PROVE CON METODI NON DISTRUTTIVI (PnD)

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1 PROVE CON METODI NON DISTRUTTIVI (PnD) Le prove non distruttive sono così denominate perché sono effettuate con procedimenti e mezzi che non determinano la distruzione del materiale da esaminare. Scopo dei controlli non distruttivi è quello di individuare in un materiale i suoi difetti occulti senza provocare alterazioni sul pezzo. Tali controlli, cioè, non alterano la forma, le dimensioni, le proprietà e la struttura del pezzo. Tra le metodologie di controlli non distruttivi (CND) ricordiamo: PT - Liquidi penetranti RT - Radiografia UT - Ultrasuoni MT - Magnetoscopia ET - Correnti indotte VT - Visual test, sistema di controllo visivo TT - Termografia Un manufatto può presentare dei difetti generati in fase di produzione (fusione, stampaggio, saldatura, lavorazione alle macchine utensili, trattamenti termici ) o in esercizio (a causa di sollecitazioni statiche o dinamiche, corrosione ). La presenza di discontinuità, quali sono piccole quantità di sostanze estranee rimaste incluse nella materia per esempio durante la colata o soffiature generate da gas intrappolati durante la solidificazione, possono pregiudicare le caratteristiche funzionali di un pezzo meccanico fino a portarlo a rottura. 1) Difetti di produzione Per esempio, nei getti fusi possono presentarsi: - Inclusioni (particelle di scoria trascinate dal materiale fuso, che rimangono intrappolate nel bagno; - Coni di ritiro (cavità nella parte superiore del lingotto o del pezzo causate dalla contrazione del materiale fuso durante la solidificazione; - Soffiature (cavità tondeggianti prodotte dai gas intrappolati nel pezzo; - Tali difetti possono essere individuati, per esempio, mediante controlli con ultrasuoni o radiografie. I pezzi ottenuti per deformazione plastica possono presentare: - Surriscaldamento (ingrossamento del grano cristallino con conseguente fragilità); - Cricche, che si producono a causa delle deformazioni durante le lavorazioni a freddo o a caldo; - Tali difetti possono essere individuati, per esempio, mediante magnetoscopia o correnti indotte. Difetti dovuti a trattamenti termici sono: - Surriscaldamento (ingrossamento del grano cristallino con conseguente fragilità); - Cricche superficiali dovute alla concentrazione di tensioni durante il raffreddamento di tempra; -. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 1

2 Tali difetti possono essere individuati, per esempio, mediante controlli con ultrasuoni o magnetoscopia. I principali difetti causati dalle operazioni di saldatura sono: - Inclusioni di ossidi o scorie (intrappolati nel bagno durante il raffreddamento - Soffiature (cavità sferiche prodotte dai gas che si sviluppano nel bagno durante la saldatura); - Cricche dovute al ritiro durante il raffreddamento; -. Tali difetti possono essere individuati, per esempio, mediante controlli con ultrasuoni o radiografia. 2) Difetti di esercizio Sugli organi meccanici in esercizio possono manifestarsi, per esempio, i seguenti difetti: - Cricche di fatica, che partono dalla superficie e si propagano perpendicolarmente alla direzione di crescita; - Usura (con distacco di particelle superficiali o saldatura tra le superfici a contatto); - Corrosione, che determina un decadimento delle caratteristiche meccaniche del metallo; -. Tali difetti possono essere individuati con un semplice esame visivo. ESAME CON LIQUIDI PENETRANTI (PT) UNI EN Il controllo con liquidi penetranti serve esclusivamente per la ricerca di difetti affioranti in superficie, non rilevabili ad occhio nudo. L esame si svolge attraverso le fasi di seguito descritte. Dapprima si pulisce accuratamente la superficie del pezzo. Quindi viene cosparsa la zona da controllare con il liquido (di solito miscele di idrocarburi che penetrano facilmente nelle fessure). Dopo un periodo di impregnazione che può variare da 5 a 30 minuti (a seconda del tipo di liquido, dalla temperatura, dal materiale e dal tipo di discontinuità da rilevare), il pezzo viene lavato con acqua o solventi ed asciugato. Si cosparge quindi la zona con una speciale polvere bianca che tende ad assorbire il liquido presente nelle discontinuità. La presenza di una discontinuità viene evidenziata in due modi, a seconda del tipo di liquido impiegato: a) Se il liquido penetrante è colorato (in genere rosso) allora il liquido residuo forma delle macchie che risaltano sulla polvere assorbente bianca; b) Se il liquido penetrante contiene in soluzione una sostanza fluorescente, allora la soluzione residua assorbita viene messa in evidenza esaminando il pezzo al buio ed illuminandolo con una speciale lampada che eccita la fluorescenza. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 2

