CONTROLLI NON DISTRUTTIVICONTROLLI NON … · (NDT TECHNIQUES) PER LE STRUTTURE...

CONTROLLI NON DISTRUTTIVICONTROLLI NON DISTRUTTIVI (NDT TECHNIQUES) PER LE

STRUTTURE AERONAUTICHESTRUTTURE AERONAUTICHEProf. Claudio Scarponi

Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”-Via Eudossiana 18-00184 Roma.

T l 06 44585313 il l di i@ i 1 itTel. 06 44585313, e-mail [email protected]

Filosofia NDT (Non Destructive Testing)

Scopo dei Controlli non Distruttivi èScopo dei Controlli non Distruttivi èispezionare, qualificare e valutare la qualitàdi una struttura senza produrre fratture odi una struttura senza produrre fratture orotture o qualsiasi altro significativocambiamento della struttura stessacambiamento della struttura stessa.Le metodologie NDT per i diversi materialivanno dalla semplice ispezione visiva ed ilvanno dalla semplice ispezione visiva ed ilcosiddetto “coin tapping” (battitura con lamoneta) a tecniche anche molto sofisticatemoneta) a tecniche anche molto sofisticate.

Applicazioni sui diversi materiali

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

C lli N Di i i CND NDT N D i T i

Introduzione ai CONTROLLI NON DISTRUTTIVI CND

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

di dif ttipresenza 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.

Università degli studi di Roma “La Sapienza”

La maggiore affidabilità dei CND ha permesso di cambiare i criteri diL’Importanza dei CND in Campo Aeronautico

La maggiore affidabilità dei CND ha permesso di cambiare i criteri diprogettazione in campo aeronautico, passando dal criterio “SAFE-LIFE” alcriterio “DAMAGE-TOLERANCE” attraverso il “FAIL-SAFE”.

“SAFE-LIFE”: presuppone che la struttura sia in grado di impedire che il danno siverifichi 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 lap p , pstruttura sia progettata in modo da contenere il difetto.

“DAMAGE-TOLERANCE”: soddisfa il binomio sicurezza-economia. Conoscendo leleggi della meccanica della frattura si possono stabilire con sufficiente approssimazione, ilgg p pptempo che occorre affinché l’avaria si sviluppi completamente ed il minimo intervallo ditempo per eseguire le ispezioni periodiche.

I CND sono realizzati per garantire elevati fattori di sicurezza e di qualità i qualiI CND sono realizzati per garantire elevati fattori di sicurezza e di qualità, i qualiperaltro, nella gestione aziendale contribuiscono ad un migliore andamento dei fattorieconomici.


Cosa si intende per qualità delle strutture• La qualità è definita in termini di cricche o

difetti (vuoti, inclusioni, difetti reticolari),sia di tipo microscopico che macroscopico,dovute al processo tecnologico odoriginatesi nel corso della vita dellaoriginatesi nel corso della vita dellastruttura.

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

I difetti indotti dal processo• I difetti indotti dal processo hanno origine

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

Difetti che si verificano nellaDifetti che si verificano nella “service life”

• I difetti che si verificano nella “service life”possono essere causati da sovraccarichi nonpintenzionali, impatto, fatica etc., a fattoriambientali quali temperature elevate,q p ,aggressori chimici, problemi elettrochimiciecc.

• I difetti derivanti da erronee attività dimanutenzione fanno caso a sémanutenzione 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 imetallici; resine, fibre, tessuti, preimpregnati ecc. per icompositi).

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

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

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

• Il “tapping” può invece fornire indicazioni su difettositàpresenti in prossimità della superficie. Si usano martelletti didi i i li (PVC lli i )diversi 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 interfacciacricche 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 )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: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 cosìrivestimenti, 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 in

fi i h ll’i tsuperficie 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 allesupe c e s posso o se e deg e e de e avo a o a e

macchine utensili (rigature, solchi, sbavature, forature imperfette,….).• La presenza di giunzioni comporta ulteriori verifiche (qualità di

saldature, incollaggi, inserimenti di fitting meccanici quali viti, bulloni,rivetti ecc )rivetti ecc.).

