Welding Inspection ESAME RADIOGRAFICO (RT)
Introduzione Il metodo radiografico impiega un fascio di radiazioni ionizzanti dirette contro il pezzo in esame Il pezzo assorbe parte della radiazione incidente in funzione del proprio spessore e della densità locale L assorbimento differenziale delle radiazioni si traduce, sulla pellicola, in differenti gradazioni di grigio In alternativa alle tradizionali pellicole sono ormai comunemente utilizzati sistemi di acquisizione delle immagini di tipo elettronico Esempio di esame RT nel settore avio 2
Radiazioni elettromagnetiche Le onde elettromagnetiche utilizzate in radiografia sono caratterizzate da alti livelli di energia (bassa lunghezza d onda) Si tratta di onde analoghe a quelle che caratterizzano lo spettro elettromagnetico, anche nella finestra del visibile 3
Principi fisici Pellicola Il pezzo in esame è interposto tra la sorgente e la pellicola Spessori maggiori o zone a maggiore densità hanno maggiore assorbimento radiografico L annerimento della pellicola (densità) dipende dalla dose di radiazioni che l ha raggiunta = esposizione minore = esposizione maggiore Vista della pellicola 4
Principi fisici L energia associata alle radiazioni influenza la loro capacità di penetrazione radiazioni a maggiore energia (dure) sono in grado di penetrare spessori maggiori e/o materiali radiologicamente più densi L energia del fascio e la sua intensità devono essere finemente regolate per ottenere una buona qualità radiografica Area a minore spessore Radiazioni molle Radiazioni dure 5
Orientamento delle discontinuità La giacitura delle discontinuità è fondamentale per la sensibilità del controllo Ad esempio, una cricca è vista in funzione della variazione di spessore attraversato che determina: maggiore la variazione, maggiore la sua visibilità Per giaciture non parallele alla direzione del fascio, la visibilità risulta molto modesta Inclinazione ottimale 6
Orientamento delle discontinuità Data la criticità dell angolo tra la direzione dei raggi ed il piano della discontinuità è fondamentale la conoscenza della morfologia delle discontinuità 0 o 10 o 20 o 7
Sorgenti radiogene Le due sorgenti più diffuse sono certamente i radioisotopi (generatori di raggi gamma) e le macchine radiogene (per la generazione di raggi X) 8
Radioisotopi: raggi gamma I raggi gamma sono ottenuti con radioisotopi appunto Un radioisotopo è una sostanza nuclearmente instabile, che tende spontaneamente ad evolvere verso uno stato più stabile, caratterizzato da minori livelli di energia Per la (cosiddetta) gammagrafia sono utilizzati radioisotopi che generano (anche) raggi gamma per raggiungere una forma stabile La maggior parte dei radioisotopi utilizzati oggi è prodotta artificialmente Ciò è possibile sottoponendo il materiale a bombardamento con neutroni Il processo è detto attivazione 9
Radioisotopi: raggi gamma A differenza dei raggi X, per i gamma la sorgente non può essere spenta Le procedure di incapsulamento delle pastiglie sono estremamente rigorose e mirate a prevenire fughe radioattive 10
Radioisotopi: raggi gamma Le sorgenti incapsulate sono posizionate in contenitori specifici, opportunamente schermati e dotati di rigorosi dispositivi di sicurezza 11
Radioisotopi: raggi gamma La pastiglia viene movimentata verso il punto d esposizione con una guida flessibile cava (guide tube), collegata al contenitore mediante una porta d uscita 12
Radioisotopi: raggi gamma La movimentazione è possibile grazie ad un cavo flessibile (drive cable) che porta la pastiglia dentro la guida Tale cavo flessibile entra nel contenitore dalla parte opposta rispetto al primo cavo 13
Sorgenti radiogene: raggi X Per la generazione dei raggi X sono utilizzata vere e proprie macchine radiogene Trascurando apparecchiature speciali (come gli acceleratori lineari ed, in genere, le macchine per la produsione di raggi ad altissima energia) si può fare riferimento ai tubi radiogeni, composti in sintesi da: il tubo vero e proprio un generatore di tensione un quadro di controllo 14
Sorgenti radiogene: raggi X I raggi X sono prodotti attraverso un generatore dotato di un anodo e di un catodo, cui è applicata un elevata differenza di potenziale Per evitare la formazione di archi elettrici, all interno del tubo è praticato un adeguato livello di vuoto 15