3 a) Esame eseguito con una soluzione organica ; b) esame eseguito con particelle fluorescenti - Vantaggi e svantaggi Il metodo è economico e di facile impiego, ma non si può applicare sulle superfici rugose. L esame è limitato a zone facilmente accessibili e consente di rilevare solo difetti superficiali e non troppo piccoli e non penetrabili dal liquido stesso. ESAMI RADIOGRAFICI (RT) UNI EN 444 I raggi x ed i raggi γ sono onde elettromagnetiche della stessa natura della luce visibile e delle radiazioni ultraviolette, che hanno la proprietà di poter attraversare corpi opachi, mantenendo inalterate la loro traiettoria rettilinea, ma subendo una attenuazione che dipende dallo spessore del materiale attraversato e dalla sua natura. Con i raggi x è possibile esaminare spessori d acciaio fino a 60 [mm]. Per spessori superiori (< 200 [mm]) è necessario ricorrere ai raggi γ che, avendo lunghezza d onda minore, sono più penetranti. I raggi x (come pure quelli γ) vengono proiettati da un generatore di raggi (tubo di vetro entro cui è realizzato un vuoto molto spinto) sul pezzo che si vuole controllare (es.: giunto saldato, pezzo fuso ). Tali raggi attraversano tutto lo spessore e vengono registrati dalla lastra fotografica (posta dall altra parte del pezzo). Se il pezzo è di spessore costante, se non esistono difetti e la struttura del metallo è omogenea, la lastra resta impressionata in modo uniforme. Se nel pezzo si trova una discontinuità (cricca, scoria, soffiatura ), questa provoca una variazione di intensità delle radiazioni, che si traduce sulla lastra nella presenza di zone più chiare o più scure. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 3

4 - Vantaggi e svantaggi Le tecniche radiografiche forniscono una documentazione diretta, duratura, obiettiva e dimensionale del pezzo esaminato. I raggi x e γ, però, sono molto pericolosi perché distruggono i legami molecolari della materia organica. Il metodo, adatto per il controllo di pezzi aventi geometria semplice, lo è meno per quelli più complessi nei quali l interpretazione dei risultati è più difficile. Inoltre con questo tipo di controllo non si hanno indicazioni riguardo alla profondità del difetto rilevato, a meno che l esame non si effettui sulle due superfici ortogonali del pezzo. L esame radiografico ha lo svantaggio di dover essere effettuato off line, cioè fuori dalla linea di produzione. CONTROLLO CON ULTRASUONI (UT) UNI EN Gli ultrasuoni sono onde elastiche (vibrazioni) della medesima natura delle onde sonore, dalle quali si differenziano soltanto per avere una frequenza superiore al limite massimo percepibile dall orecchio umano (circa Hz). - Generazione degli ultrasuoni Per la generazione degli ultrasuoni si possono impiegare generatori elettrici, elettromagnetici, meccanici. I generatori più frequentemente adoperati sono quelli elettromagnetici e quelli elettrici, perché consentono di ottenere potenze e frequenze sufficientemente elevate come richiesto nelle applicazioni pratiche. In pratica, il campo delle frequenze usate negli apparecchi per gli esami non distruttivi varia da 0,5 a 25 MHz. Tra i generatori di ultrasuoni più utilizzati c è quello ad elettrostrizione, che si basa sul fenomeno piezoelettrico. Una placchetta di quarzo, tagliata da un cristallo secondo piani normali agli assi di cristallizzazione, viene sottoposta ad un campo elettrico variabile di data frequenza, cosicché alternativamente si contrae e si dilata con la stessa frequenza della corrente eccitatrice. La velocità di propagazione dipende dal materiale attraversato (struttura cristallina, elasticità ) e dalla temperatura. Materiale Velocità m/s Alluminio 6320 Acciaio 5900 Rame 4700 Plexiglass 2700 Acqua 1480 Aria 330 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 4

