CONTROLLI NON DISTRUTTIVI (NDT TECHNIQUES) PER LE ... · CONTROLLI NON DISTRUTTIVI (NDT TECHNIQUES)...

CONTROLLI NON DISTRUTTIVI

(NDT TECHNIQUES) PER LE

STRUTTURE AERONAUTICHE

Prof. Claudio Scarponi

Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica, Università degli

Studi di Roma “La Sapienza”-Via Eudossiana 18-00184 Roma.

Tel. 06 44585313, e-mail [email protected]

Filosofia NDT

(Non Destructive Testing)

Scopo dei Controlli non Distruttivi è

ispezionare, qualificare e valutare la qualità

di una struttura senza produrre fratture o

rotture o qualsiasi altro significativo

cambiamento della struttura stessa.

Le metodologie NDT per i diversi materiali

vanno dalla semplice ispezione visiva ed il

cosiddetto “coin tapping” (battitura con la

moneta) a tecniche anche molto sofisticate.

Applicazioni sui diversi materiali

Le diverse tecniche presentate nascono per impieghisu materiali isotropi ed omogenei (alluminio e sueleghe, acciai, titanio ecc.) e solo in un secondomomento sono state testate e validate (con lemodifiche del caso) per i materiali compositi,impiegati in maniera sempre più massiva nellecostruzioni aeronautiche (compositi a matricepolimerica, rinforzati con fibre di vetro, carbonio,aramidiche ecc.).

Controlli Non Distruttivi CND o NDT Non-Destructive-Testing:

informazioni sull’integrità di un componente, senza alterarne le

caratteristiche meccaniche o provocarne la distruzione.

Le Prove Non Distruttive PND si applicano in due fasi particolari:

- Fase produttiva accettazione di pezzi sulla base della

presenza di difetti;

- Fase di ispezione in servizio sorveglianza del degrado subito dal pezzo in

condizioni di lavoro.

Le PND sono applicate in vari settori ed attività fra cui quello civile,

meccanico, aeronautico, energetico, nella ricerca, nell’arte e nella geologia.

Introduzione ai CONTROLLI NON DISTRUTTIVI CND

Università degli studi di Roma “La Sapienza”

La maggiore affidabilità dei CND ha permesso di cambiare i criteri di

progettazione in campo aeronautico, passando dal criterio “SAFE-LIFE” al

criterio “DAMAGE-TOLERANCE” attraverso il “FAIL-SAFE”.

➢ “SAFE-LIFE”: presuppone che la struttura sia in grado di impedire che il danno si

verifichi prima che la sua utilizzazione abbia raggiunto un prefissato periodo di tempo.

➢ “FAIL-SAFE”: si ammette la possibilità di innesco del danno per “fatica”, purché la

struttura sia progettata in modo da contenere il difetto.

➢ “DAMAGE-TOLERANCE”: soddisfa il binomio sicurezza-economia. Conoscendo le

leggi della meccanica della frattura si possono stabilire con sufficiente approssimazione, il

tempo che occorre affinché l’avaria si sviluppi completamente ed il minimo intervallo di

tempo per eseguire le ispezioni periodiche.

I CND sono realizzati per garantire elevati fattori di sicurezza e di qualità, i quali

peraltro, nella gestione aziendale contribuiscono ad un migliore andamento dei fattori

economici.

L’Importanza dei CND in Campo Aeronautico


Cosa si intende per qualità delle strutture

• La qualità è definita in termini di cricche odifetti (vuoti, inclusioni, difetti reticolari),sia di tipo microscopico che macroscopico,dovute al processo tecnologico odoriginatesi nel corso della vita dellastruttura.

• Nel caso dei materiali compositi, i difettipeculiari riguardano sia la matrice, che lefibre, che l’interfaccia fibra-matrice che idifetti di incollaggio tra lamina e lamina(delaminazioni).

I difetti indotti dal processo

• I difetti indotti dal processo hanno origineda lacune nel controllo di processo (suiparametri di controllo, quali pressione,temperatura ecc.) oppure da erroneelavorazioni alle macchine utensili,inadeguata comprensione della normativavigente, design non corretto delleattrezzature di fabbricazione ed erroreumano. Ovviamente la natura dei difettiindotti dal processo dipendono dalparticolare processo usato per il“manufacturing”.

Difetti che si verificano nella

“service life”

• I difetti che si verificano nella “service life”

possono essere causati da sovraccarichi non

intenzionali, impatto, fatica etc., a fattori

ambientali quali temperature elevate,

aggressori chimici, problemi elettrochimici

ecc.