Sorgenti radiogene: raggi X Gli elementi essenziali per il funzionamento del tubo radiogeno sono: il catodo l anodo il filamento la coppa focalizatrice il target (anticatodo) 16
Metodi radiografici I metodi radiografici maggiormente diffusi oggi sono Film Radiography Digital Radiography (DR) Computed Radiography (CR) Real Time Radiography (RTR) Computed Tomography (CT) 17
Film radiography (radiografia convenzionale) E il metodo più antico e diffuso La pellicola contiene una emulsione microscopica a base di alogenuri d argento Tali composti sono convertiti in argento metallico, dopo trattamento in camera oscura, una volta esposti alle radiazioni 18
Film radiography (radiografia convenzionale) Le pellicole sono protette dalla luce, che li impressiona Per questa ragione sono utilizzate in apposite confezioni, fatte a cura del radiologo o già predisposte dal costruttore In molti casi sono dotate di schermi di rinforzo 19
Film radiography (radiografia convenzionale) Il trattamento in camera oscura è analogo a quello effettuato sulle pellicole fotografiche Si adottano sistemi di sviluppo manuali o automatici 20
Computer radiography La definizione è riferita ai metodi di acquisizione dell immagine radiografica In queste tecniche non è previsto l impiego di pellicole ma l acquisizione delle immagini in forma digitalizzata mediante speciali schermi al fosforo oppure pannelli piani contenenti appositi microsensori Non sono previsti trattamenti in camera oscura ed è possibile il trattamento digitale delle immagini L archiviazione risulta enormemente semplificata Le principali applicazioni sono: Computed Radiography (CR) Real-time Radiography (RTR) Direct Radiographic Imaging (DR) Computed Tomography (CT) 21
Computed Radiography (CR) E una tecnica che prevede l impiego di speciali schermi al fosforo 22
Computed Radiography I raggi che arrivano sulla superficie dello schermo eccitano i cristalli di fosforo, che permangono in questo stato Struttura degli schermi al P Raggi X Strato al P Strato protettivo Grani di P Subastrato 23
Computed Radiography Lo schermo viene quindi scannerizzato e resettato per i successivi impieghi 24
Computed Radiography Lo scanner è uno scanner laser Quando i cristalli sono colpiti da raggi laser emettono luce nel visibile in funzione della dose di radiazione assorbita Quindi, il segnale luminoso analogico viene convertito in digitale Optical Scanner Photo-multiplier Tube Laser Beam A/D Converter Imaging Plate Motor 110010010010110 25
Computed Radiography Le immagini digitalizzate sono quindi inviate ad un software dedicato per la loro elaborazione, interpretazione ed archiviazione. 26
Computed Radiography: esempi 27
Real time radiography Real-Time Radiography (RTR) è la definizione utilizzata per quei sistemi radiografici che consentono l acquisizione e la visione in tempo reale di immagini elettroniche Attreverso la movimentazione dei pezzi, dato che l acquisizione è quasi istantanea, è possibile ottenere immagini di varie viste L Equipaggiamento minimo prevede: tubo radiogeno intensificatore di immagine camera 28
Real time radiography L intesificatore di immagine è un dispositivo che converte in segnale luminoso la radiazione che lo attraversa Il principio su cui si basa è quello della fluorescenza 29
Real time radiography Il segnale luminoso in uscita è raccolto da una speciale camera ad alta sensibilità posta in prossimità dell intensificatore Alla camera è collegato un monitor che rende visibile l immagine Nel caso sia previsto un sistema di movimentazione del pezzo, è possibile gestirlo via computer 30
Real time radiography Confronto tra radiografia classica e Real-Time Radiography Nella radiografia real-time, le aree più chiare corrisondono ad una maggiore dose di radiazioni Nella radiografia classica, le aree più scure corrisondono ad una maggiore dose di radiazioni 31
Direct radiography La Direct radiography (DR) è una tecnica speciale che utilizza particolari schermi piatti La radiazione proveniente dal pezzo viene convertita dal pannello in cariche elettriche Gli schermi contengono numerosi capacitori microelettronici, il cui segnale in uscita è convertito in altrettanti pixel per formare l immagine finale 32