5 - Il controllo dei pezzi Per il controllo dei pezzi viene sfruttata la proprietà di riflessione degli ultrasuoni e la possibilità di registrare con esattezza il tempo impiegato dalle vibrazioni ad attraversare il pezzo oppure l intensità ultrasonora del fascio uscente dal pezzo. E il fenomeno piezoelettrico che si sfrutta per il controllo di eventuali cavità, cricche, porosità esistenti nel materiale (es.: giunto saldato, pezzo fuso ): sottoponendo un cristallo (per esempio di quarzo, che è materiale piezoelettrico) ad un campo elettrico variabile di data frequenza, il quarzo alternativamente si contrae e si dilata con la stessa frequenza della corrente eccitatrice. Appoggiando il quarzo sulla superficie di un pezzo, le dilatazioni e le contrazioni inducono in questo delle vibrazioni meccaniche (ultrasuoni). Lo strumento di misura è un oscilloscopio che, trasformando gli impulsi elettrici prodotti dalle onde sonore in impulsi luminosi visibili, registra su uno schermo il segnale di partenza dell impulso e quello di arrivo (dopo la riflessione). La presenza di un difetto è visualizzata attraverso un picco intermedio. Nella figura è rappresentato il caso di un pezzo esente da difetti. La distanza tra i due picchi è proporzionale al tempo impiegato dagli ultrasuoni ad attraversare (andata e ritorno) lo spessore del pezzo. Se all interno del pezzo è presente una discontinuità in condizioni di riflettere più o meno completamente il fascio di ultrasuoni, il cammino percorso dagli ultrasuoni, e quindi il tempo impiegato a percorrerlo, saranno minori di quelli corrispondenti alla riflessione completa: sullo schermo comparirà un nuovo segnale in posizione intermedia corrispondente alla posizione del difetto. - Sonde e onde Le placchette piezoelettriche di quarzo hanno dimensioni da qualche millimetro a 30 [mm]. Il contenitore della placchetta di quarzo, detta sonda o trasduttore, è costituito dalla suddetta placchetta con le due facce opposte argentate e collegate elettricamente con il generatore di d.d.p. La faccia della placchetta piezoelettrica, che è posta a contatto del pezzo da esaminare, non è scoperta, ma viene protetta con una sottile lamina di alluminio o di rame o di materiale plastico. Tutto questo è poi racchiuso in un contenitore. A seconda dell inclinazione del trasduttore, gli ultrasuoni si propagano nei pezzi in esame secondo onde longitudinali o trasversali. a) Le onde longitudinali si possono definire come scostamenti oscillatori, nel senso della propagazione, di particelle elementari. In altre parole, considerando nella figura a lato (a) le particelle del pezzo da controllare in quiete, nella figura (b) si possono immaginare le stesse particelle sottoposte a onde di compressione, compressione che si propaga nel tempo dalla zona A alla zona B ecc. senza tuttavia che si manifesti alcun spostamento della materia. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 5

