dimensione dei grani del materiale o dalla presenza di gas.

46 Analisi dei segnali Segnali non indicativi sono relativi ad anomalie note a priori e che, comunque, non pregiudicano la funzionalità del pezzo Falsi segnali non corrispondono ad alcuna anomalia del pezzo Segnali indicativi sono quelli che si riferiscono a discontinuità che corrispondono a reali anomalie del pezzo

47 Giunti saldati Incisione marginale: se di entità limitata è spesso tollerabile. A volte visibile anche ad occhio nudo Mancanza di fusione laterale: difetto gravissimo rilevabile solo se affiorante in superficie Cricche a caldo: spesso emergono solo dopo eventuale molatura di rasatura Incompleta penetrazione: a volte è prevista da progetto (saldatura senza ripresa) a volte costituisce difettosità. Rilevabile solo dalla parte opposta all estradosso

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50 Normativa UNI 8374(1982) Prodotti per l esame con liquidi penetranti : classificazione, caratteristiche e prove UNI EN 571-1(1998) Esame con liquidi penetranti: principi generali UNIENISO Esame con liquidi penetranti: attrezzatura

51 UNI 8374 Criteri di classificazione dei prodotti Procedimento per la caratterizzazione dei prodotti (determinazione di alcune caratteristiche chimico-fisiche) Valutazione delle prestazioni dei prodotti nel tempo

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