Tomografia computerizzata (CT) Si tratta di un sistema di ispezione realtime che prevede un dispositivo di movimentazione dei pezzi ed un sistema elettronico di acquisizione ed elaborazione delle immagini 33
Tomografia computerizzata Componendo varie esposizioni immagini radiografiche è possibile dare luogo ad una sola rappresentazione a 2D A loro volta, le rappresentazioni a 2D possono essere elaborate per dar luogo a rappresentazioni a 3D Real-Time Captures Compiled 2-D Images Compiled 3-D Structure 34
Qualità dell immagine La qualità dell immagine è un aspetto critico per assicurare il corretto svolgimento delle indagini La sensibilità radiografica (concetto del tutto generale) viene comprovata con l impiego di appositi IQI In funzione del tipo di semilavorato, della tradizione tecnica e degli standard di riferimento esistono numerosi tipi di IQI 35
Qualità dell immagine Di norma, quando possibile, gli IQI devono essere posizionati lato sorgente La qualità dell immagine è associata al dettaglio (filo, foro ad esempio) più piccolo individuabile sull IQI 36
Qualità dell immagine: IQI EN 462-1 37
Qualità dell immagine: IQI EN 462-1 Designazione Materiale Numero Diametri Applicazione d ordine W 1 3.20 W 2 2.50 W 3 2.00 W 1 FE W 4 1.60 W 5 1.25 W 6 1.00 W 7 0.80 W 6 1.00 W 7 0.80 W 8 0.63 W 6 FE W 9 0.50 W 10 0.40 W 11 0.32 Acciaio a W 12 0.25 Materiali basso tenore W 10 0.40 ferrosi di lega W 11 0.32 W 12 0.25 W 10 FE W 13 0.20 W 14 0.16 W 15 0.125 W 16 0.100 W 13 0.20 W 14 0.16 W 15 0.125 W 13 FE W 16 0.100 W 17 0.080 W 18 0.063 W 19 0.050 38
Qualità dell immagine: IQI ASTM (primi tre) 39
Qualità dell immagine: IQI ASTM Designazione Materiale Numero Diametri Applicazione d ordine 21 0.08 20 0.10 ASTM A 19 0.127 18 0.16 17 0.20 16 0.254 16 0.254 15 0.33 ASTM B 14 0.406 13 0.51 Acciaio a 12 0.635 basso tenore 11 0.81 Materiali di lega 11 0.81 ferrosi 10 1.00 ASTM C 9 1.27 8 1.60 7 2.00 6 2.54 6 2.54 5 3.20 ASTM D 4 5.06 3 5.08 2 6.35 1 8.13 40
Qualità dell immagine: IQI EN 462-2 41
Qualità dell immagine: IQI EN 462-2 Designazione Materiale Numero Diametri Applicazione d ordine H1 0.125 H2 0.160 H1 H3 0.200 H4 0.250 H5 0.320 H6 0.400 H5 0.320 H6 0.400 H5 H7 0.500 H8 0.630 Acciaio a H9 0.800 basso tenore H10 1.000 Materiali di lega H9 0.800 ferrosi H10 1.000 H9 H11 1.250 H12 1.600 H13 2.000 H14 2.500 H13 2.000 H14 2.500 H13 H15 3.200 H16 4.000 H17 5.000 H18 6.300 42
Qualità dell immagine: IQI hole type (steel) 43
Qualità dell immagine: IQI hole type (aluminum) 44
Qualità dell immagine: IQI hole type (steel) Designazione Spessore Foro 1T Foro 2T Foro 4T 5 0.005 0.010 0.020 0.040 7 0.0075 0.010 0.020 0.040 10 0.010 0.010 0.020 0.040 12 0.0125 0.0125 0.025 0.050 15 0.015 0.015 0.030 0.060 17 0.017 0.017 0.035 0.070 20 0.020 0.020 0.040 0.080 25 0.025 0.025 0.050 0.080 30 0.030 0.030 0.060 0.120 35 0.035 0.035 0.070 0.140 40 0.040 0.040 0.080 0.160 45 0.045 0.045 0.090 0.180 50 0.050 0.050 0.100 0.200 45
Esempi di esame radiografico 46
Esempi di esame radiografico 47
Esempi di esame radiografico 48
Vantaggi dell esame radiografico Tecnica applicabile a numerosissimi materiali Consente l ispezione di componenti anche assemblati Ridotta preparazione delle superfici Consente di rilevare variazioni di spessore, stati di corrosione, porosità, cricche, variazioni di densità Possono essere rilevate discontinuità superficiali come interne Fornisce un report permanente 49
Svantaggi dell esame radiografico Il metodo risulta oneroso sul piano della gestione della sicurezza L addestramento degli operatori è complesso Il pezzo deve essere accessibile da entrambi i lati La giacitura della discontinuità è critica Non è possibile determinare la profondità delle discontinuità (a meno di tecniche specifiche) I costi delle attrezzature sono significativi 50
Slivellamento Slivellamento e LOP 51
Insellamento Eccesso di penetrazione 52
Incisioni marginali Incisioni al rovescio 53
Insellamento al vertice Sfondamento 54
Mancanza di pentrazione Inclusioni di scoria 55
Inclusioni di scoria Mancanza di fusione 56
Incollatura tra passate Porosità 57
Nido di porosità Porosità allineata 58
Cricche trasversali Cricche longitudinali 59
Cricche longitudinali in prima passata Inclusioni di tungsteno 60