6 b) Le onde trasversali sono onde longitudinali che si propagano con una direzione diversa da quella normale (cioè con α 0). Si ha una propagazione di onde ultrasonore secondo una certa direzione, ma le singole particelle non oscillano in avanti e indietro nella direzione di propagazione delle onde stesse, ma in senso perpendicolare. Con riferimento alla figura, le onde trasversali si propagano nel senso della freccia A-B, mentre le singole particelle oscillano nel modo indicato dalle frecce B-C intorno ad una posizione media. Le tecniche di esame si possono ricondurre a due tipologie: esame a contatto ed esame per immersione. 1) Esame a contatto In questo caso, pezzo e sonda sono in diretto contatto tra loro attraverso un sottile mezzo di accoppiamento che garantisce il contatto acustico. Il fascio ultrasonora emesso dalla sonda penetra nel materiale e l energia incidente è tale da superare la barriera costituita dalla superficie limite ed è evitata la riflessione, grazie anche alla interposizione (tra la superficie della sonda e quella del pezzo) di un mezzo di accoppiamento liquido (olio, glicerina ). - Esame per trasmissione (o per trasparenza) Con questa tecnica si usano due sonde. La prima, accoppiata al generatore di impulsi, emette gli ultrasuoni; la seconda, accoppiata all amplificatore, riceve gli ultrasuoni. Si possono avere i seguenti casi: a) Il fascio ultrasonico attraversa il pezzo ed è totalmente ricevuto dalla seconda sonda; l altezza del picco 2 dipende dalla regolazione della sensibilità dell apparecchiatura; b) Il fascio ultrasonico viene in parte intercettato e riflesso da un difetto, conseguentemente alla seconda sonda giungerà un impulso ultrasonico di minor ampiezza; l altezza del picco 2 è più bassa pur essendo l apparecchio regolato come nel caso precedente; c) Il fascio ultrasonico viene quasi tutto intercettato e deviato dal difetto; in tal caso il picco 2 scompare quasi del tutto; d) Il fascio ultrasonico è quasi totalmente ricevuto dalla seconda sonda in quanto il difetto, dato l orientamento, non ne intercetta (e devia) che una minima parte; in tale situazione il difetto non è rilevabile se non quando l operatore sposta le due sonde sulle due superfici perpendicolari alle precedenti. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 6

7 Questa tecnica d esame è poco usata in quanto necessita un perfetto allineamento delle due sonde quando scorrono sulle due superfici del pezzo in esame; tale tecnica viene adottata nel caso di applicazioni automatiche su pezzi di grande serie e di forma geometrica semplice e ben definita. - Esame per riflessione Nel contatto diretto, la sonda viene appoggiata sulla superficie e spostata manualmente. Si possono avere i seguenti casi: a) Il pezzo non presenta difetti: sullo schermo si vedrà solo l eco di fondo (oltre all eco di partenza); b) Il pezzo presenta un difetto limitato: sullo schermo, dato che il difetto intercetta parzialmente il fascio ultrasonico, appaiono tre picchi (eco di partenza, eco di difetto ed eco di fondo); c) Il pezzo presenta un difetto esteso: sullo schermo, dato che il difetto intercetta totalmente il fascio ultrasonico, appaiono due picchi (eco di partenza ed eco di difetto). d) Il pezzo presenta un difetto orientato parallelamente al fascio ultrasonico: poiché il fascio non viene intercettato, sullo schermo non è visualizzato l eco di difetto e appaiono solo due picchi (eco di partenza ed eco di fondo); per visualizzare il difetto è necessario far scorrere la sonda lungo la superficie ortogonale alla precedente. 2) Esame per immersione Questa tecnica prevede l immersione del pezzo in acqua o olio e può essere di due tipi come descritto ai punti precedenti: a) Esame a immersione per trasparenza, col posizionamento delle due sonde (una trasmittente e l altra ricevente); b) Esame a immersione per riflessione, con una sola sonda, emittente e ricevente. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 7