Difetti indotti dal processo produttivo: p pmateriali 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 scarsapcompattazione.

• 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 delfil i di )filament winding).

Difetti indotti dal processo produttivo:Difetti indotti dal processo produttivo: materiali compositi-2a

• 6. Insoddisfacente grado di polimerizzazione, a seguito diimproprio ciclo di cura.7 O d l i à fi i i di h di• 7. Ondularità, superfici non piane, presenza di sacche diaccumulo di resina.

• 8. Vuoti, dovuti ad aria rimasta intrappolata all’interno dell i t / il ti i d t il i l dilaminato 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 di

d li i i ll f i di di istesura 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 deiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie

• Ispezione visiva;• Liquidi penetranti fluorescenti;• Particelle magnetiche;g ;• Correnti indotte (Eddy Currents).

Classificazione dei CND

I C t lli N Di t tti i di ti ti i 2 di t iI Controlli Non Distruttivi possono essere distinti in 2 grandi categorie:

TECNICHE DI RILEVAMENTO DI DIFETTI SUPERFICIALI

N ll i t i i dNella prima categoria ricadono:

•POLVERI MAGNETICHE

•ISPEZIONE VISIVA


•LIQUIDI PENETRANTI •EDDY CURRENT EC

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni

• Tecniche radiografiche (Raggi X);• Tecniche Ultrasoniche (UT);Tecniche Ultrasoniche (UT);• Tecniche Termografiche (Thermografy).

TECNICHE DI RILEVAMENTO DI DIFETTI INTERNITECNICHE DI RILEVAMENTO DI DIFETTI INTERNINella 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

•ULTRASUONI •RAGGI X •TERMOGRAFIA


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

Elemento penetrante

• Elemento penetrante:– il fluido fluorescente o visibile nel caso dei liquidi

penetranti;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;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

li idi iliquidi penetranti; • le polveri magnetiche per il metodo con particelle

magnetiche;magnetiche; • l’indicazione di un oscilloscopio per le correnti

parassite e gli ultrasuoni;p g ;• le pellicole radiografiche per i raggi X; • lo spettro di emissione per la termografia.p p g

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;p ;• forma e geometria del pezzo;• costi e tempicosti e tempi.

Normativa relativa a personale perNormativa relativa a personale per CND

• Si evidenzia inoltre che ogni persona impegnatanello svolgimento di un’ispezione su unaeromobile o su un suo componente, deve esserein possesso della corrispondente certificazioneNDT STANDARD appro ata dal NAA (NationalNDT STANDARD approvata dal NAA (NationalAirworthiness Authority).

• La lista che segue mostra alcuni esempi di• La lista che segue mostra alcuni esempi diCertificazioni e Qualifiche degli Standard delpersonale degli NDT.p g

Normativa relativa a personale perNormativa relativa a personale per CND-2a

• NAS 410 (NAS): norma NationalAerospace Standard;p ;

• EN 4179 (EN): European NDT Standard;• ISO 9712 (ISO): International Organization• ISO 9712 (ISO): International Organization

for Standardization;SNT TC 1° (ASNT) A i S i• SNT – TC – 1° (ASNT): American Societyof Non-destructive Testing

Normativa relativa a personale per CND-3aCND 3a

• La crescente professionalità richiesta agli addetti ha fatto sìche si sia avuta nel tempo un’evoluzione anche dellal i l i d ll tilegislazione e della normativa.

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

l i ff li i i i d ll• Senza volersi soffermare sugli aspetti normativi dellacertificazione, si evidenzia comunque l’esistenza di varilivelli in cui essa è suddivisa: I, II, III.T li li lli i di i tti t h• 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 ai ll d d i i di i il d lltermine un controllo, dare dei giudizi, stilare delle

procedure e formare gli altri livelli.

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Visiva

• Questo tipo di ispezione rappresenta il più diretto edintuitivo fra i metodi di controllo non distruttivo.

• L’ispezione visiva si basa sull’impiego della luce comep p gmezzo 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.

’i d i d ll l i d ll fib i h• L’introduzione della tecnologia delle fibre otticheintroduce sempre nuove possibilità di indagine.

