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ISO DIS 17636

Nuova Norma sul Controllo Radiografico dei Giunti Saldati Ing. Simone RUSCA – I.I.S. Ente Morale – Genova

Introduzione Il presente articolo descrive e commenta il draft ISO DIS 17636:2010 (prEN ISO 17636:2010), che, revisione della norma ISO 17636:2003, si pone come futuro riferimento internazionale relativamente all’esecuzione del Controllo Radiografico di giunti saldati sia mediante tecniche convenzionali (Parte 1 del draft), ovvero facenti uso delle tradizionali pellicole, sia mediante tecniche digitali filmless (Parte 2 del draft). L’introduzione a livello europeo ed internazionale di tale riferimento normativo assume un’indiscussa rilevanza non solo per il supporto tecnico, che può e potrà fornire, ma soprattutto perché la sua stessa entrata in vigore rappresenta un segnale forte da parte della “comunità tecnico-scientifica” delle prove non distruttive a favore delle tecnologie digitali e della loro applicazione sistematica ancorché ragionevole e standardizzata, elevandole di fatto al pari di quelle convenzionali e storicamente accettate da anni Gli esami radiografici con raggi X e raggi gamma sono supportati da numerosi riferimenti normativi nazionali, europei ed internazionali, in tutti i settori industriali in cui il controllo trova applicazione e, specialmente, nel campo dei giunti saldati ed in quello dei prodotti ottenuti per fusione. A tal proposito, nell’ambito dei prodotti saldati, è importante citare la norma UNI EN 1435, riferimento parallelo alla norma ISO 17636:2003, che, dall’anno della sua entrata in vigore (1997) fino ad oggi (ultima edizione 2004), ha rappresentato, a livello europeo, uno strumento efficace ed efficiente per la scelta della tecnica, per il set-up dei parametri, per l’esecuzione del controllo su saldature in materiale metallico, ed è vista come una guida affidabile soprattutto per chi, neofita del metodo, intende seguire un iter di controllo perfettamente delineato in tutti i suoi aspetti e in tutte le sue fasi. Tuttavia, l’introduzione delle tecniche digitali e la loro sempre più diffusa e sistematica applicazione a livello industriale hanno reso necessario rivedere alcuni parametri ed alcuni criteri di scelta presenti nelle norme tradizionalmente adottate. Con Radiografia Digitale si intende una famiglia di tecnologie che sfrutta la modalità (digitale appunto) di acquisizione dell’immagine fornita da raggi X e/o gamma, che permette di utilizzare “software” e “hardware” dedicati, atti all’archiviazione e alla elaborazione post-acquisizione delle immagini stesse. I sistemi digitali si dividono essenzialmente in due gruppi: “Digital Radiography” (DR) e “Computed Radiography” (CR), per entrambi analogo è l’output, costituito da un’immagine digitale, differente è invece il modo di ottenerlo (ovvero il principio di funzionamento e la tipologia di rilevatore della radiazione). La seconda parte del draft in esame contempla e fornisce prescrizioni per entrambi i gruppi, tenendo conto delle rispettive specifiche caratteristiche e seguendo peraltro la stessa impostazione e la stessa logica adottate nella parte 1 della norma, relativamente alla tecnologia a film.

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Risulta importante osservare che le tecnologie tradizionali e quelle digitali non hanno differenze per quanto concerne il tipo di radiazione usata, né per la tipologia di sorgenti impiegate, né per geometria dell’esposizione (e conseguenti problematiche di penombra, ingrandimento, distorsione, ...), bensì si differenziano nei parametri operativi e nelle caratteristiche costruttive e funzionali dell’elemento sensibile alla radiazione e responsabile della conversione del suo contenuto di informazioni in immagine (detector). In questa sede è doveroso precisare che l’analisi proposta approfondisce soprattutto le tematiche riguardanti i sistemi CR.

