Introduzione alle tecniche NDT per il collaudo e il controllo qualità in produzione

XXXII Congresso Nazionale di Fonderia

Brescia, 21-22 Novembre 2014

Marco Tatti Managing Director, MaGyc

Test Non-Distruttivo NDT (Non-Destructive Testing)

è l’analisi di un oggetto o di un materiale

con tecnologie che

NON compromettono il suo utilizzo futuro

Overview

Il termine "NDT" comprende numerose tecniche capaci di:

• Evidenziare imperfezioni interne o esterne

(cricche, porosita’, errata distribuzione di densita’, ecc)

• Rilevare caratteristiche geometriche anomale

(mancate lavorazioni, tolleranze errate, ecc)

• Misurare le caratteristiche del materiale (caratteristiche elastiche: Young, Poisson)

Overview

NDT sono impiegate con successo in

tutte le fasi di progettazione e produzione:

• R&D

• Selezione del materiale

• Produzione

• Controllo della qualità in produzione

• Monitoraggio di Processo

Overview

• Aerospazio

• Automotive

• Navale

• Ferroviario

• Militare

Settori che utilizzano NDT

• Costruzioni

• Biomedicale

• Beni di largo consumo

• Analisi Forense

• Ispezione Visiva (VI - Visual Inspection)

• Visione Automatica (AV - Automatic Vision)

• Liquidi Penetranti (PT - Liquid Penetrant Testing )

• Magnetoscopia (MT - Magnetic Testing )

• Ultrasuoni (UT - Ultrasonic Testing)

• Correnti Indotte (ET - Electromagnetic Eddy Current )

• Raggi X (RT - Radiography X-ray )

• Emissione Acustica (AE - Acoustic Emission Testing )

• Interferometria Ottica (LCI – Low Coherence Interferometry)

• Risposta Acustica / FRF Sound Test (RI - Resonant Inspection )

Metodi NDT

Capacita’ di analisi

Difetti Interni

Difetti Superficiali

Caratterist.Materiale

Ispezione Visiva NO OK NO

Visione Automatica NO OK NO

Liquidi Penetranti NO OK NO

Magnetoscopia NO OK NO

Interferometria Ottica NO OK difficile

Raggi X OK OK NO

Correnti Indotte NO OK NO

Emissione Acustica OK OK difficile

Ultrasuoni OK NO OK

Risposta in Frequenza (FRF) OK OK OK

Vis

ion

e

Utilizzo e Costi

Laboratorio

Manuale

Automatico Costo (complessivo)

Ispezione Visiva OK OK

Visione Automatica NA OK

Liquidi Penetranti OK difficile

Magnetoscopia OK difficile

Interferometria Ottica OK NO

Raggi X OK OK

Correnti Indotte OK OK

Emissione Acustica OK NO

Ultrasuoni OK OK

Risposta in Frequenza (FRF) OK OK

Ultrasuoni Convenzionali

Le onde sonore sono una vibrazione meccanica

Queste onde si propagano ad una ben definita velocita’, in direzione determinabile

Quando incontrano un bordo vengono riflesse o rifratte in accordo a semplici leggi geometriche

Materiale a doppio strato

Sonda

Pulser

IN IN OUT OUT

Tempo

Am

pie

zza

Main

Bang

1st Echo

2nd Echo

3rd Echo

A-Scan

Accoppiante

Ultrasuoni Convenzionali

Applicazioni • Misura spessore

• Ricerca difetti

• Caratterizzazione dei materiali (Nodularita’, Young, Poisson, misura del danno, ecc))

Ultrasuoni Convenzionali

Caratterizzazione dei materiali

Onde Longitudinali

Onde Trasversali

Velocita’ LUNGITUDINALE

VL

Velocita’ TRASVERSALE

VT

Ultrasuoni Convenzionali

Misura Elasticita’

E = Modulo di Young ν = Coeff. di Poisson

1

2112

LVE

1

12

1

2

2

T

L

T

L

V

V

V

V

Misura

• Nodularita’