• Si può ragionevolmente affermare che sia i liquidit ti h l ti ll ti h iliipenetranti che le particelle magnetiche sono ausilii

all’ispezione visiva.

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei 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 lequesti casi l operatore ha il compito di interpretare leimmagini osservate ad occhio nudo, documentandole ovenecessario.

• All’ispezione diretta che richiede accessibilità da parte• 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 caviRIGIDO o FLESSIBILE) idonei ad ispezionare corpi cavinon accessibili di forma anche complessa, come adesempio le superfici interne delle tubazioni, dei serbatoi edel motoredel motore.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche 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( bi i ) i d di i d l'i i di(obiettivo) in grado di riprodurre l'immagine di un oggettoposizionato di fronte allo strumento.

• L'illuminazione della zona in esame viene effettuata da unai l l d b t i i t i i itàpiccola lampada a bassa potenza posizionata in prossimità

dell'obiettivo, parte integrante del boroscopio; l'immagineviene trasmessa all'oculare, situato all'estremità posteriore,mediante un opportuno sistema di prismi e lenti posizionatimediante un opportuno sistema di prismi e lenti posizionatiall'interno della guaina.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Visiva: il Boroscopio-2ap p

• 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 sono

l d 3X 4X i h b i d lusualmente da 3X a 4X, ma ci sono anche boroscopi ad elevatapotenza (50X).

Generalmente ilBoroscopioha un campo dii i di 55°visione di 55°,

che può essereorientatoorientatoin maniera diversa,a seconda del tuborigido che siutilizza.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Visiva: il Boroscopio-3ap p

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

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Liquidi penetranti

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

• L’attrezzatura necessaria per l’esecuzione del testprevede liquidi penetranti di tintura fluorescente o

i ibil (di ibili i h b b l tt )visibile (disponibili in vasche o bombolette) e unasorgente di luce ultravioletta o bianca.

• Un accorgimento importante da adottare è quelloU g p qdi pulire opportunamente il pezzo in esame, siaprima che dopo il test.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di 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, pergiacere 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 penetranteSuccessivamente 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 dettoevidenza con un adatto materiale assorbente dettorivelatore, definendo così un’indicazione visibile adimmagine della discontinuità stessa.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Liquidi penetranti-3a

• LIMITAZIONI :• Non rileva discontinuità sotto pelle o chiuse in superficie,

così come non rileva corrosioni e difetti troppo aperti;pp p ;• Non è normalmente applicabile all’esame di superfici

troppo rugose o porose, la sensibilità del metodo è infatticondizionata dal grado di finitura superficiale;g p

• 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 ambienti

dove vengono effettuati i test.g

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie-Liquidi penetranti-4asuperficie-Liquidi penetranti-4a

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie- Polveri Magnetiche

• L’esame con particelle magnetiche è un metodo atto ap grilevare 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 in• 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,d t i d i i d ll li di fl d ldeterminano una deviazione delle linee di flusso delcampo magnetico stesso.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie- Polveri Magnetiche-2a

• Per evidenziare il difetto sarà sufficiente applicare,sulle superfici, delle particelle magnetiche a seccoo mediante una sospensione in opportuno agenteliquido, colorate o fluorescenti per risultare visibiliin l ce bianca o in l ce di Woodin luce bianca o in luce di Wood.

• Le particelle si concentreranno lungo le linee diflusso del campo magnetico creando così unflusso del campo magnetico, creando così un“profilo” della discontinuità che ne indica laposizione, la dimensione, la forma e l’estensione.p , ,

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti di fi i P l i M i h 3superficie- Polveri Magnetiche-3a

La tecnica dicontrollo è moltocontrollo è moltosensibile,semplice ed

i òeconomica e puòrilevare difettianche su pezziricoperti dasottili stratiprotettivi (ad

Barretta ferromagnetica caratterizzata

protettivi (adesempio vernici),seppur con lieveid i didalla presenza di una cricca. riduzione di

sensibilità.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di superficie- Polveri Magnetiche-4a

• LIMITAZIONI :– Applicabilità ai soli materiali ferromagnetici;