8 Siccome la propagazione degli ultrasuoni è ondulatoria, affinché una discontinuità sia rilevabile, è necessario che il suo spessore, nel senso della propagazione, sia maggiore di una mezza lunghezza d onda; infatti, solo in questo caso, l onda attraversa certamente il difetto e perciò avremo una variazione dell intensità sonora. Se invece lo spessore della discontinuità è più piccolo di una mezza lunghezza d onda, può accadere che l onda ultrasonora non attraversi la discontinuità e perciò non avremo variazioni di intensità sonora. Nel controllo mediante ultrasuoni, in definitiva, la lunghezza d onda degli ultrasuoni deve essere tanto più piccola (e quindi la frequenza tanto più elevata (ricordando che λ = V 1/f) quanto più piccoli sono i difetti che si vogliono rilevare. - Taratura degli apparecchi ad ultrasuoni Prima di iniziare il controllo di un pezzo con un apparecchio a ultrasuoni bisogna procedere alla taratura ed al controllo dell efficienza dell apparecchiatura, secondo la tabella UNI L'operazione si effettua con l ausilio del pezzo campione internazionale I.I.W. (ISO 2400) la cui forma e dimensioni sono riportate in figura. Ponendo la sonda sulle varie parti del pezzo, l apparecchiatura viene regolata in modo da vedere sullo schermo dell oscilloscopio determinati segnali. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 8

9 In figura è presentato l apparecchio ad ultrasuoni GILARDONI MG/5 per i controlli non distruttivi spesso in dotazione nei Laboratori Tecnologici dei nostri Istituti. - Controllo delle saldature Il controllo di una saldatura si effettua in pratica utilizzando il metodo per riflessione con onde trasversali. Con riferimento alla figura a), non essendoci alcun difetto, sullo schermo dell oscilloscopio si registra soltanto l eco di partenza, in quanto l eco di ritorno avviene con troppo ritardo e per questo non è visibile sullo schermo. Con riferimento alla figura b), il difetto riflette una parte delle onde ultrasonore cosicché sullo schermo è visibile un picco in corrispondenza del difetto. Appare evidente che, se il fascio ultrasonoro fosse passato sopra o sotto il difetto, di esso non si sarebbe registrata la presenza con il relativo eco. Da ciò la necessità di effettuare il controllo spostando la sonda in senso trasversale al cordone di saldatura in modo che il fascio ultrasonoro esplori tutto il cordone. E opportuno, quindi, dopo aver scelto la fascia D-d entro la quale deve muoversi la sonda, imprimere alla sonda delle piccole rotazioni per evidenziare difetti particolari e farla oscillare perpendicolarmente al percorso sinusoidale che percorre, spostandola cioè, per esempio, nei punti A 1 e A 2 rispetto al punto A. - Vantaggi e svantaggi L esame con gli ultrasuoni ha un alta sensibilità (nel senso che si riescono a rilevare difetti molti piccoli), ha un buon potere di penetrazione (nel senso che si possono ispezionare anche grosse sezioni), consente di determinare con accuratezze la posizione delle imperfezioni, è veloce. Di contro, l esame è più difficile nei materiali con geometria complessa ed in quelli con eccessiva rugosità. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 9

10 ESAME MAGNETOSCOPICO (MT) UNI E utilizzato per la ricerca di difetti affioranti in superficie o localizzati in prossimità della superficie. Il procedimento può essere applicato solo ai materiali ferromagnetici che sono molto sensibili al campo magnetico (ferro, nichel, acciai, ghise). Gli esami magnetoscopici, infatti, 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 di un difetto superficiale. La rilevazione dei difetti avviene mediante la magnetizzazione della superficie del pezzo ed il successivo esame delle indicazioni fornite da adatte particelle magnetiche spruzzate a secco o in sospensione sulla superficie della parte indagata. In corrispondenza di una discontinuità rilevabile, si crea un accumulo localizzato di particelle magnetiche a causa dell attrazione esercitata sulle particelle stesse dal flusso magnetico disperso che si è formato (per la brusca variazione locale della permeabilità magnetica) dopo che il pezzo è stato magnetizzato. Il campo magnetico sul pezzo può essere ottenuto: a) Appoggiando su di esso i due poli di una elettrocalamita (magnetizzazione diretta) b) Facendo passare attraverso il pezzo una corrente a bassa tensione ed elevata intensità: I = A per le minime dimensioni (10 15 mm) I = A per le massime dimensioni ( mm) c) Avvolgendo attorno al pezzo un conduttore percorso da corrente. La figura a lato illustra la magnetizzazione longitudinale di un pezzo mediante elettromagnete fisso. 1) Espansioni polari mobili 2) Bobine di magnetizzazione 3) Pezzo magnetizzato 4) Vasca di raccolta liquido 5) Irroratore 6) Serbatoio 7) Pompa 8) Lampada con luce di Wood I materiali ferromagnetici, posti in un campo magnetico uniforme (generato come detto prima), offrono una via più facile dell ambiente circostante al passaggio delle linee di forza del campo, ed esse pertanto si addensano all interno del materiale. Quando all interno del pezzo le linee di forza (o di flusso) 1 incontrano zone che presentano una diversa permeabilità magnetica (cavità, soffiature ) 2 (discontinuità non rilevabile) e 3 (discontinuità rilevabile), esse vengono deviate e perturbate a tal punto da uscire dal pezzo (4). Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 10

