Aspetti critici decapaggio

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GIORNATA AEROSPAZIALE – 21 SETTEMBRE 2016 – PRATICA DI MAREAspetti critici del decapaggio nella preparazione delle parti metalliche

prima dell’ispezione con penetranti

© 2016 DARES SRLS UNIPERSONALE - PIAZZA UMBERTO I, 7 – 80032 CASAMARCIANO (NA)

Aspetti critici del decapaggio nella preparazione delle parti metalliche prima dell’ispezione con penetranti

D. Campoli – Leonardo Helicopter Division – Sito di Frosinone M. Capriolo – AERONDI – Sito di Rivalta (TO) G. Cavaccini – DARES – Casamarciano (NA)

F. Radaelli – Chemetall Italia – Giussano (MB)A. Domenella – Fucine Umbre - Terni

RingraziamentiUn particolare ringraziamento va agli ispettori Carlo Musella di DEMA e Salvatore Daniso di TESI, nonché al Livello 3 Alfonso Insogna di MOREGGIA, per la cortese

disponibilità e per l’attività svolta sui propri impianti.

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PERCHÉ IL DECAPAGGIO È NECESSARIO – 1

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PERCHÉ IL DECAPAGGIO È CRITICO? – 1INNANZITUTTO:

Il decapaggio, rimuovendo uno strato di materiale, costituisce unprocesso ai limiti della definizione di CND

Com’è noto, il decapaggio viene eseguito su superfici cosiddette ‘smeared’:la traduzione in italiano non è standardizzata; nell’articolo ci si riferisce a ‘superfici disturbate

meccanicamente’, ovvero a superfici su cui azioni meccaniche abrasive o di sfregamento(lavorazione di macchina, levigatura, lappatura, raschiatura, pallinatura, sabbiatura, sbavatura,

pulizia a vapore ad alta pressione, ecc.)hanno causato la spalmatura degli strati metallici superficiali o, comunque, ossidi, sporco,

macchie, strie e reazioni chimiche di tali strati.

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PERCHÉ IL DECAPAGGIO È CRITICO? – 2

I cambiamenti metallurgici delle superfici disturbate non impattano eccessivamente sull’applicazione di altri CND, come, ad es., per ET.

• Per i metalli non ferromagnetici gli accumuli e/o le depressioni di metallo causati dal disturbo possono rendere difficoltosa la compensazione del lift-off e causare indicazioni irrilevanti.

• Per i metalli ferromagnetici la penetrazione delle correnti parassite è minore, per cui ogni irregolarità della superficie aumenta la difficoltà di ispezione.

In ogni caso, le superfici disturbate possono generare solo la necessità di affinamento delle tecniche ispettive e di precauzioni interpretative.

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PERCHÉ IL DECAPAGGIO È CRITICO? – 4È ovvio, invece, che per le tecniche PT, che pretendono che la superficie delle discontinuità sia assolutamente libera da ogni ostacolo alla penetrazione del

liquido, le superfici disturbate sono un problema di tutto rilievo che può arrivare alla invalidazione dell’ispezione.

Il problema più serio:non si ha modo di predefinire, su una superficie disturbata, quale sia la

probabilità che una discontinuità sia rimasta aperta in superficie

ovvero, non si può prestabilire la sensibilità del processo PT

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PERCHÉ IL DECAPAGGIO È CRITICO? – 5

È per tale motivo che, sostanzialmente tutte le specifiche dei produttori aeronautici, richiedono, pressoché inderogabilmente, di

rimuovere, prima dei PT, le superfici disturbate.

È stato verificato che la POD di una cricca su una piastra macchinata di alluminio rivelata con PT fluorescenti è del 90% per una lunghezza …

• Di approssimativamente 10 mm,

• di un ordine di grandezza (e più) inferiore dopo decapaggio

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UN PO’ DI TERMINOLOGIA VS. PROCESSI

In genere, col termine ‘decapaggio’ sono indicati almeno tre processi principali: • ‘Pickling’, anche traducibile con ‘disossidazione’, comunemente utilizzato per descrivere

processi che rimuovono gli ossidi da superfici ossidate o corrose.

• ‘Etching’, più largamente diffuso nella terminologia dei PT, spesso sinonimo di fresatura chimica (nei processi di fabbricazione) e di attacco chimico, e comunque più vicino al termine ‘decapaggio’, utilizzato per processi che rimuovono il metallo base in modo controllato.