• I difetti derivanti da erronee attività di

manutenzione fanno caso a sé.

Primi controlli di qualità• I primi controlli di qualità si effettuano già sui materiali in

ingresso e sui semilavorati (barre, tondi, lastre ecc. per imetallici; resine, fibre, tessuti, preimpregnati ecc. per icompositi).

• Terminato il processo produttivo, vengono implementatialcuni semplici controlli (verifica della geometria, delpeso…...).

• Segue un’ispezione visiva, utile per vedere al primo impattoi difetti più evidenti, differenziati a seconda del tipo dimateriale.

• Per i materiali metallici marcature da utensile, cricche,scheggiature ecc.; per i compositi porosità, segni lasciati dalsacco, differenze di colore, ondularità ecc.

• Il “tapping” può invece fornire indicazioni su difettositàpresenti in prossimità della superficie. Si usano martelletti didiversi materiali (PVC, metallici ecc.).

Altri controlli di qualità

• Ovviamente con i metodi descritti non sarà possibilerilevare i difetti interni alla struttura in esame (cricche,soffiature, inclusioni, vuoti ecc. per i materiali metallici;cricche intralaminari, scollamenti di interfaccia,delaminazioni, nel caso dei compositi).

• La mancata identificazione di tali difettosità può influenzarefortemente sia il comportamento a breve termine (resistenza,elasticità ecc.) che quello a lungo termine (vita a fatica,resistenza all’ambiente, meccanica della frattura ecc.).

• L’importante ruolo delle tecniche NDT è anche quello difornire informazioni sui difetti interni.

Difetti indotti dal processo produttivo:

materiali metallici

• Si è già detto che i difetti attesi sono chiaramente dipendenti dal tipo diprocesso.

• Per processo si intende: trattamenti termici, trattamenti meccanici,rivestimenti, processi tecnologici a caldo ed a freddo, e cosìcontinuando.

• Per i materiali metallici i difetti più comuni si presentano sotto formadi cricche (superficie di frattura/discontinuità nel materiale), sia insuperficie che nell’interno.

• All’interno si presentano soffiature, vuoti, inclusioni non metalliche,accumuli per invecchiamento ecc.

• In superficie si possono risentire degli effetti delle lavorazioni allemacchine utensili (rigature, solchi, sbavature, forature imperfette,….).

• La presenza di giunzioni comporta ulteriori verifiche (qualità disaldature, incollaggi, inserimenti di fitting meccanici quali viti, bulloni,rivetti ecc.).


materiali compositi

• 1. Contaminazioni dovute a particelle esterne, pezzi delmateriale “peel ply”, come residuo superficiale dei“prepregs” ecc.

• 2. Rotture di fibre o delaminazioni indotte dal taglio degliutensili e nel processo di foratura.

• 3. Delaminazioni o separazioni di strati, dovute a scarsacompattazione.

• 4. Non uniforme distribuzione di resina o già nel prepregstesso o dovuta a flusso non uniforme nel processo dipolimerizzazione.

• 5. Disallineamento delle fibre, già nel prepreg o a seguitodel processo (problema particolarmente sentito nel caso delfilament winding).


materiali compositi-2a

• 6. Insoddisfacente grado di polimerizzazione, a seguito diimproprio ciclo di cura.

• 7. Ondularità, superfici non piane, presenza di sacche diaccumulo di resina.

• 8. Vuoti, dovuti ad aria rimasta intrappolata all’interno dellaminato e/o a gas sviluppatisi durante il ciclo di cura.

• 9. Dimenticanza di inserire uno strato nel laminato.

• 10. Discontinuità o sovrapposizioni di strati, sia in fase distesura degli strati, sia nelle fasi di dimensionamento etaglio delle tele da stendere.

• 11. Forti disuniformità di spessore nel laminato stesso.

Tecniche NDT per il rilevamento dei

difetti di superficie

• Ispezione visiva;

• Liquidi penetranti fluorescenti;

• Particelle magnetiche;

• Correnti indotte (Eddy Currents).

Classificazione dei CND


I Controlli Non Distruttivi possono essere distinti in 2 grandi categorie:

➢ TECNICHE DI RILEVAMENTO DI DIFETTI SUPERFICIALI

Nella prima categoria ricadono:

•ISPEZIONE VISIVA

•LIQUIDI PENETRANTI

•POLVERI MAGNETICHE

•EDDY CURRENT EC


difetti interni

• Tecniche radiografiche (Raggi X);

• Tecniche Ultrasoniche (UT);

• Tecniche Termografiche (Thermografy).