ISO DIS 17636-1: Scopo e Campo di applicazione La norma è applicabile all’esame radiografico di giunzioni saldate per fusione, in materiale metallico, di lamiere e di elementi cilindrici, genericamente definiti “tubi” ma comprendenti anche manufatti quali condotte forzate, corpi di caldaie, recipienti in pressione. Essa non specifica i criteri di accettabilità delle indicazioni, che dovranno essere definiti contrattualmente, eventualmente riferendosi a norme dedicate quali ad esempio:

– ISO 10675-1:2008 “Non-destructive testing of welds -- Acceptance levels for radiographic testing -- Part 1: Steel, nickel, titanium and their alloys”; – ISO 10675-2:2010 “Non-destructive testing of welds -- Acceptance levels for radiographic testing -- Part 2: Aluminium and its alloys”; – UNI EN 12517- 1:2007 “Controllo non distruttivo delle saldature – Parte 1: Valutazione mediante radiografia dei giunti saldati di acciaio, nichel, titanio e loro leghe – Livelli di accettazione”; – UNI EN 12517- 2: 2009 “Controllo non distruttivo delle saldature – Parte 2: Valutazione mediante radiografia dei giunti saldati di alluminio e sue leghe – Livelli di accettazione”.

Rispetto alla prima edizione della ISO 17636, anno 2003, e alla corrispondente norma UNI EN 1435, anno 2004, elaborata in ambito CEN dal Comitato Tecnico CEN/TC 121 “Saldatura”, la Parte 1 della seconda edizione non presenta e non introduce sostanziali differenze, ad eccezione dell’estensione della taglia degli apparecchi radiogeni contemplati: è importante sottolineare fin d’ora, infatti, che sono considerati tubi radiogeni con tensione acceleratrice fino a 1000 kV, a differenza del valore massimo di 500 kV previsto nei due riferimenti sopra citati e fino ad oggi usati.

ISO DIS 17636-1: Classificazione delle Tecniche Radiografiche Analogamente ai riferimenti ISO 17636:2003 ed UNI EN 1435:2004, ISO DIS 17636-1 suddivide le tecniche radiografiche in due classi, in base alla sensibilità richiesta:

1. Classe A – Tecniche di Base 2. Classe B – Tecniche Perfezionate

In virtù del fatto che quanto prescritto dalle norme può essere generalmente inteso come requisito minimo, è contemplata ed accettata la possibilità che vengano adottate tecniche

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più sensibili delle tecniche in Classe B, se opportunamente concordate in specifica. In ogni caso, la scelta della tecnica deve essere frutto di accordo fra le parti contraenti. E’ altresì considerato il caso in cui, a fronte di richiesta di tecniche in Classe B, non sia operativamente possibile rispettare alcuni dei parametri e/o delle condizioni da essa previsti: la soluzione proposta, perfettamente in linea con quanto indicato dai precedenti riferimenti normativi, è l’adozione di tecniche in Classe A, la cui perdita di sensibilità sia compensata aumentando fino a 3.0 il valore minimo di densità ottica oppure scegliendo un sistema di pellicole caratterizzato da maggiore contrasto (ovvero usando pellicole più “lente” e/o a grana più “fine”). La soluzione trova la sua giustificazione tecnica nel fatto che la sensibilità di una pellicola alla rilevazione di una indicazione migliora all’aumentare della densità ottica (ovvero dell’annerimento conseguente all’esposizione); questo è deducibile dall’analisi delle curve che descrivono il comportamento delle pellicole al variare dell’esposizione, curve che prendono il nome di Curve Sensitometriche o Curve Caratteristiche delle Pellicole.

ISO DIS 17636-1: Generalità Per quanto concerne regole generali di applicazione del controllo, sono considerati i seguenti aspetti, senza alcuna variazione sostanziale rispetto alle prescrizioni di ISO 17636:2003 e di UNI EN 1435:

– Protezione contro le radiazioni ionizzanti. – Preparazione della superficie e Stadio di Fabbricazione. – Identificazione e Rintracciabilità. – Sovrapposizione delle Pellicole. – Qualificazione del Personale.