11 Se in tale situazione si cosparge il pezzo con particelle magnetizzabili (limatura di ferro finissima e ossidi di ferro che possono essere posti a secco oppure sotto forma di sospensione in un liquido), queste si addensano in superficie rendendo visibile la presenza di una discontinuità interna. Le polveri magnetiche secche si possono usare solo se il pezzo è asciutto e senza la minima traccia di grassi o umidità. Ciascuna di queste polveri ha un colore (rosso, nero, blu, grigio, giallo), oppure può essere fluorescente, per cui l operatore può osservare il pezzo investendolo con i raggi ultravioletti di una lampada di Wood. Le stesse polveri magnetiche, secche o fluorescenti, possono essere diluite in un liquido (petrolio o acqua), consentendo controlli più veloci e tali da rilevare difetti diversamente non visibili. - Applicazione Polveri Dimensioni [μm] Asciutte Diluite Fluorescenti 1 5 Per la rilevazione dei difetti si utilizzano dei metalloscopi (o magnetoscopi), che possono essere fissi (o a bancale) o mobili (carrellati). In pratica possono essere utilizzati anche degli apparecchi portatili come quello in figura. L equipaggiamento più usato è un giogo (magnete permanente o elettromagnete foggiato ad U ). Gli elettromagneti sono costituiti da più segmenti articolati di ferro dolce eccitati da un avvolgimento alimentato in corrente continua. Il nucleo è a pacco lamellare onde ridurre le perdite per correnti parassite. Gli elettromagneti sono più potenti dei magneti ma anche meno pratici perché richiedono l alimentazione elettrica. Nell esempio considerato si rilevano difetti di saldatura. Il controllo si articola in sei fasi: 1) Preparazione della superficie (con l eliminazione di grasso e polvere) 2) Magnetizzazione della superficie (con l applicazione del campo magnetico sulla superficie del pezzo) 3) Applicazione della polvere magnetica (in contemporanea alla magnetizzazione del pezzo o subito dopo, sfruttando il magnetismo residuo) 4) Illuminazione della superficie (con lampada ad incandescenza o fluorescente, di almeno 1000 lux) Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 11