➢ TECNICHE DI RILEVAMENTO DI DIFETTI INTERNI

Nella seconda categoria fanno parte:


Le varie PND sono basate su principi fisici differenti, quindi per ognuna di esse si

individueranno vantaggi e svantaggi. Assai raramente sono fra loro alternativi, più

frequentemente essi sono fra loro complementari.

•ULTRASUONI •RAGGI X•TERMOGRAFIA

Elemento penetrante

• Elemento penetrante:

– il fluido fluorescente o visibile nel caso dei liquidi penetranti;

– il campo magnetico nelle applicazioni tramite polveri magnetiche;

– la corrente elettrica nel caso delle EC;

– il fascio d’onde ultrasonoro per ciò che riguarda i CND ad ultrasuoni;

– la radiazione per i CND con Raggi X;

– il calore per quanto concerne la termografia.

Elemento rivelatore

• Elemento rivelatore:

• la lampada di Wood o quella a luce bianca per i liquidi penetranti;

• le polveri magnetiche per il metodo con particelle magnetiche;

• l’indicazione di un oscilloscopio per le correnti parassite e gli ultrasuoni;

• le pellicole radiografiche per i raggi X;

• lo spettro di emissione per la termografia.

Come scegliere il CND ottimale?

• Per determinare dunque qual è il CND piùappropriato per l’ispezione, bisogna tenerconto di una serie di fattori, quali:

• materiale;

• tipo di difetto e locazione;

• finitura superficiale;

• forma e geometria del pezzo;

• costi e tempi.

Normativa relativa a personale per

CND

• Si evidenzia inoltre che ogni persona impegnata

nello svolgimento di un’ispezione su un

aeromobile o su un suo componente, deve essere

in possesso della corrispondente certificazione

NDT STANDARD approvata dal NAA (National

Airworthiness Authority).

• La lista che segue mostra alcuni esempi di

Certificazioni e Qualifiche degli Standard del

personale degli NDT.


CND-2a

• NAS 410 (NAS): norma National

Aerospace Standard;

• EN 4179 (EN): European NDT Standard;

• ISO 9712 (ISO): International Organization

for Standardization;

• SNT – TC – 1° (ASNT): American Society

of Non-destructive Testing


CND-3a• La crescente professionalità richiesta agli addetti ha fatto sì

che si sia avuta nel tempo un’evoluzione anche dellalegislazione e della normativa.

• Un esempio di ciò è la Direttiva CEE n° 374/85 inerente la“Responsabilità civile per danno da prodotto difettoso”.

• Senza volersi soffermare sugli aspetti normativi dellacertificazione, si evidenzia comunque l’esistenza di varilivelli in cui essa è suddivisa: I, II, III.

• Tali livelli indicano rispettivamente che:

• un tecnico in possesso del livello I può semplicementeeseguire il controllo sotto la supervisione di un livello II;

• un tecnico di livello II può eseguire l’ispezione e dare ungiudizio;

• una persona qualificata per il livello III può portare atermine un controllo, dare dei giudizi, stilare delleprocedure e formare gli altri livelli.


difetti di superficie-Visiva• Questo tipo di ispezione rappresenta il più diretto ed

intuitivo fra i metodi di controllo non distruttivo.

• L’ispezione visiva si basa sull’impiego della luce comemezzo di rilevazione di discontinuità superficiali suqualsiasi tipo di materiale. L’ispezione visiva è moltoimportante e distingue l’operatore esperto.

• Può essere condotta ad occhio nudo o con l’ausilio distrumenti ottici, tra i quali i più importanti sono imicroscopi, i boroscopi, minitelecamere ecc.

• L’introduzione della tecnologia delle fibre otticheintroduce sempre nuove possibilità di indagine.

• Si può ragionevolmente affermare che sia i liquidipenetranti che le particelle magnetiche sono ausiliiall’ispezione visiva.


difetti di superficie-Visiva 2

• Le discontinuità più ricorrenti sono cricche, corrosioni,contaminazioni, difetti di giunzione ed altri; in ciascuno diquesti casi l’operatore ha il compito di interpretare leimmagini osservate ad occhio nudo, documentandole ovenecessario.

