Prove Non Distruttive e sicurezza delle strutture

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1 Prove Non Distruttive e sicurezza delle strutture Metodi per la ricerca ed individuazione dei difetti nelle costruzioni e nelle macchine A cura di Paolo De Pasqual 1

2 Sommario Introduzione Strutture saldate Esempi Sicurezza Che cosa sono le PND Procedura generale di prova Il Certificato di collaudo La qualifica del personale Metodi di prova non distruttiva: Liquidi penetranti Magnetoscopia Correnti indotte Ultrasuoni Radiografia e radioscopia Sbocchi professionali Conclusioni Bibliografia p.3 p.4 p.5 p.10 p.11 p.12 p.13 p.14 p.16 p.17 p.23 p.28 p.30 p.34 p.42 p.43 p.44 2

3 Introduzione Disciplina: Tecnologia meccanica ed esercitazioni; Obiettivi formativi: Consapevolezza dell esistenza di normative di sicurezza; Conoscenza dei metodi di controllo non distruttivo delle saldature e dei materiali metallici; Conoscenza delle caratteristiche e delle limitazioni di ciascun metodo; Competenza nella scelta del metodo di controllo più adatto in base all applicazione e al procedimento tecnologico di costruzione. Prerequisiti: metallurgia, procedimenti di saldatura; 3

4 Strutture saldate Nella costruzione di strutture in acciaio la saldatura è una delle tecnologie più utilizzate. Alcuni impieghi: Mezzi di trasporto stradali, ferroviari, navali; Impianti a fune; Edifici ed impianti civili ed industriali. 4

5 Esempi Sostegni per seggiovie 5

6 Esempi Strutture portanti di seggiovie 6

7 Esempi Carpenterie per funivie 7

8 Esempi Locomotori elettrici: Siemens ES64U2 Taurus Potenza 6400 kw (8600 CV), velocità di esercizio 230 km/h velocità massima 357 km/h (record mondiale) 8

9 La sicurezza Gli esempi mostrati sono tutti riferiti a strutture per impianti e mezzi di trasporto persone; La sicurezza deve essere assoluta; I materiali impiegati devono essere preventivamente verificati; Eventuali cedimenti, sempre possibili, devono essere individuati prontamente; Le saldature devono essere controllate e certificate; Durante l esercizio sono previsti controlli periodici; La vita utile di queste strutture è limitata e regolata da apposite disposizioni legislative. 9

10 La sicurezza Il recente disastro ferroviario di Viareggio ha evidenziato che la rottura di un assile può comunque accadere; A maggior ragione i controlli devono essere sempre più accurati; Questa immagine, ripresa da internet, mostra la frattura per fatica dell assile; Mediante le prove non distruttive è possibile individuare questi difetti prima che siano pericolosi. 10

11 Prove non distruttive (PND) Che cosa sono le PND: Sono prove che non comportano la distruzione dell oggetto da analizzare; Consistono nel sottoporre l oggetto a dei test che forniscono una indicazione di presenza o assenza di difetti (non conformità) indesiderati; Vengono previste dal progettista e richieste nel caso di revisioni, verifiche e/o controversie; Servono per garantire la conformità alle specifiche di progetto e l attitudine all impiego dell oggetto in esame; Sono oggetto di norme internazionali (ISO), europee (EN), nazionali (UNI) armonizzate (UNI EN ISO). 11

12 PND: procedura di prova Una procedura di prova di carattere generale è la seguente: Il personale addetto prepara il pezzo nel luogo deputato alla prova; Dal disegno vengono rilevati i punti in cui è previsto il controllo; Viene predisposta l apparecchiatura di prova; Viene eseguita la prova e vengono registrati i risultati; Viene redatto il certificato di collaudo attestante i risultati (positivi o negativi) della prova; I pezzi vengono passati alla fase successiva o vengono scartati o ancora vengono ripresi per le necessarie riparazioni, cui seguirà un nuovo controllo. 12

13 Il Certificato di collaudo E il documento ufficiale che attesta i risultati della prova; Può venire rilasciato solamente dal personale in possesso della idonea abilitazione; Chi rilascia il certificato è legalmente responsabile della veridicità delle dichiarazioni. 13

14 PND: Qualifica del personale Il personale addetto alle PND deve essere qualificato; La normativa prevede il rilascio di un patentino che viene conseguito mediante la frequenza di corsi e il superamento di esami specifici; E richiesta una esperienza pratica adeguata e continuativa; Il diploma di Perito Industriale e/o la laurea in Ingegneria costituiscono titolo preferenziale; Il patentino è soggetto a rinnovo periodico con relativi esami. 14

