Introduzione alle tecniche NDT per il collaudo e il controllo qualità in produzione

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Aurelio Pugliese
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1 Introduzione alle tecniche NDT per il collaudo e il controllo qualità in produzione Marco Tatti Managing Director, MaGyc XXXII Congresso Nazionale di Fonderia Brescia, Novembre 2014

2 Overview Test Non-Distruttivo NDT (Non-Destructive Testing) è l analisi di un oggetto o di un materiale con tecnologie che NON compromettono il suo utilizzo futuro

3 Overview Il termine "NDT" comprende numerose tecniche capaci di: Evidenziare imperfezioni interne o esterne (cricche, porosita, errata distribuzione di densita, ecc) Rilevare caratteristiche geometriche anomale (mancate lavorazioni, tolleranze errate, ecc) Misurare le caratteristiche del materiale (caratteristiche elastiche: Young, Poisson)

4 Overview NDT sono impiegate con successo in tutte le fasi di progettazione e produzione: R&D Selezione del materiale Produzione Controllo della qualità in produzione Monitoraggio di Processo

5 Settori che utilizzano NDT Aerospazio Automotive Navale Ferroviario Militare Costruzioni Biomedicale Beni di largo consumo Analisi Forense

6 Metodi NDT Ispezione Visiva (VI - Visual Inspection) Visione Automatica (AV - Automatic Vision) Liquidi Penetranti (PT - Liquid Penetrant Testing ) Magnetoscopia (MT - Magnetic Testing ) Ultrasuoni (UT - Ultrasonic Testing) Correnti Indotte (ET - Electromagnetic Eddy Current ) Raggi X (RT - Radiography X-ray ) Emissione Acustica (AE - Acoustic Emission Testing ) Interferometria Ottica (LCI Low Coherence Interferometry) Risposta Acustica / FRF Sound Test (RI - Resonant Inspection )

7 Visione Capacita di analisi Difetti Interni Difetti Superficiali Caratterist. Materiale Ispezione Visiva NO OK NO Visione Automatica NO OK NO Liquidi Penetranti NO OK NO Magnetoscopia NO OK NO Interferometria Ottica NO OK difficile Raggi X OK OK NO Correnti Indotte NO OK NO Emissione Acustica OK OK difficile Ultrasuoni OK NO OK Risposta in Frequenza (FRF) OK OK OK

8 Utilizzo e Costi Laboratorio Manuale Automatico Costo (complessivo) Ispezione Visiva OK OK Visione Automatica NA OK Liquidi Penetranti OK difficile Magnetoscopia OK difficile Interferometria Ottica OK NO Raggi X OK OK Correnti Indotte OK OK Emissione Acustica OK NO Ultrasuoni OK OK Risposta in Frequenza (FRF) OK OK

velocita, in direzione determinabile Quando incontrano un

9 Ultrasuoni Convenzionali Le onde sonore sono una vibrazione meccanica Queste onde si propagano ad una ben definita velocita, in direzione determinabile Quando incontrano un bordo vengono riflesse o rifratte in accordo a semplici leggi geometriche

10 Ampiezza Ultrasuoni Convenzionali Pulser Sonda Accoppiante Materiale a doppio strato IN OUT IN OUT Tempo A-Scan Main Bang 1 st Echo 2 nd Echo 3 rd Echo

11 Ultrasuoni Convenzionali Applicazioni Misura spessore Ricerca difetti Caratterizzazione dei materiali (Nodularita, Young, Poisson, misura del danno, ecc))

12 Ultrasuoni Convenzionali Caratterizzazione dei materiali Onde Longitudinali Velocita LUNGITUDINALE VL Onde Trasversali Velocita TRASVERSALE VT

13 Misura Elasticita E = Modulo di Young ν = Coeff. di Poisson V L E T L T L V V V V Misura Nodularita Misura caratteritiche elastiche in process Analisi del Danno Ultrasuoni Convenzionali

14 Phased Array Il Phased Array ultrasonico consiste in una serie di sonde indipendenti tra loro, ma gestire secondo ben definite Leggi Focali

15 Phased Array Scansione Lineare Il movimento del fascio ultrasonoro avviene senza alcun movimento meccanico Il movimento avviene attraverso una opportune gestione della generazione dei segnali tra le sonde

16 Phased Array Scansione Settoriale

Ricerca Difetti Confronto US Convenzionali Phased Array d Beams 1

17 Ricerca Difetti Confronto US Convenzionali Phased Array d Beams d Beams

18 Phased Array Applicazioni Petrolchimico Aerospazio Siderurgico Navale Energia Costruttivo strutturale, edile, manifatturiero, ecc

19 Risonanza acustica - Analisi FRF Tutto cio che ci circonda VIBRA o puo VIBRARE

20 Risonanza acustica - Analisi FRF Il suono di un oggetto ci dice molte cose...

21 Risonanza acustica - Analisi FRF I fenomeni dinamici si descrivono in termini di: Frequenza Ampiezza Fase

22 Risonanza acustica - Analisi FRF

23 Risonanza acustica - Analisi FRF L insieme delle FREQUENZE PROPRIE di un prodotto individua in modo UNIVOCO le sue caratteristiche elastiche e meccaniche

24 Risonanza acustica - Analisi FRF Ogni oggetto possiede infiniti modi di vibrare e quindi un numero infinito di FREQUENZE PROPRIE Modo 1 Modo 2 Modo 3 Modo

25 FRF (Frequency Responce Analysys) L analisi di un SISTEMA (oggetto, macchina, impianto) si può realizzare stimolando il sistema con FORZE NOTE, acquisendone la RISPOSTA e studiandone il rapporto: In campo elastico (sistemi lineari) questa proprietà è INDIPENDENTE e INTRINSECA e rimane INVARIATA sia che il Sistema sia eccitato o a riposo

26 FRF - Risposta Nel dominio del TEMPO Nel dominio della FREQUENZA Microfono Accelerometro Vibrometro Laser

27 FRF (Frequency Responce Analysys) Nel dominio della Frequenza (modulo e fase) si parla di RISPOSTA in FREQUENZA

28 FRF (Frequency Responce Analysys) Qualunque variazione di Frequenze Proprie è indice di una o più modifiche occorse al prodotto: elasticità del materiale (Young, Poisson) presenza cricche, porosita, inclusioni, difettosità geometria densità durezza superficiale trattamenti termici ecc

29 FRF Perche? Risposta immediata (< 1 sec) Integrabile in sistemi robotizzati o completamente automatici Non influenzato da ambiente esterno Non serve personale specializzato Nessun problema di sicurezza (raggi X) Facilmente integrabile in sistemi SPC Investimento limitato

30 Analisi Modale Fornisce indicazioni complete sulle proprieta di un oggetto o di una struttura caratteristiche elastiche e di smorzamento sensitivita ai vincoli densità durezza superficiale trattamenti termici presenza cricche, inclusioni, difettosità ecc

31 Analisi Modale Solitamente utilizzata nell analisi di strutture complesse o con caratteristiche elastiche non-lineari o anisotrope

32 Analisi Modale Un applicazione. insolita

33 Caratterizzazione Materiali ASTM E1876 Rilievo delle Caratteristiche Elastiche

34 Tecniche Vibrazionali Metalli ferrosi (fusioni, stampati, forgiati, ecc) Metalli Non-Ferrosi (fusioni, semilavorati, ecc) Sinterizzati Metal Injection Molding (MIM) Ceramiche Metalli preziosi Materiali compositi Metal Bonding

35 Domande?

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