• ‘Descaling’, traducibile anche come ‘decalcificazione’ o ‘disincrostazione’, di solito utilizzato per processi che rimuovono ossidi, incrostazioni e discolorazioni causate da trattamento termico o saldatura.

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PROBLEMATICHE – GENERALE

È corretto dire che, sostanzialmente:

Tutti i metalli sono inclini ad essere disturbati meccanicamente

da quelli più teneri, come le leghe di alluminio, fino al titanio,all'acciaio ed alle leghe base nichel quali gli Inconel.

McFaul, Cook, McMaster, Onovalov, Germanovich, Whitehorn, Conrad, Caudillleghe di alluminio (in particolare 2024, 2014, 7075)McMaster, Malpani, Cargill, SmithTi-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr—6Mo, ANSI 1018, Acciaio 4340, 300M, Inconel 718.

Alcuni di questi studi mostrano, tra l’altro, che la sabbiatura in umido leggera (689 kPa, 406-457 mm, 30 s) non induce disturbo meccanico, ma anzi favorisce l’evidenziazione di cricche sul Titanio e sull’Inconel 718.

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Il decapante, se il processo non è strettamente

regolato e monitorato

(attacco uniforme della superficie e

inerzia sulle caratteristiche

microstrutturali) può avere effetti

negativi sulle proprietà

meccaniche e metallurgiche

della parte.

La presenza di residui di sostanze

decapanti, in particolare acide, sulla

superficie, se non rimossi, può avere

effetti dannosi sulle prestazioni del penetrante.

Una buona prassi deve stabilire il minimo

materiale necessario da rimuovere, in

modo da garantire

l’apertura in superficie delle

possibili discontinuità, riducendo al

minimo possibile l’entità

dell’attacco chimico.

Vi possono essere aree (es.

fori) che non possono essere decapate, per

motivi o di preservazione di

caratteristiche strutturali o per

problemi di tolleranze

dimensionali (aree a

tolleranza ristretta).

Naturalmente, ogni fase

introduce nuovi costi e tempi di processo e, se

non strettamente

motivata, influisce

negativamente sull’efficienza e sulla redditività

produttiva.

PROBLEMATICHE – ASPETTI CRITICI

DANNI MECCANICI E METALLURGICI

MATERIALE DA RIMUOVERE

EFFETTI DANNOSI SUL PENETRANTE

FEACTA

TEMPICOSTI

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PROBLEMATICHE – CORROSIONE DA PITTING – 1 (CORROSIONE ALVEOLARE O VAIOLATURA)

Cos’è:

• Il decapaggio, potendo attaccare preferenzialmente i bordi dei grani (in particolare per le leghe di alluminio), può generare corrosioni localizzate, espresse normalmente da piccole cavità (di qualche m)

• Il fenomeno è autocatalitico: la velocità della reazione chimica dipende dal materiale stesso, che funge da catalizzatore: una volta partito, il pitting è alimentato dal metallo stesso e continua ad accelerare col trascorrere del tempo

• Il pitting può generare tutta una serie di problemi, dalla stress corrosion a cricche a fatica, riduzioni della vita a fatica (vedi, ad es. [16] per il 2024-T3) fino a failure anche catastrofiche (vedi ad es. [17] per gli acciai inossidabili).

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PROBLEMATICHE – CORROSIONE DA PITTING – 2

Come accade:

La soluzione decapante

produce localmente

(sito anodico = sito del pit)

sulla superficie del

metallo M una reazione di

ossidazione, per cui parte

di M si trasforma in ioni positivi

M+, rilasciando

elettroni

Gli elettroni, nei siti

catodici, alimentano

una reazione di riduzione: O2 + 2H2O + 4e 4OH-

Gli ioni M+, continuamente

formati dall’ossidazione, attraggono ioni

negativi N- presenti in soluzione, formando

composti del tipo MN

Tali composti, a loro volta,

reagiscono con l’acqua: MN + H2O MOH + HN

Gli acidi formatisi (HN)

dissolvono ulteriormente

M

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Per l’alluminio:

• Sebbene tale metallo non sia classificabile come nobile, presenta normalmente uno strato superficiale di pochi nm di ossido di alluminio Al2O3 (allumina) che lo proteggono e lo rendono praticamente inerte verso molte sostanze.

• Il decapante dell’alluminio, quindi, deve prima rimuovere lo strato protettivo di ossido e poi lo spessore di lega voluto.

• Normalmente, ciò richiede soluzioni con pH al di fuori del range 4.5-8.5, range in cui, appunto, l’Al è stabile.