15 PND: Qualifica del personale Sono previsti tre livelli di qualifica: Livello 1: operatore qualificato, esegue le prove stabilite da operatori di livello 2 o 3; Livello 2: dirige ed esegue le prove e redige certificati di prova, può istruire personale di livello 1; Livello 3: Può assumere la responsabilità di interi laboratori di prova, interpreta la normativa e stabilisce metodi di prova, tecniche, procedure, istruisce il personale di livello 1 e 2, può essere commissario d esame di qualifica. Norma di riferimento: UNI EN 473: Qualifica e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive. Principi generali. 15

16 Metodi di prova Molti sono i metodi di prova. I più diffusi sono i seguenti: Di superficie, evidenziano difetti superficiali o subsuperficiali: Liquidi penetranti; Magnetoscopia (o delle polveri magnetiche); Correnti indotte. Di volume, evidenziano difetti interni al componente: Ultrasuoni; Raggi X; Raggi γ (analoghi ai raggi X) 16

17 PND: Liquidi penetranti Si basa sull assorbimento per capillarità di liquidi particolari da parte dei difetti; Applicabilità: ricerca di cricche e porosità affioranti in superficie su oggetti metallici non porosi; Normativa di riferimento: UNI EN 571-1:1998-Prove non distruttive - Esame con liquidi penetranti - Principi generali. 17

18 PND: Liquidi penetranti Procedimento: Sul pezzo, preventivamente pulito per eliminare tracce di sporco, si applica il liquido che deve essere lasciato per un tempo sufficiente affinché possa penetrare nei difetti (alcuni minuti); Il liquido in eccesso viene tolto; Si applica la vernice di contrasto assorbente che richiama il liquido penetrato nei difetti del pezzo; Il difetto viene evidenziato sotto forma di linea o macchia colorata. Applicazioni: Carpenteria metallica: saldature, accettazione materiali; Meccanica: controllo semilavorati e finiti, verifiche periodiche. 18

19 PND: Liquidi penetranti Pregi: Costo minimo e facile esecuzione; Non richiede personale altamente qualificato; Portabilità, consente il controllo di strutture in opera. Limitazioni: Non rimane una documentazione del difetto riscontrato; Non fornisce indicazioni sull estensione in profondità del difetto; Possibilità di false indicazioni se la superficie non è stata adeguatamente pulita; Può risultare inefficace se il difetto è ostruito da sporco che non consente una adeguata penetrazione del liquido. 19

20 PND: Liquidi penetranti Esempio di applicazione al controllo di saldature controllo della presenza di cricche o incollature nella prima passata di saldature a piena penetrazione di prima classe 20

21 PND: Liquidi penetranti Esempio di applicazione al controllo di saldature: Ricerca di mancanza di fusione dei lembi in saldature di boccole di rinforzo per tiranti. 21

22 PND: Liquidi penetranti Esempio di applicazione: controllo di parti di grandi motori a combustione interna 22

23 PND: Magnetoscopia Si basa sulla grande differenza tra la permeabilità magnetica del ferro e quella dell aria; In presenza di un difetto (cricca) si ha un traferro che costringe le linee di forza del campo magnetico a richiudersi in aria; Il flusso disperso richiama delle polveri ferromagnetiche che si addensano evidenziando la cricca. Applicabilità: ricerca di cricche affioranti in superficie su materiali ferrosi ferromagnetici; Normativa di riferimento: UNI EN ISO : Prove non distruttive Magnetoscopia Principi generali 23

24 PND: Magnetoscopia Procedimento: Al pezzo, preventivamente pulito per eliminare tracce di sporco, si applica un campo magnetico con opportuni strumenti; Contemporaneamente si spruzza una sospensione in acqua di polveri magnetiche; Il difetto viene evidenziato sotto forma di linea o addensamento di polveri magnetiche; La lettura dei difetti è facilitata se vi è una preventiva applicazione di vernice di contrasto, oppure con l uso di polveri fluorescenti alla luce ultravioletta. Applicazioni: Carpenteria metallica: controllo di saldature, verifiche periodiche; Meccanica: controllo di semilavorati e prodotti finiti, verifiche periodiche; 24

25 PND: Magnetoscopia Pregi: Basso costo delle apparecchiature e facile esecuzione; Portabilità, consente il controllo di strutture in opera; Non risente di presenza di sporco nei difetti; È in grado di evidenziare anche difetti non affioranti completamente in superficie o al di sotto di vernici e rivestimenti superficiali sottili; Limitazioni e precauzioni: Non rimane una documentazione del difetto riscontrato; Non fornisce indicazioni sull estensione in profondità del difetto; Non è applicabile a materiali paramagnetici (acciai inossidabili austenitici); Possibilità di false indicazioni; La fase di visione del difetto non è automatizzabile Richiede personale qualificato con adeguata esperienza; 25