• All’ispezione diretta, che richiede accessibilità da partedell’operatore alla superficie ispezionata, si aggiungel’impiego di strumenti di precisione ottica (BOROSCOPIORIGIDO o FLESSIBILE) idonei ad ispezionare corpi cavinon accessibili di forma anche complessa, come adesempio le superfici interne delle tubazioni, dei serbatoi edel motore.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di

superficie-Visiva: il Boroscopio

• Il Boroscopio è fondamentalmente costituito da una guainaesterna rigida o flessibile, di lunghezza variabile, alla cuiestremità anteriore è incorporato un dispositivo ottico(obiettivo) in grado di riprodurre l'immagine di un oggettoposizionato di fronte allo strumento.

• L'illuminazione della zona in esame viene effettuata da unapiccola lampada a bassa potenza posizionata in prossimitàdell'obiettivo, parte integrante del boroscopio; l'immagineviene trasmessa all'oculare, situato all'estremità posteriore,mediante un opportuno sistema di prismi e lenti posizionatiall'interno della guaina.


superficie-Visiva: il Boroscopio-2a

• Boroscopio rigido: il tubo può essere di diverse lunghezze, da0.15 a 30.48 m, con diametri da 0.41 a 6.99 cm, le lenti sonousualmente da 3X a 4X, ma ci sono anche boroscopi ad elevatapotenza (50X).

Generalmente il

Boroscopio

ha un campo di

visione di 55°,

che può essere

orientato

in maniera diversa,

a seconda del tubo

rigido che si

utilizza.


superficie-Visiva: il Boroscopio-3a

• Boroscopio flessibile: il tubo ha una lunghezza superiore ai12 m, con diametri da 0.140 a 1.27 cm. Il campo di visioneè tipicamente compreso tra 40° e 60°.


superficie-Liquidi penetranti

• L’ispezione con i liquidi penetranti è un metodoparticolarmente indicato per localizzarediscontinuità superficiali “aperte” (ad esempiocricche, porosità, ripiegature), in modo veloce,economico e con grande accuratezza, su materialimetallici e non.

• L’attrezzatura necessaria per l’esecuzione del testprevede liquidi penetranti di tintura fluorescente ovisibile (disponibili in vasche o bombolette) e unasorgente di luce ultravioletta o bianca.

• Un accorgimento importante da adottare è quellodi pulire opportunamente il pezzo in esame, siaprima che dopo il test.


superficie-Liquidi penetranti-2a

• Il liquido penetrante viene applicato sul componente diinteresse, in modo tale da formare un film; esso devegiacere sulla superficie per un tempo opportuno, perpermettere la massima penetrazione per capillarità delliquido, all’interno di ogni difetto affiorante in superficie.Successivamente si passa alla rimozione del penetranteeccessivo: la porzione che si è introdotta nelladiscontinuità viene riportata in superficie e messa inevidenza con un adatto materiale assorbente dettorivelatore, definendo così un’indicazione visibile adimmagine della discontinuità stessa.



• LIMITAZIONI :

• Non rileva discontinuità sotto pelle o chiuse in superficie,così come non rileva corrosioni e difetti troppo aperti;

• Non è normalmente applicabile all’esame di superficitroppo rugose o porose, la sensibilità del metodo è infatticondizionata dal grado di finitura superficiale;

• Si presta all’automazione solo per quanto riguarda la parteesecutiva, mentre l’interpretazione dei risultati deve esserefatta dal personale;

• L’esame è di solito limitato a zone facilmente accessibili;

• Si registrano elevati costi della depurazione degli ambientidove vengono effettuati i test.


superficie- Polveri Magnetiche

• L’esame con particelle magnetiche è un metodo atto arilevare difetti superficiali e subsuperficiali in materialiferromagnetici o magnetizzabili.

• I materiali a cui si applica sono tipicamente: cobalto;nickel; ferro; acciai al carbonio ed acciai basso legati.

• Essi sono utilizzati nelle seguenti applicazioni: fusioni inacciaio a struttura ferritica; fucinati; estrusi; stampati;saldature ecc.

• Il test si basa sul fatto che le discontinuità disposte insenso trasversale al campo magnetico generato,determinano una deviazione delle linee di flusso delcampo magnetico stesso.


superficie- Polveri Magnetiche-2a

• Per evidenziare il difetto sarà sufficiente applicare,

sulle superfici, delle particelle magnetiche a secco

o mediante una sospensione in opportuno agente

liquido, colorate o fluorescenti per risultare visibili

in luce bianca o in luce di Wood.

• Le particelle si concentreranno lungo le linee di

flusso del campo magnetico, creando così un

“profilo” della discontinuità che ne indica la

posizione, la dimensione, la forma e l’estensione.



Barretta ferromagnetica caratterizzata

dalla presenza di una cricca.