• Il tipo di lega è influente ai fini della possibilità di pitting. Ad esempio, è accertato che il 7075 (dove il Cu2FeAl7 ed il MgZn2 agiscono, rispettivamente, come catodo e sito anodico della matrice di alluminio), che contiene magnesio e zinco, è più suscettibile al pitting rispetto al 2024, che ha nel rame l’elemento primario allegante.

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Per altri metalli:

• I fenomeni di pitting non riguardano solo le leghe di alluminio (in particolare, sono frequenti negli acciai inossidabili)

• Essi possono essere indotti non solo da azioni decapanti, ma anche:

• superfici precedentemente sottoposte a processi mal eseguiti che lasciano la superficie contaminata (residui di fresatura, grassi non eliminati, ecc.)

• cattiva conservazione (ad esempio, uso di refrigeranti non ben mantenuti, peraltro dal caratteristico odore di uova marce piccole quantità di solfuro di idrogeno rilasciato come sottoprodotto dall’azione enzimatica di alcuni batteri).

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• È di fatto impossibile eseguire un attacco chimico senza generare pitting in modo assoluto.

• Da un punto di vista pratico, sono generalmente ammessi pitting di pochi micron.

• Ad esempio, la BSS 7039 (specifica Boeing) accetta pitting fino a 25 m, quando valutato in accordo con BSS 7219.

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PROBLEMATICHE – CORROSIONE INTERGRANULARE – 1• La IGC è un fenomeno di corrosione localizzato

lungo i bordi di grano, o immediatamente adiacente ad essi, mentre la maggior parte dei grani rimangono sostanzialmente inalterati.

• L’influenza ed i meccanismi del decapaggio sono simili, e collegati, a quelli del pitting.

• L’IGC, in particolare per gli acciai, è solitamente associata ad effetti di segregazione (impurità arricchite ai bordi dei grani) o a specifiche fasi precipitate sui bordi di grano, che possono produrre zone di ridotta resistenza alla corrosione.

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PROBLEMATICHE – CORROSIONE INTERGRANULARE – 2• Oltre agli acciai inossidabili, le leghe di alluminio possono essere

particolarmente soggette a tali fenomeni. La loro sensibilità alla IGA è dovuta o ad una fase anodica presente lungo i bordi di grano o a zone impoverite di rame adiacenti ai bordi di grano (ovviamente in leghe contenenti rame).

• Leghe ad alta resistenza che sono state estruse o comunque lavorate pesantemente sono particolarmente soggette a questa forma di corrosione, che prende anche il nome, in tal caso, di esfoliazione: i prodotti di corrosione esercitano una pressione lungo la microstruttura di grani allungati e appiattiti, allungandoli o sfogliandoli, e facendo in modo che i difetti ai bordi dei grani progrediscano, in condizioni avverse, lungo tutta un'intera sezione.

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PROBLEMATICHE – CORROSIONE INTERGRANULARE – 3• In ogni caso, le proprietà meccaniche di una

struttura, in presenza di IGA, sono seriamente compromesse.

• In tale ottica, il limite ammesso da alcune specifiche (es. per BSS 7039 fino a 5 m) va inteso, in realtà, più come un limite di misurabilità con un dato metodo che un reale limite di accettazione

• In altri termini, la IGA non dovrebbe essere, in termini teorici, mai ammessa.

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PROBLEMATICHE – DECAPAGGIO VS. ISPEZIONE – 1• La presenza di residui di soluzioni decapanti può essere sicuramente ridotta

con procedure ottimali di neutralizzazione e lavaggio.

• Tuttavia, in caso di presenza di discontinuità aperte in superficie e non coperte dalle operazioni di disturbo meccanico, o coperte con uno strato di materiale inferiore a quello che sarà rimosso, il decapante può non essere sufficientemente rimosso dall’azione della pulizia (l’acqua può non entrare nelle discontinuità) e può produrre alcuni fenomeni negativi:• incremento delle dimensioni delle discontinuità

• intrappolamento della soluzione decapante all’interno delle discontinuità

• i prodotti caustici possono ridurre la brillantezza dei penetranti

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PROBLEMATICHE – DECAPAGGIO VS. ISPEZIONE – 2

• incremento delle dimensioni delle discontinuità

Prassi cautelativa: ridurre al minimo necessario l’attività di attacco

• intrappolamento della soluzione decapante

Non esistono ancora studi sufficienti. In genere, sono dimostrati gli effetti negativi degli attacchi acidi, mentre non sono assessed gli effetti avversi dovuti all’uso, ad es., dell’idrossido di sodio

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