26 PND: Magnetoscopia Apparecchiatura portatile: giogo elettromagnetico per la magnetizzazione del pezzo 26

27 PND: Magnetoscopia Esempio di applicazione: Controllo delle saldature della piastra di base e dei nodi di un sostegno per funivia 27

28 PND: Correnti indotte Il metodo è simile alla magnetoscopia come principio; E applicabile ai materiali che sono buoni conduttori elettrici; Si presta alla rilevazione di difetti affioranti in superficie; Le apparecchiature sono facilmente portatili; Il principio di funzionamento è basato sulla induzione di correnti parassite nel pezzo in esame, mediante un elettromagnete alimentato con una corrente di opportuna frequenza; La presenza di cricche interrompe il flusso delle correnti indotte; Mediante una apposita sonda si rileva l intensità delle correnti indotte e quindi la eventuale presenza di difetti. Normativa di riferimento: UNI EN 12084: Prove non distruttive - Controllo mediante correnti indotte - Principi generali e linee guida 28

29 PND: Correnti indotte Pregi: Limitato costo delle apparecchiature; Portabilità, consente il controllo di strutture in opera; Non risente di presenza di sporco nei difetti; Automatizzabile, per esempio nelle linee di saldatura per la produzione di tubi; È particolarmente adatto per la ricerca di cricche nei fasci tubieri degli scambiatori di calore in quanto si possono realizzare sonde opportune; Limitazioni e precauzioni: Non rimane una documentazione del difetto riscontrato; Le informazioni sull estensione in profondità del difetto sono legate alla penetrazione delle correnti indotte che per loro natura sono limitate ad una zona superficiale; Il difetto deve essere orientato perpendicolarmente al flusso delle correnti indotte per essere visibile (rischio di non rilevare alcuni difetti); Sono possibili false indicazioni; Richiede personale qualificato con notevole esperienza; 29

30 PND: Ultrasuoni Si basa sulla propagazione di onde sonore a frequenza ultrasonica all interno di un materiale; La presenza di un difetto interno si manifesta come riflessione o attenuazione del segnale che dà luogo ad una eco che viene rilevata dallo strumento; Applicabilità: ricerca di difetti interni in materiali di qualsiasi tipo, purché siano permeabili agli ultrasuoni (materiali metallici isotropi); Normativa di riferimento: UNI EN 583-1: Prove non distruttive - Esame ad ultrasuoni - Principi generali 30

31 PND: Ultrasuoni Procedimento: Una sonda, specifica per il tipo di esame, emette un fascio di ultrasuoni che attraversa il pezzo in esame; Una sonda rivelatrice viene collocata in una posizione opportuna rispetto alla sonda emettitrice; Il difetto viene evidenziato sotto forma di oscillogramma sullo schermo dallo strumento di misura. L operatore può dedurre dalla forma dell oscillogramma la presenza di difetti interni al pezzo. Applicazioni: Carpenteria metallica: controllo di saldature, ricerca di sdoppiature nelle lamiere; Meccanica: controllo di semilavorati e finiti, verifiche periodiche (assali ferroviari). 31

32 PND: Ultrasuoni Pregi: Rapidità di esecuzione; Portabilità, consente il controllo di strutture in opera; Consente di determinare estensione e profondità del difetto fino al limite della dimensione del grano. Limitazioni: Non rimane una documentazione permanente del difetto riscontrato; L interpretazione dei risultati può essere difficoltosa, con rischio di false indicazioni; Richiede personale altamente qualificato con notevole esperienza; Non applicabile per spessori sottili (inferiori a 6-8 mm); Costo elevato delle attrezzature; Non applicabile o applicabile in misura limitata a materiali che presentano forte attenuazione alla trasmissione degli ultrasuoni (ghise grigie). 32

33 PND: Ultrasuoni Apparecchiatura per il controllo ad ultrasuoni: generatore e oscillografo visualizzatore Esempio di sonda per la ricerca di difetti nelle saldature a piena penetrazione 33

34 PND: Ultrasuoni Ricerca dei difetti: L eco sullo schermo permette di risalire a posizione, profondità ed estensione del difetto; Sono necessari una accurata taratura e l uso di sonde appropriate; Alcuni difetti possono essere mascherati da altri; 34