Scarsa sensibilità per i difetti rotondeggianti;– Scarsa sensibilità per i difetti rotondeggianti;– E’ possibile introdurre processi di automazione solo per

la parte esecutiva;L’interpretazione dei risultati presenta sempre un certo– L’interpretazione dei risultati presenta sempre un certomargine di soggettività;

– L’esame è normalmente limitato a zone facilmenteaccessibili;accessibili;

– Smagnetizzare fino a valori residui molto bassi puòessere difficoltoso.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di 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 lenell 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); 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 di• 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.p p

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti diTecniche NDT per il rilevamento dei difetti di 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 i

di i li CNDtradizionali CND.• Dalla risposta, possiamo avere informazioni su diversi

aspetti del materiale, quali durezza, spessori, presenza dii dif tti li ità i hcorrosione o difetti quali porosità e cricche.

• Le due proprietà fondamentali del metodo sono laconduttività elettrica e la permeabilità magnetica.l l i l i d i d i• Il campo elettrico sul pezzo viene generato da induzione

magnetica. Le correnti elettriche generate si muovono inun circuito chiuso, generalmente circolare e sono dette“eddy currents”eddy currents .


• LIMITAZIONI :• Il metodo è applicabile soltanto su materiali

conduttori nei quali si possono localizzareconduttori, nei quali si possono localizzare discontinuità superficiali o subsuperficiali a profondità non superiori a 6.25 mm.

i diffi l ll i di id l ifi• Esistono difficoltà nell’individuare la specifica tipologia del difetto, in quanto numerose variabili influenzano contemporaneamente l’indicazione pd’uscita;

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


• VANTAGGI:• elevata sensibilità d’esame;;• grande affidabilità;• segnale indicante lo status del materialesegnale indicante lo status del materiale,

ottenuto quasi istantaneamente;• introduzione di processi di automazione;introduzione di processi di automazione;• possibilità di esaminare pezzi in

movimento: metodo non a contattomovimento: metodo non a contatto.

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni

• Tecniche radiografiche (Raggi X);g ( gg )

• Tecniche Ultrasoniche (UT);• Tecniche Ultrasoniche (UT);

• Tecniche Termografiche (Thermografy);

Tecniche NDT per il rilevamento dei difettiTecniche 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.Q d i l il lli l l i• 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 penetrandosubisce in funzione degli spessori attraversati, penetrandonei particolari in esame.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difettiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni-Tecniche radiografiche (Raggi X)-2a

• Nelle tecniche radiografiche una superficie è interessata daun flusso di energia mediante radiazioni di naturaelettromagnetica, più comunemente usata quella

i d b i Xproveniente da un tubo a raggi X.• Parte dell’energia è assorbita dai constituenti nel materiale

al suo passaggio attraverso lo spessore della parte.• L’energia trasmessa va ad impressionare una lastra

fotografica posta direttamente al di sotto della superficieopposta.

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

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni-Tecniche di fi h (R i X) 3radiografiche (Raggi X)-3a

X-Ray concept

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni-Tecniche radiografiche (Raggi X)-4ag ( gg )

Le discontinuità eventualmentepresenti nei materiali risultanopertanto evidenziate sullapertanto evidenziate sullapellicola radiografica sottoformadi zone diversamente annerite.L’immagine del difetto vienerappresentata con dimensioni realigrazie l’utilizzo di tecniche digradiografia “digitale”, cheelaborano, mediante un software,quanto impressionato sulla lastra;

Schematizzazione del

quanto impressionato sulla lastra;che visualizza solamente duedimensioni della discontinuità,

Schematizzazione del funzionamento dei raggi X

perdendo informazioni sullaprofondità.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difettiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni-Tecniche radiografiche (Raggi X)-5a

• LIMITAZIONI :• Se le discontinuità sono localizzate in strutture o componenti non

accessibili, potrebbe essere difficile poter posizionare, p p pcorrettamente la sorgente di raggi X;

• I difetti bidimensionali come le cricche possono non essererilevati se il loro orientamento rispetto all’asse del cono radiantepè 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 g ( gg )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• 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)(PEXR).