La tecnica di

controllo è molto

sensibile,

semplice ed

economica e può

rilevare difetti

anche su pezzi

ricoperti da

sottili strati

protettivi (ad

esempio vernici),

seppur con lieve

riduzione di

sensibilità.



• LIMITAZIONI :– Applicabilità ai soli materiali ferromagnetici;

– Scarsa sensibilità per i difetti rotondeggianti;

– E’ possibile introdurre processi di automazione solo perla parte esecutiva;

– L’interpretazione dei risultati presenta sempre un certomargine di soggettività;

– L’esame è normalmente limitato a zone facilmenteaccessibili;

– Smagnetizzare fino a valori residui molto bassi puòessere difficoltoso.


superficie-Correnti indotte (Eddy Currents)

• Il controllo con correnti indotte consiste nell’indurre piccolecorrenti elettriche all’interno di un materiale conduttore enell’osservare le interazioni che si creano tra il materiale e lecorrenti stesse.

• Un certo numero di fattori all’interno del materiale influenzerà ilflusso delle correnti indotte (dette anche di Focault o parassite); ilcomportamento di tali correnti in relazione a questi fattoricostituisce il risultato del controllo.

• Le correnti parassite possono essere applicate a scambiatori dicalore, cilindri, tubi, lamiere e rivestimenti e forniscono un mezzoper misurare la conducibilità, la permeabilità, rilevare discontinuitàe determinare lo spessore di rivestimenti e placcature.


superficie-Correnti indotte (Eddy Currents)-2a

• Le sonde EC misurano la risposta dei materiali a campielettromagnetici in uno specifico range di frequenza,tipicamente tra qualche kHz ed alcuni MHz per itradizionali CND.

• Dalla risposta, possiamo avere informazioni su diversiaspetti del materiale, quali durezza, spessori, presenza dicorrosione o difetti quali porosità e cricche.

• Le due proprietà fondamentali del metodo sono laconduttività elettrica e la permeabilità magnetica.

• Il campo elettrico sul pezzo viene generato da induzionemagnetica. Le correnti elettriche generate si muovono inun circuito chiuso, generalmente circolare e sono dette“eddy currents”.



• LIMITAZIONI :

• Il metodo è applicabile soltanto su materiali conduttori, nei quali si possono localizzare discontinuità superficiali o subsuperficiali a profondità non superiori a 6.25 mm.

• Esistono difficoltà nell’individuare la specifica tipologia del difetto, in quanto numerose variabili influenzano contemporaneamente l’indicazione d’uscita;

• Le discontinuità sono indicate in modo qualitativo e non quantitativo.



• VANTAGGI:

• elevata sensibilità d’esame;

• grande affidabilità;

• segnale indicante lo status del materiale,ottenuto quasi istantaneamente;

• introduzione di processi di automazione;

• possibilità di esaminare pezzi inmovimento: metodo non a contatto.


difetti interni

• Tecniche radiografiche (Raggi X);

• Tecniche Ultrasoniche (UT);

• Tecniche Termografiche (Thermografy);

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti

interni-Tecniche radiografiche (Raggi X)

• Il metodo radiografico è stato tra i primi metodi d’indaginenon distruttiva ad essere introdotto nell’industria per ilrilievo dei difetti interni.

• Esso può essere utilizzato per esaminare componenti eassemblati metallici e non metallici. Obbligatoria comecontrollo delle saldature.

• In campo aeronautico è applicato di solito sulle seguentistrutture: fusoliera, attuatori, pannelli di rivestimento eattacchi alari.

• Questo metodo consiste nel rilevare su pellicola o altridispositivi come schermo fluorescente e monitor, levariazioni d’attenuazione che un fascio di RAGGI Xsubisce in funzione degli spessori attraversati, penetrandonei particolari in esame.


interni-Tecniche radiografiche (Raggi X)-2a

• Nelle tecniche radiografiche una superficie è interessata daun flusso di energia mediante radiazioni di naturaelettromagnetica, più comunemente usata quellaproveniente da un tubo a raggi X.

• Parte dell’energia è assorbita dai constituenti nel materialeal suo passaggio attraverso lo spessore della parte.

• L’energia trasmessa va ad impressionare una lastrafotografica posta direttamente al di sotto della superficieopposta.

• I difetti producono una variazione dell’energia trasmessache fornisce immagini di ombra sulla pellicola.

X-Ray concept

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni-Tecniche

radiografiche (Raggi X)-3a



Schematizzazione del

funzionamento dei raggi X

Le discontinuità eventualmente

presenti nei materiali risultano

pertanto evidenziate sulla

pellicola radiografica sottoforma

di zone diversamente annerite.