12 5) Ispezione della superficie 6) Smagnetizzazione del pezzo (necessaria qualora il pezzo debba poi subire processi tecnologici (saldatura, lavorazioni meccaniche ) o controlli con strumenti di misura con i quali si creano interferenze Le linee del campo magnetico indotto nel materiale subiscono una deviazione in presenza di una discontinuità presente nel cordone, che le particelle ferromagnetiche mettono in evidenza. - Smagnetizzazione Prima e dopo il controllo deve essere sempre effettuata una smagnetizzazione dei pezzi. Prima, per eliminare dai pezzi qualsiasi traccia di magnetismo residuo derivante dai procedimenti di fabbricazione; dopo per eliminare il magnetismo residuo che, durante l esercizio successivo, potrebbe attrarre particelle di materiale ferromagnetico con conseguente danneggiamento delle parti in movimento (cuscinetti, supporti ). La smagnetizzazione avviene mediante l applicazione di un campo magnetico con senso contrario a quello che ha provocato la magnetizzazione. Essa può essere: - A tunnel, se si fa passare il pezzo da smagnetizzare all interno di una bobina alimentata con corrente alternata a tensione costante, allontanandolo lentamente fino ad una distanza di almeno 1,5 m; - Elettrica, se si fa passare nel pezzo una corrente di valore decrescente fino a zero. -Vantaggi e svantaggi La magnetoscopia consente di evidenziare difetti superficiali e subsuperficiali non rilevabili con i liquidi penetranti, rispetto ai quali è anche più rapida e meno laboriosa anche se l apparecchiatura è assai più costosa. Con questo metodo è possibile rilevare difetti di ogni tipo, aperti come le cricche o chiusi come le cavità e le inclusioni, spesso presenti nei pezzi fusi o stampati, purché i pezzi non siano troppo rugosi o siano filettati o con geometria complessa. Il metodo, che come detto è applicabile solo su materiali ferromagnetici (es.: ferro, nichel, cobalto ed alcune loro leghe), non è assolutamente efficace per difetti interni troppo lontani dalla superficie. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 12

13 CONTROLLO CON CORRENTI INDOTTE (ET) UNI 9190 e UNI EN 12084:2003 L'esame non distruttivo con correnti indotte consiste fondamentalmente nell indurre dei campi magnetici alternati, creati attraverso apposite bobine (o sonde), nel materiale in esame, che devono essere conduttori di elettricità ma non ferromagnetici. Tali campi generano, in base alla legge dell induzione magnetica, nella zona di intervento, delle correnti indotte (o correnti parassite o correnti di Focault). Per la legge di Lenz, le suddette correnti indotte producono a loro volta un campo magnetico alternato avente la stessa frequenza del campo magnetico induttore ma con fase e verso tali da opporsi alla causa che le ha generate (cioè al campo magnetico induttore). L induttore, costituito da un avvolgimento primario, genera un flusso magnetico variabile entro il pezzo in esame e determina un campo magnetico induttore; l indotto, costituito da un avvolgimento secondario, genera una f. e. m. indotta che è funzione del flusso magnetico variabile ad esso concatenato. Le correnti indotte c saranno deviate da eventuali discontinuità (difetto a) presenti all interno del componente interessato al controllo (barra b). Il campo magnetico variabile prodotto dalle sonde viene denominato campo primario mentre il campo magnetico generato dalle correnti indotte, anch esso variabile, viene denominato campo secondario". Due sonde puntiformi effettuano il controllo di due definite zone del freno a disco. Il metodo delle correnti indotte (noto anche col nome di Eddy Currents Testing o ECT, permette di evidenziare difetti superficiali o subsuperficiali a profondità fino a [mm]. Il metodo è utilizzato per il controllo dei materiali metallici (conduttori e non ferromagnetici) sia allo stato di semilavorato (barre, tubi ) che allo stato di prodotto finito. In alcuni secondi, barre cilindriche lunghe alcuni metri vengono esaminate con questo metodo (velocità di esplorazione da 1,5 a 2 [m/s]). -Vantaggi e svantaggi Il metodo in oggetto risulta una valida alternativa alla difficoltà di applicazione del controllo magnetoscopico sugli acciai inossidabili. Il metodo inoltre, non essendo necessario il contatto fisico tra sonda e superficie come nel caso degli ultrasuoni, è adatto per il controllo di difetti superficiali e subsuperficiali di pezzi in movimento o con geometrie particolari e di inclusioni metalliche in materiali non metallici. La tecnica in oggetto ha elevata sensibilità e grande affidabilità, rapidità di esecuzione e basso costo di esercizio. Ovviamente i materiali sotto esame devono essere conduttori di corrente e non ferromagnetici; la distribuzione delle correnti e del campo magnetico nell elemento di prova non è uniforme sulla sezione, ma decresce in ampiezza al crescere della distanza dalla superficie: in generale, maggiore sono la frequenza, la permeabilità e la conducibilità, minore è la profondità di penetrazione. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 13