• Misura caratteritiche elastiche “in process”

• Analisi del Danno

Ultrasuoni Convenzionali

Phased Array

Il Phased Array

ultrasonico consiste in

una serie di sonde

indipendenti tra loro,

ma gestire secondo ben

definite Leggi Focali

Phased Array Scansione Lineare

Il movimento del fascio ultrasonoro avviene senza alcun movimento meccanico

Il movimento avviene attraverso una opportune gestione della generazione dei segnali tra le sonde

Phased Array Scansione Settoriale

Ricerca Difetti Confronto

d

Beams 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Beams 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

d

US Convenzionali Phased Array

Phased Array Applicazioni

Petrolchimico

Aerospazio

Siderurgico

Navale

Energia

Costruttivo strutturale, edile, manifatturiero, ecc

Risonanza acustica - Analisi FRF

Tutto cio’ che ci circonda

VIBRA o puo’ VIBRARE

Il suono di un oggetto ci dice molte cose . . .

Risonanza acustica - Analisi FRF

I fenomeni dinamici si descrivono in termini di:

• Frequenza

• Ampiezza

• Fase

Risonanza acustica - Analisi FRF

Risonanza acustica - Analisi FRF

L’ insieme delle FREQUENZE PROPRIE di un prodotto

individua in modo

UNIVOCO

le sue caratteristiche elastiche e meccaniche

Risonanza acustica - Analisi FRF

Ogni oggetto possiede infiniti modi di vibrare e quindi un numero infinito di

FREQUENZE PROPRIE

…

Modo 1 Modo 2 Modo 3 Modo …

Risonanza acustica - Analisi FRF

L’analisi di un SISTEMA (oggetto, macchina, impianto) si può

realizzare stimolando il sistema con FORZE NOTE,

acquisendone la RISPOSTA e studiandone il rapporto:

In campo elastico (sistemi lineari) questa proprietà è

INDIPENDENTE e INTRINSECA

e rimane INVARIATA sia che il Sistema

sia eccitato o a riposo

FRF (Frequency Responce Analysys)

Nel dominio del TEMPO Nel dominio della FREQUENZA

• Microfono

• Accelerometro

• Vibrometro Laser

FRF - Risposta

Nel dominio della Frequenza (modulo e fase) si parla di

RISPOSTA in FREQUENZA

FRF (Frequency Responce Analysys)

Qualunque variazione di Frequenze Proprie è

indice di una o più modifiche occorse al prodotto:

• elasticità del materiale (Young, Poisson)

• presenza cricche, porosita’, inclusioni, difettosità

• geometria

• densità

• durezza superficiale

• trattamenti termici

• ecc

FRF (Frequency Responce Analysys)

• Risposta immediata (< 1 sec)

• Integrabile in sistemi robotizzati o completamente automatici

• Non influenzato da ambiente esterno

• Non serve personale specializzato

• Nessun problema di sicurezza (raggi X)

• Facilmente integrabile in sistemi SPC

• Investimento limitato

FRF – Perche’ ?

Analisi Modale

Fornisce indicazioni complete sulle proprieta’ di un

oggetto o di una struttura

• caratteristiche elastiche e di smorzamento

• sensitivita’ ai vincoli

• densità

• durezza superficiale

• trattamenti termici

• presenza cricche, inclusioni, difettosità

• ecc

Analisi Modale

Solitamente utilizzata nell’analisi di strutture

complesse o con caratteristiche elastiche

non-lineari o anisotrope

Analisi Modale

Un’applicazione …. insolita …

Caratterizzazione Materiali ASTM E1876

Rilievo delle Caratteristiche Elastiche

• Metalli ferrosi (fusioni, stampati, forgiati, ecc)

• Metalli Non-Ferrosi (fusioni, semilavorati, ecc)

• Sinterizzati

• Metal Injection Molding (MIM)

• Ceramiche

• Metalli preziosi

• Materiali compositi

• Metal Bonding

Tecniche Vibrazionali

Domande?