35 PND: Radioscopia e Radiografia Generalità: L oggetto in esame viene fatto attraversare da un fascio di raggi X opportunamente diretto; I raggi X vengono assorbiti o deviati in funzione dello spessore e del materiale; La presenza di un difetto interno costituisce una discontinuità per la trasmissione dei raggi X; La discontinuità determina una non omogeneità del fascio in uscita dal pezzo che viene registrata dal rivelatore (lastra o schermo sensibile). Si parla di: Radioscopia se l immagine viene visualizzata su uno schermo televisivo; Radiografia se l immagine viene registrata su una lastra fotografica. In ogni caso è possibile conservare una copia dell immagine ottenuta. 35

36 PND: Radioscopia e Radiografia Applicabilità: ricerca di difetti interni in materiali di qualsiasi tipo, purché siano permeabili ai raggi X; La sorgente di raggi X può essere costituita da un materiale radioattivo (si parla più propriamente di Gammagrafia) o da una macchina per radiografia; La presenza di un difetto interno viene rivelata dall immagine sulla lastra o sullo schermo; Normativa di riferimento: UNI EN 444: Prove non distruttive. Principi generali per l'esame radiografico di materiali metallici mediante raggi X e gamma. 36

37 PND: Radioscopia e Radiografia Procedimento: Il pezzo viene posto tra una sorgente di raggi X e una lastra o uno schermo sensibile; Viene emessa la radiazione per il tempo necessario a compiere l esposizione; Sullo schermo è visibile immediatamente il risultato e si può stampare l immagine, oppure; La lastra sensibile viene sviluppata e consente di verificare la presenza di eventuali difetti. Applicazioni: Carpenteria metallica, impianti industriali, impianti per produzione e trasporto di energia; Meccanica. 37

38 PND: Radioscopia e Radiografia Pregi: Documentazione attestante il controllo eseguito; Entro certi limiti è portatile; Consente di determinare estensione e profondità del difetto con accuratezza; Applicabile a controlli di processo automatizzati. Limitazioni: Non applicabile a materiali che assorbono i raggi X e a grossi spessori; L interpretazione dei risultati può essere difficile per difetti di piccola estensione; Richiede personale altamente qualificato con notevole esperienza; Costo molto elevato delle attrezzature; Poiché impiega sorgenti di radiazioni ionizzanti richiede autorizzazioni e precauzioni particolari per l esecuzione, dispositivi di protezione, allontanamento del personale non addetto, controlli medici periodici del personale addetto. 38

39 PND: Radioscopia e Radiografia Generatore di raggi X telecomandato per controllo di oleodotti e gasdotti. 39

40 PND: Radioscopia e Radiografia Esempio di radiografia di saldatura difettosa: Il difetto rappresentato è dovuto ad inclusioni gassose nella saldatura, denominate tarli ; Sono pericolose in quanto sotto sforzo possono estendersi e determinare il cedimento del giunto. 40

41 PND: Radioscopia e Radiografia Esempio di radiografia di saldatura difettosa: Il difetto rappresentato è dovuto a cricche trasversali nella saldatura; Sono molto pericolose in quanto sotto sforzo possono propagarsi e determinare il cedimento del giunto. 41

42 Sbocchi professionali Per un diplomato Perito Meccanico o Termotecnico l inserimento nel settore delle PND può offrire: La possibilità di inserimento nel mondo lavorativo come operatore altamente qualificato; La possibilità di intraprendere un lavoro autonomo o dipendente ben remunerato; Una professione riconosciuta che richiede però impegno, grande responsabilità e continuo aggiornamento; Possibilità di avanzamento di carriera. 42

43 Conclusioni Le PND rappresentano un elemento fondamentale della moderna tecnologia; Sono definite da normative armonizzate a livello mondiale; Il loro scopo è di accertare la rispondenza dei materiali e dei componenti alle specifiche del progetto, ricercando i difetti che possono essere potenzialmente pericolosi per la sicurezza e che possono compromettere il funzionamento e l integrità di strutture e macchine; Nondimeno il personale addetto è fondamentale per applicare questi metodi, garantendo la sicurezza e la qualità di tutte le macchine e costruzioni destinate al trasporto di persone e cose, alla produzione, trasporto e all utilizzazione dell energia. 43

44 Bibliografia Norme UNI raccolta PED E. Rinaldi Saldatura e taglio dei metalli Hoepli Milano M. Pau Dispense sui controlli non distruttivi Università di Cagliari Pubblicazioni tecniche Gilardoni S.p.A. Milano Pubblicazioni tecniche Balteau NDT Belgio 44