L’immagine del difetto viene

rappresentata con dimensioni reali

grazie l’utilizzo di tecniche di

radiografia “digitale”, che

elaborano, mediante un software,

quanto impressionato sulla lastra;

che visualizza solamente due

dimensioni della discontinuità,

perdendo informazioni sulla

profondità.



• LIMITAZIONI :

• Se le discontinuità sono localizzate in strutture o componenti nonaccessibili, potrebbe essere difficile poter posizionarecorrettamente la sorgente di raggi X;

• I difetti bidimensionali come le cricche possono non essererilevati se il loro orientamento rispetto all’asse del cono radianteè inclinato.

• Non possono essere esaminati componenti di grandi dimensioni,a causa delle limitate dimensioni delle pellicole radiografiche.

• Il massimo spessore di acciaio esaminabile con radiografia èdell’ordine di 400-500 mm, (ottenuto impiegando acceleratorilineari ad alta energia).

• L’utilizzazione di questo metodo richiede il rispetto delle leggi diradioprotezione con conseguente aumento dei costi.

Tecniche radiografiche (Raggi X)-Difetti

rilevabili nei compositi polimerici

• I difetti rilevabili nei materiali compositi polimerici sono le zone ricche opovere di resina, non uniforme distribuzione od errati orientamenti dellefibre (dovuto a buckling, ad esempio), particelle estranee e vuoti.

• Difetti piani, del tipo delaminazioni, non sono rilevabili per tutti i materiali(ad esempio, per le carboresine), a meno che non si iniettino opportuniliquidi di contrasto, che vanno a riempire le cavità interne.

• Questa tecnica è denominata “Penetrant-Enhanced X-ray Radiography(PEXR).

• Differenti tecniche di immagine, quali la “real-time display per le immaginiX-ray su schermi fluorescenti (“Fluoroscopy”) e tecniche CAT (computer-aided tomography), sono comunemente impiegate.

• La CAT è particolarmente utile, in quanto consente anche una vista 3D deldifetto, a partire da immagini X-ray ottenute da diverse angolazioni.

Carbon fiber/epoxy composite aircraft skin and frame with

integrated fiber-optic sensor used as delamination detectors.

RISULTSGlass 600 gr/m2 Glass 300 gr/m2

Impacted a 10 J Impacted a 10 JImpactor velocity

5 m

m

JX Juta-Glass (600 gr/m2)

Impacted a 20 J

JV Juta-Glass (300 gr/m2)

Impacted a 20 J

Impactor velocity

DELAMINAZIONE tessuti di vetro (confronto)

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25

Energia di impatto (J)

Are

a d

elam

inat

a (m

m2)

V9

VX

DELAMINAZIONE tessuti misti (confronto)

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25

Energia di impatto (J)

Are

a d

ela

min

ata

(m

m2)

JX

JB

JV

JA

V9 (glass 300 gr/m2)VX (glass 600 gr/m2)

DELAMINAZIONE

JV (glass 300 gr/m2)JA (glass 300 gr/m2)JX (glass 600 gr/m2)JB (glass 600 gr/m2)


interni: Ultrasuoni

• Questo metodo di controllo utilizza onde sonore (energiaacustica) ad alta frequenza, ovvero superiore alla sogliadell’udibile: tra 0.5 e 25 MHz.

• Le onde sonore vengono introdotte nel materiale daesaminare, allo scopo di evidenziare difetti interni esubsuperficiali.

• Nell’applicazione più consueta viene emesso un impulsoultrasonoro che, propagandosi nel particolare dacontrollare, viene in parte riflesso dalle eventualidiscontinuità presenti, in parte assorbito, in parte attraversa

• In questa maniera l’impulso viene quindi rilevato econvertito in segnale elettrico tale da essere rappresentatosullo schermo di un oscilloscopio.


interni: Ultrasuoni-2a

• Si possono distinguere due tipi di sistemi:

• SISTEMA A RICEZIONE: si ha un unicotrasduttore che svolge sia la funzione diemissione di onde sonore, che di ricezionedell’energia acustica riflessa;

• SISTEMA A TRASMISSIONE: laricezione dell’energia acustica vieneeffettuata da un trasduttore diverso daquello di trasmissione.