14 CONTROLLI VISIVI (VT) Gli Esami Visivi (anche denominati Esami Ottici ) assumono particolare importanza nel settore dei Controlli non Distruttivi in quanto, pur disponendo di sofisticate apparecchiature (ottiche per l ispezione ed elettroniche per l elaborazione delle immagini), l interpretazione e la valutazione dei risultati viene effettuata oggettivamente dall operatore in base a degli standards di accettabilità specifici dei particolari difetti del componente in esame. Il principio si basa sull impiego della luce come mezzo rivelatore dei difetti. Analizzando la direzione, l ampiezza e la fase della luce riflessa o diffusa dalla superficie di un oggetto opaco, o trasmessa all interno di un mezzo trasparente, si possono ottenere informazioni sullo stato fisico dell oggetto in esame. Si hanno: -Vantaggi e svantaggi Il controllo visivo, che può precedere ogni altro tipo di controllo più sofisticato, è effettuato su aree generalmente limitate, evidenziando soltanto difetti superficiali macroscopici. L analisi ad occhio nudo ha un limite naturale nell acutezza visiva dell operatore, cioè nella capacità dell occhio di riuscire a distinguere ed evidenziare i difetti, che sono superficiali e la cui interpretazione è soggettiva. Ci si può aiutare con lenti d ingrandimento o con microscopi ottici. Talvolta si ricorre all attacco chimico, che induce variazioni strutturali evidenziabili poi con i microscopi (come nell analisi metallografica). TERMOGRAFIA TT La termografia è una tecnica di analisi non distruttiva che si basa sull acquisizione di immagini nell infrarosso. Esistono due modalità di applicazione della termografia: la termografia per telerilevamento e la termografia a contatto. a) La termografia per telerilevamento trova impiego principalmente in edilizia; b) la termografia a contatto trova prevalentemente impiego in campo medicale ed in particolare nella diagnosi del tumore della mammella chiamata termografia mammaria. Con il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento. Attraverso l utilizzo di una termocamera (strumento per eseguire controlli di tipo termografico) si eseguono controlli non distruttivi e non intrusivi. Le termocamere rilevano le radiazioni nel campo dell infrarosso dello spettro elettromagnetico e compiono misure correlate con l emissione di queste radiazioni. Questo strumento è in grado di rilevare le temperature dei corpi analizzati attraverso la misurazione dell intensità di radiazione infrarossa emessa dal corpo in esame. Tutti gli oggetti ad una temperatura superiore allo zero assoluto emettono radiazioni nel campo dell infrarosso. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 14

15 La termografia permette di visualizzare valori assoluti e variazioni di temperatura degli oggetti, indipendentemente dalla loro illuminazione nel campo del visibile. La quantità di radiazioni emessa aumenta proporzionalmente alla quarta potenza della temperatura assoluta di un oggetto. Termografia nelle prove meccaniche L osservazione del profilo termico di un provino o di un componente meccanico durante le prove di fatica è alla base del Metodo Risitano (Termografico o Energetico). Il metodo consente la determinazione del limite di fatica e della curva a tempo in maniera rapida ed economicamente sostenibile. I metodi tradizionali, per la caratterizzazione a fatica dei materiali, prendono in considerazione solo due parametri (sollecitazione e durata), il Metodo Risitano introduce un terzo parametro: la temperatura. Il metodo tiene conto della reale struttura e conformazione dei componenti meccanici esaminati, evitando lo studio di fattori di forma o di effetti di intaglio che spesso costituiscono la parte più complicata e più soggetta ad imprecisioni da valutare. Alcuni esempi di applicazioni ad organi meccanici sono: saldature, braccetti di sospensione di autovetture e collegamenti con bulloni. In figura è l immagine IR di un bullone in acciaio ad alta resistenza. Di seguito sono visualizzati altri esempi. Motore surriscaldato Fissaggio imperfetto dei collegamenti Cuscinetto surriscaldato Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano - Pag. 15