• Differenti tecniche di immagine, quali la “real-time display per le immaginiX-ray su schermi fluorescenti (“Fluoroscopy”) e tecniche CAT (computer-y su sc e uo esce ( uo oscopy ) e ec c e C (co pu eaided 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.

RISULTSRISULTSGlass 600 gr/m2 Glass 300 gr/m2

Impacted a 10 J Impacted a 10 JImpactor velocity

JX Juta-Glass (600 gr/m2) JV Juta-Glass (300 gr/m2)

5 m

m

Impacted a 20 J20 J Impacted a 20 J20 JImpactor velocity

DELAMIN AZION E tessuti di vetro (confronto)

DELAMINAZIONE

500

600

700

mm

2 )

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

200

300

400

Are

a de

lam

inat

a (m

V9

VX

VX (glass 600 gr/m2)

0

100

0 5 10 15 20 25

Energia d i impatto (J)

DELAMIN AZION E tessuti misti (confronto)( )

500

600

700

mm

2 )

JX

JV (glass 300 gr/m2)JA ( l 300 / 2)

200

300

400

Are

a de

lam

inat

a (m JX

JB

JV

JA

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

0

100

0 5 10 15 20 25

Energia d i impatto (J)

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti 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 attraversadiscontinuità 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 oscilloscopiosullo schermo di un oscilloscopio.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difettiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ultrasuoni-2a

• Si possono distinguere due tipi di sistemi:• SISTEMA A RICEZIONE: si ha un unico

d h l i l f i ditrasduttore che svolge sia la funzione diemissione di onde sonore, che di ricezionedell’energia acustica riflessa;dell energia acustica riflessa;

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

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

Reflection ultrasonic test arrangement


• Le tecniche di esame si dividono in due classi:• le “tecniche per contatto”, in cui i trasduttori sono

accoppiati direttamente al pezzo in esame mediante un gel,pp p g ,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.

’i i d ll’ d ll’ l i è b di• 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 richiestaoperativa e la velocità d ispezione richiesta.

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei 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 visualizzati

ll’ di l’i l di i i ( i id t lnell’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)opposta 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 elettricoprodotto da un segnale elettrico.

• Oltre a questo tipo di rappresentazione, che è lapiù comune, ne esistono altre più sofisticate dovepiù 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 materialicaratterizzazione dei materiali.


• LIMITAZIONI :• Difficoltà nel controllo di pezzi a geometria complessa;

Diffi ltà l t ll i t i li d lt tt i• 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 chep grichiede una prolungata esperienza del personale.

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ultrasuoni 7ainterni: Ultrasuoni-7a

Devices USD 10USD 10 tDevicesultrasonic reflection system:

USD 10USD 10 generatore segnale ultrasonoro-acquisitore segnale di ritornoSONDE 5SONDE 5--15 MHz15 MHzemissione-ricezioneemissione ricezioneANDSCAN ANDSCAN posizione sonda i ttrispetto sup. pezzo

PCPC con software per: mappa 2D; calcolo area delaminata


A-scan representation of an internal defect


B-scan representation of an internal defect

C-scanC-scan representation of an

internal defect

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ultrasuoni-10aUltrasuoni 10a

Sonde oblique

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ult i 11Ultrasuoni-11a

USD-10 PC

AndScan

Ultrasonic test apparatus and USD 10 display

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: l i

Ultrasuoni-12a

R l i D h M d S d USD 10 di lRelative Depth Mode: Scan map and USD-10 display

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Ult i 13Ultrasuoni-13a

Amplitude Mode: Scan map and USD-10 display

Tecniche NDT per ilrilevamento dei difettiinterni: Ultrasuoni-14a

Inserimento e rilevazione diInserimento e rilevazione di difetti campione

Signal equalization by DAC function

First scan First scan

Th l i li k d ith tt tiThe color is linked with attenuation: Blue color means total attenuation

(delaminations)