Reflection ultrasonic test arrangement

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ultrasuoni-3a



• Le tecniche di esame si dividono in due classi:

• le “tecniche per contatto”, in cui i trasduttori sonoaccoppiati direttamente al pezzo in esame mediante un gel,detto COUPLAND e le “tecniche per immersione”, cherealizzano l’accoppiamento acustico mediante l’acqua,nella quale viene immerso il particolare da controllare.

• Le onde sonore ad alte frequenze non possono propagarsiattraverso i gas come l’aria, ma solamente attraversoliquidi e solidi.

• L’impiego dell’una o dell’altra tecnica è subordinato aconsiderazioni inerenti la forma geometrica dei pezzi, iltipo e l’orientamento dei difetti da rilevare, la semplicitàoperativa e la velocità d’ispezione richiesta.


difetti interni: Ultrasuoni-5a

Tecnica per contatto Tecnica per immersione



• Il tipo di rappresentazione adottata più di frequenteconsiste nel visualizzare l’ampiezza acustica in funzionedel tempo (A-scan, Ecogramma).

• Gli spazi percorsi dagli impulsi ultrasonori sonoproporzionali ai rispettivi tempi di transito, per cui sulloschermo dell’oscilloscopio risulteranno visualizzatinell’ordine: l’impulso di emissione (coincidente con lasuperficie cui è applicato il trasduttore), eventuali echi didifetti, ed infine l’eco di “fondo” (relativo alla superficieopposta al pezzo).

• In questo modo è possibile individuare in quale posizionelungo lo spessore è localizzato il difetto.



• Il difetto, quindi, appare sullo schermo di un tuboa raggi catodici con la forma di un oscillogrammaprodotto da un segnale elettrico.

• Oltre a questo tipo di rappresentazione, che è lapiù comune, ne esistono altre più sofisticate dovepuò essere evidenziata l’intera sezione del pezzocon i relativi difetti.

• Gli ultrasuoni, oltre che per rilevare difetti, sonoanche impiegati per misure di spessore ecaratterizzazione dei materiali.



• LIMITAZIONI :

• Difficoltà nel controllo di pezzi a geometria complessa;

• Difficoltà nel controllare i materiali ad alta attenuazioneacustica (legno, calcestruzzo e materiali ferrosi e nonferrosi a grano grosso) o ad alta temperatura;

• Sensibilità d’esame condizionata dallo stato superficialedel pezzo;

• Relativa difficoltà nell’interpretazione dei segnali cherichiede una prolungata esperienza del personale.



Devicesultrasonic reflection system:

USD 10 generatore

segnale ultrasonoro-

acquisitore segnale di

ritorno

SONDE 5-15 MHz

emissione-ricezione

ANDSCAN

posizione sonda

rispetto sup. pezzo

PC con software per:

mappa 2D; calcolo

area delaminata

A-scan representation of an internal defect


B-scan representation of an

internal defect

C-scan

representation of an

internal defect


Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni:

Ultrasuoni-10a

Sonde oblique

USD-10 PC

AndScan

Ultrasonic test apparatus and USD 10

display


Ultrasuoni-11a

Relative Depth Mode: Scan map and USD-10 display


Ultrasuoni-12a

Amplitude Mode: Scan map and USD-10 display


Ultrasuoni-13a

Inserimento e rilevazione di

difetti campione

Tecniche NDT per il

rilevamento dei difetti


Signal equalization by DAC function

First scan

The color is linked with attenuation:

Blue color means total attenuation (delaminations)

MONITORING POST-IMPACT

Effetto dell’attenuazione del segnale

• La riduzione della pressione acustica lungo lo spessore(asse x) può essere espressa dalla relazione: P=P0e-ax

• Il parametro a è l’attenuazione del segnale e dipende davari fattori: dalla frequenza della sonda impiegata;dall’energia assorbita lungo lo spessore e dalla dispersionedi energia dovuta alle discontinuità del materiale stesso.

• Più alta la frequenza della sonda, migliore è la sensibilità ela risoluzione dello strumento (dipendenti dalla lunghezzad’onda), più alta è l’attenuazione del segnale, più piccolo èlo spessore di materiale ispezionabile.

Termografia

• In quest’ambito è necessario distinguere due casi:

• La sollecitazione termica è fornita direttamentedall’oggetto durante il suo funzionamento: apparecchiatureelettriche, impianti a fluidi caldi (o freddi), isolanti fra duezone a diverse temperature, effetto termoplastico,etc.;

• La sollecitazione termica viene applicata durante l’esamecon tecniche particolari (generalmente unriscaldamento per radiazione o per conduzione) e, aseconda delle modalità, lo studio sarà diverso per potermaggiormente evidenziare il difetto.