Inoltre, fra le generalità, è affrontato il tema degli Indicatori di Qualità di Immagine (IQI) dal punto di vista sia delle tipologie ammesse, sia della loro posizione sul film, sia della valutazione della qualità d’immagine da essi determinata. La qualità dell’immagine per ISO DIS 17636-1 deve essere verificata utilizzando gli indicatori in accordo a ISO 19232-1, per gli indicatori “Wire Type”, o ISO 19232-2, per gli indicatori “Step/Hole Type”, riferimenti del tutto analoghi ai corrispondenti UNI EN 462-1 e UNI EN 462-2, citati nella UNI EN 1435. Il posizionamento degli IQI deve rispettare alcune condizioni, essi infatti devono essere posti:

1. preferibilmente sulla superficie dell’oggetto dal “lato sorgente”, condizione più cautelativa per quanto concerne il fenomeno della penombra geometrica e la conseguente perdita di definizione dell’immagine;

2. al centro dell’area di interesse; 3. sul materiale base, a lato della saldatura; 4. a contatto con la superficie del pezzo; 5. in una zona a spessore uniforme, caratterizzata da densità ottica uniforme sul film.

Riprendendo le stesse prescrizioni presenti in UNI EN 1435, sono infine indicate alcune varianti alle condizioni sopra esposte, associate a casi particolari.

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Per la valutazione della qualità delle immagini radiografiche, valgono le stesse regole di UNI EN 1435; i valori minimi di qualità dell’immagine sono indicati in Appendice B nei prospetti di cui presentiamo un esempio in figura 1; dalla lettura dei prospetti suddetti, come è logico attendersi, è possibile evincere che la qualità dell’immagine viene determinata in funzione dello spessore testato, del tipo di IQI (a fili o a fori), del tipo di sorgente e del tipo di tecnica espositiva adottati.

FIGURA 1 – Esempio di Prospetto per valore minimo di Qualità dell’Immagine

ISO DIS 17636-1: Tecniche raccomandate per l’esecuzione del controllo La parte centrale del documento è costituita dalle prescrizioni riguardanti la scelta della tecnica radiografica, intesa come insieme di: 1. parametri geometrici di esposizione; 2. parametri elettrici (in caso di sorgente di radiazioni X) o fisici (in caso di sorgente di

radiazioni gamma); 3. caratteristiche del “sistema pellicola”.

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Geometria dell’Esposizione Non sussistono differenze né qualitative né quantitative rispetto a quanto indicato in UNI EN 1435 e ISO 17636:2003; sono considerate le stesse disposizioni (Fig. 2) e analoghe restrizioni di applicabilità nel caso di geometrie particolari come, ad esempio, per la “tecnica ellittica”, una delle tecniche a doppia parete e doppia immagine (Fig. 3).

FIGURA 2 – Alcuni esempi di Disposizioni per Riprese Radiografiche

FIGURA 3 – Tecnica Ellittica: esempio di ripresa radiografica di un giunto saldato Sorgenti Dal punto di vista della scelta dei parametri operativi in funzione della sorgente di radiazioni ionizzanti, è importante evidenziare che, rispetto a quanto previsto sia da UNI EN 1435 sia dalla precedente edizione di ISO 17636, l’attuale draft contempla tubi radiogeni caratterizzati da tensione acceleratrice fino a 1000 kV (contro i 500 kV dei due citati riferimenti). Questa rappresenta la più grande differenza riscontrabile e comporta:

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1. garanzia di copertura totale del range di tensioni acceleratrici ed energie utilizzabili per il controllo;

2. modifica del diagramma (tensione massima ammissibile - kV) – (spessore attraversato - mm), che, come riportato in figura 4 affiancato al suo corrispettivo della UNI EN 1435, presenta un’estensione della scala sia del valore della tensione massima sia, conseguentemente, del valore massimo di spessore considerato.