MONITORING POSTMONITORING POST--IMPACTIMPACT

Effetto dell’attenuazione del segnale• La riduzione della pressione acustica lungo lo spessoreLa 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;vari fattori: dalla frequenza della sonda impiegata;dall’energia assorbita lungo lo spessore e dalla dispersionedi energia dovuta alle discontinuità del materiale stesso.

i l l f d ll d i li l ibili• 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 direttamente

dall’oggetto durante il suo funzionamento: apparecchiaturegg ppelettriche, impianti a fluidi caldi (o freddi), isolanti fra duezone a diverse temperature, effetto termoplastico,etc.;

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

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

Tecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Termografia

• Il metodo si basa sulla misura della distribuzionedelle temperature superficiali dell’oggetto inesame, quando viene sollecitato termicamente(generalmente si tratta di un riscaldamento).Un’anomalia nella distrib ione delle temperat reUn’anomalia nella distribuzione delle temperatureè indicativa di un possibile difetto (ad esempio lapenetrazione dell’acqua all’interno dei pannellipenetrazione dell acqua all interno dei pannellialari con struttura a sandwich tipica di aeromobilicivili).

Tecniche NDT per il rilevamento dei pdifetti 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).elevata) 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 dellat t (t fi t tt )temperatura (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.; p g g

Tecniche NDT per il rilevamento dei pdifetti interni: Termografia-3a

Rilevazione d’acqua in un pannello honeycomb mediante termotelecamera

Tecniche NDT per il rilevamento deiTecniche NDT per il rilevamento dei difetti interni: Termografia-4a

• LIMITAZIONI :• L’anomalia nella distribuzione delle temperature

può essere troppo piccola perché sia misurabile.

Confronto fra i Vari MetodiApplicazioniDifetti rilevabili Vantaggi Limitazioni

Metodo

Ispezione visivaEsame superficiale su qualunque

tipo di materialeIspezione in zone dove non

è possibile accedere con altri metodi

gg

Accessibilità alla zona da ispezionare

Difetti superficiali quali: cricche, corrosioni,

contaminazioni, difetti di giunzione, etc.

Può essere applicato solo su materiali ferromagnetici e

magnetizzabili, pulizia delle superfici e smagnetizzazione

Liquidi Penetranti

Polveri Magnetiche

Esame superficiale su qualunque tipo di materiale, esclusi quelli

porosi

Controlli superficiali e subsuperficiali su tutti i materiali

ferromagnetici

Veloce,economico e di grande accuratezza

Economico, rileva difetti anche su pezzi ricoperti da

sottili strati protettivi (vernici) e possibilità di

I difetti devono affiorare in superficie e richiede rigorosa

pulizia del pezzo

Difetti superficiali quali: cricche, porosità, ripiegature, etc.

Difetti superficiali e subsuperficiali quali:

cricche, cavità, inclusioni, variazioni strutturali

Controlli superficiali e subsuperficiali di materiali

conduttori

Profondità di penetrazione limitata, applicabilità ai materiali

conduttori

superfici e smagnetizzazione

Eddy Current

(vernici) e possibilità di automazione

variazioni strutturali, porosità, etc.

Difetti superficiali e subsuperficiali, variazioni

chimiche-strutturali e spessori di rivestimento

Rapidità d'impiego, possibilità d'automazione e

possibilità anche di esaminare pezzi in moto

Necessità d'accoppiamento acustico trasduttore e pezzo

Controlli volumetrici di tutti i materialiUltrasuoni

Difetti subsuperficiali e/o interni quali: cricche, inclusioni, danni da

corrosione, difetti da saldatura, etc.

Rapidità di impiego, possibilità di automazione, possibilità di ispezione di

grossi spessori

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

Raggi XRegistrazione permanente

dei difetti, elevata affidabilitàDifetti interni quali: cricche,

inclusioni, cavità, etc.


Controlli volumetrici di tutti i materiali

Non si rilevano discontinuità molto piccoleTermografia

Veloce e semplice da interpretare

Difetti interni quali: cricche, inclusioni, penetrazioni,etc.

Tipologia di difetti riscontrabili nei materiali i icompositi

CONTROLLI NON DISTRUTTIVICONTROLLI NON … · (NDT TECHNIQUES) PER LE STRUTTURE...

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