• In entrambi i casi occorre conoscere (o comunque poterlaipotizzare con sicurezza) la distribuzione delle temperaturesuperficiali in assenza di difetti, per poterla confrontarecon la distribuzione reale, misurata durante l’esame.


difetti interni: Termografia

• Il metodo si basa sulla misura della distribuzione

delle temperature superficiali dell’oggetto in

esame, quando viene sollecitato termicamente

(generalmente si tratta di un riscaldamento).

Un’anomalia nella distribuzione delle temperature

è indicativa di un possibile difetto (ad esempio la

penetrazione dell’acqua all’interno dei pannelli

alari con struttura a sandwich tipica di aeromobili

civili).


difetti interni: Termografia-2a

• Il caso più semplice si ha quando la distribuzione delle temperature,che dovrebbe essere uniforme, vede i difetti manifestarsi come zonecalde (ad esempio componenti d’impianti elettrici a resistenza piùelevata) o fredde (ad esempio soffiature interne nel materiale).

• La visualizzazione del difetto avviene attraverso la distribuzione delletemperature, che può essere misurata:

• Con vernici termosensibili, che cambiano colore in funzione dellatemperatura (termografia a contatto);

• Mediante telecamere termografiche, che forniscono su monitorun’immagine della distribuzione delle temperature della superficieinquadrata,(termografia all’infrarosso)[1].

•[1] In tal caso un’anomalia nella distribuzione delle temperaturesuperficiale, corrispondente ad un possibile difetto è visualizzata dauna “macchia di colore”; come si può osservare dalla seguente figura.



Rilevazione d’acqua in un pannello honeycomb mediante

termotelecamera



• LIMITAZIONI :

• L’anomalia nella distribuzione delle temperature

può essere troppo piccola perché sia misurabile.

Confronto fra i Vari Metodi


Metodo

Controlli superficiali e

subsuperficiali di materiali

conduttori

Profondità di penetrazione

limitata, applicabilità ai materiali

conduttori

Controlli volumetrici di tutti i

materiali

Può essere applicato solo su

materiali ferromagnetici e

magnetizzabili, pulizia delle

superfici e smagnetizzazione

Necessità d'accoppiamento

acustico trasduttore e pezzo

Non si rilevano discontinuità

molto piccole

Controlli volumetrici di tutti i

materiali

Controlli volumetrici su tutti i

materiali, purchè in un campo di

spessore compatibile col tipo di

sorgente disponibile

Elevati costi di controllo,

pericolosità delle

radiazioni,limitazioni di ispezione

per i componenti di difficile

accesso e di elevati spessori,

informazioni bidimensionali sul

difetto

Eddy Current

Ultrasuoni

Raggi X

Termografia

Applicazioni

Ispezione visiva

Liquidi Penetranti

Polveri Magnetiche

Esame superficiale su qualunque

tipo di materiale

Esame superficiale su qualunque

tipo di materiale, esclusi quelli

porosi

Controlli superficiali e

subsuperficiali su tutti i materiali

ferromagnetici

Ispezione in zone dove non

è possibile accedere con

altri metodi

Veloce,economico e di

grande accuratezza

Economico, rileva difetti

anche su pezzi ricoperti da

sottili strati protettivi

(vernici) e possibilità di

automazione

Registrazione permanente

dei difetti, elevata affidabilità

Difetti rilevabili Vantaggi Limitazioni

Accessibilità alla zona da

ispezionare

I difetti devono affiorare in

superficie e richiede rigorosa

pulizia del pezzo

Veloce e semplice da

interpretare

Difetti interni quali: cricche,

inclusioni, cavità, etc.

Difetti superficiali quali:

cricche, corrosioni,

contaminazioni, difetti di

giunzione, etc.

Difetti interni quali: cricche,

inclusioni, penetrazioni,etc.

Difetti superficiali quali:

cricche, porosità,

ripiegature, etc.

Difetti superficiali e

subsuperficiali quali:

cricche, cavità, inclusioni,

variazioni strutturali,

porosità, etc.

Difetti superficiali e

subsuperficiali, variazioni

chimiche-strutturali e

spessori di rivestimento

Difetti subsuperficiali e/o

interni quali: cricche,

inclusioni, danni da

corrosione, difetti da

saldatura, etc.

Rapidità d'impiego,

possibilità d'automazione e

possibilità anche di

esaminare pezzi in moto

Rapidità di impiego,

possibilità di automazione,

possibilità di ispezione di

grossi spessori

Tipologia di difetti riscontrabili nei materiali

compositi

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