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Pillole tecniche: Controllo delle saldature
INTRODUZIONE Abbiamo descritto nei 2 precedenti articoli il controllo qualità delle saldature. Riassumendo: sono previsti dei controlli indiretti, relativi principalmente all’emissione e verifica di documenti inerenti la qualifica di saldatori, processi di saldatura, materiali, e controlli diretti, i quali prevedono l’applicazione dei controlli non distruttivi (CND) per verificare la presenza di difetti durante la fase di fabbricazioni. Sono anche stati descritti i principali CND di tipo superficiale ovvero esame visivo (VT), liquidi penetranti (PT) e particelle magnetiche (MT).
Nel seguente articolo vengono invece presentate le principali tecniche del controllo a ultrasuoni, un controllo volumetrico capace quindi di individuare difetti presenti all’interno del materiale.
Questo tipo di controllo prevede l’utilizzo di un fascio di onde ultrasonore (frequenze da 0,5 MHz a 5 MHz). Il fascio ultrasonoro propagandosi all’interno del materiale da ispezionare, in prossimità di un’eventuale discontinuità e/o difetto, è soggetto a fenomeni di riflessione, ma anche di diffusione e diffrazione. Questi vengono rilevati dallo strumento fornendo delle indicazioni all’operatore secondo specifiche rappresentazioni, il quale procederà a interpretare.
Le tecniche utilizzate sono numerose. Negli ultimi anni, grazie al forte progresso dell’elettronica, si stanno sviluppando nuove tecnologie che permettono di avere delle rappresentazioni sempre più intuitive, ma soprattutto di avere il vantaggio di aumentare la POD (Probability of Detection).
In ambito industriale, le tecniche più utilizzate sono:
- Tecnica a Ultrasuoni Tradizionale
- Tecnica Phased Array
- Tecnica TOFD
TECNICA A ULTRASUONI TRADIZIONALE
È storicamente la prima tecnica ad essersi sviluppata. Il fascio ultrasonoro è generato da una sonda in cui è presente un cristallo di tipo piezoelettrico. Una sonda può anche avere due cristalli, uno trasmittente e l’altro ricevente. Il fascio ultrasonoro, propagandosi all’interno del pezzo, in corrispondenza di un difetto e/o discontinuità, viene riflesso e, se il difetto è orientato in maniera opportuna, il fascio ultrasonoro torna indietro venendo rilevato dalla sonda e dalla strumentazione. La rappresentazione più utilizzata è l’A-Scan, la quale permette di rappresentare una riflessione tramite un eco.
Nell’ambito del controllo delle saldature, le norme di riferimento sono la ISO 17640 nella quale vengono indicate le tecniche e i livelli di prova e di valutazione, la ISO 11666 in cui vengono indicati i livelli di accettabilità e la ISO 23279 in cui viene indicato come caratterizzare una discontinuità.
In particolare, le norme prevedono il controllo di tutto il volume di prova (saldatura e zona termicamente alterata) secondo differenti livelli di prova che vanno da A a C, secondo un ordine crescente di rilevazione dei difetti. Un livello di prova più restrittivo prevede generalmente controlli da più posizioni e con un numero maggiore di angoli della sonda, in modo da aumentare appunto la probabilità di rilevare il difetto. È presente anche un livello di prova D, utilizzato solamente per applicazioni speciali.
I criteri di accettazione o scarto si basano sulla lunghezza del difetto e sul confronto fra l’ampiezza dell’eco del difetto e l’ampiezza di un eco di un difetto artificiale. Per questo motivo la calibrazione della sensibilità prevede la generazione di una curva DAC (o anche DGS) di riferimento. Vengono quindi definiti dei livelli di valutazione, registrazione e accettazione.
È prevista inoltre una correlazione tra i livelli di qualità (ISO 5817), livelli di prova (ISO 17640) e i livelli di accettazione (11666).
| LIVELLI DI PROVAa (ISO 17640) | LIVELLI DI QUALITA’ (ISO 5817) | LIVELLI DI ACCETTAZIONE (ISO 11666) |
| B | B | 2 |
| A | C | 3 |
| A | D | 3b |
| Note: a se viene richiesta la caratterizzazione delle discontinuità, deve essere applicata la ISO 23279 b gli UT non vengono generalmente usati per questo livello di qualità. | ||
Il controllo ad ultrasuoni tradizionale risulta essere un metodo consolidato e ad oggi ancora molto diffuso a livello industriale. È sicuramente anche il più economico se paragonato alle tecnologie più recenti. Tuttavia, risulta essere un controllo molto dipendente dalla capacità e interpretazione dell’operatore, in molti casi prevede l’utilizzo di numerose sonde e scansioni per effettuare un controllo affidabile e generalmente non vi è la possibilità di registrare le scansioni.
CONCLUSIONI
Si sono viste le principali tecniche ad ultrasuoni utilizzate per il controllo delle saldature. Il mondo industriale richiede sempre di più controlli ad ultrasuoni che siano rapidi, affidabili e cost-effective.
Il controllo tradizionale risulta essere consolidato ed economico, ma presenta numerosi svantaggi rispetto alle tecnologie più recenti: non è possibile registrare le scansioni, le norme prevedono numerose scansioni con diversi angoli per avere un controllo affidabile determinando un aumento dei tempi, rimane un controllo molto dipendente dalla capacità e dall’interpretazione dell’operatore.
Nel prossimo articolo verranno illustrate le tecnologie più recenti quali Phased Array e TOFD.
Torino, 19 gennaio 2024