A tal proposito, non si notano tuttavia variazioni quantitative per nessuno dei quattro gruppi di materiali considerati, a titolo di esempio, nel caso di:

– giunto in acciaio al C-Mn – spessore attraversato dai raggi X pari a 12 mm

per tutti i riferimenti, ISO 17636:2003, EN 1435:2004, ISO DIS 17636-1, il valore di tensione acceleratrice massimo utilizzabile è 200 kV. La motivazione teorica e tecnica, alla base dell’imposizione di un limite massimo al valore della tensione acceleratrice in funzione dello spessore e del materiale, è che questa è diretta responsabile dell’energia associata alla radiazione emessa, ossia della “qualità della radiazione”. All’aumentare dell’energia, si riducono il contrasto, ovvero la differenza di densità ottica tra due zone adiacenti, e la definizione, aumentando il “rumore di fondo” a causa dell’intensificazione del fenomeno della diffusione (scattering). Dal momento che il contrasto è alla base della visibilità delle immagini e la definizione è alla base della capacità di precisarne forme e dimensioni, si intuiscono sia l’importanza di un limite superiore all’energia utilizzabile in radiografia, sia la differenza sostanziale che sussiste tra “qualità della radiazione” e “qualità dell’immagine”, concetti che, per quanto sopra esposto, variano in modo opposto.

a) b)

FIGURA 4 – kV Max Ammessi – Sp. Attraversato: a) UNI EN 1435; b) ISO DIS 17636-1 A conclusione della trattazione della scelta della tensione acceleratrice nel caso di macchine radiogene (sorgenti di radiazione X) di “piccola” taglia (massimo 1000 kV), il draft considera applicazioni in cui è consentito incrementare i valori oltre il limite diagrammato. Viene citato espressamente il caso in cui si debbano radiografare oggetti caratterizzati da notevoli variazioni di spessore nell’area di interesse: la soluzione tecnicamente migliore è senza dubbio quella di eseguire tante esposizioni quanti sono gli

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spessori in gioco ma tale soluzione rischia di non essere compatibile con esigenze di natura economica né competitiva dal punto di vista dei tempi di esecuzione; pertanto, è la norma stessa che permette di aumentare il kilovoltaggio di:

– 50 kV al massimo per l’acciaio; – 40 kV al massimo per il titanio e le sue leghe; – 30 kV al massimo per l’alluminio e le sue leghe;

al fine di trovare un giusto compromesso fra qualità del controllo ed esigenze produttive. Una applicazione in cui si può incontrare una problematica simile è rappresentata dal controllo di saldature eterogenee dove si giuntano materiali base dissimili con leghe d’apporto non omogenee ad uno o ad entrambi i materiali base: infatti, la differente natura metallurgica comporta differenze anche in termini di radio-opacità che possono talvolta risultare non trascurabili. Il problema può essere trattato e risolto in modo analogo, infatti, in radiologia, si è soliti “tradurre” le differenze di assorbimento delle radiazioni fra i vari materiali in differenze di spessore, utilizzando il concetto di “fattore di equivalenza radiografica” (Fig. 5).

FIGURA 5 – Fattori di Equivalenza Radiografica (Cortesia Kodak)

Per quanto concerne le altre sorgenti di radiazioni, la normativa dedica un paragrafo alle macchine radiogene (sorgenti di raggi X) con energia maggiore a 1 MeV ed ai radioisotopi

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(sorgenti di raggi gamma); questi ultimi, peraltro, sono gli stessi e soli cinque isotopi annoverati anche da UNI EN 1435 e da ISO 17636:2003, ossia:

1. Tm170; 2. Yb169; 3. Se75; 4. Ir192; 5. Co60.

Per le sorgenti radiogene e gammagene sopra citate, ISO DIS 17636-1 tabula i limiti di applicabilità in funzione dello spessore e della classe, A o B, adottata (Fig. 6).

FIGURA 6 –Intervalli di applicabilità delle sorgenti di radiazioni ad alta energia

Anche in questo caso, previo accordo fra le parti, nonostante la qualità finale dell’immagine possa risultare inficiata, sono ammesse estensioni, in particolare:

1. spessore minimo fino a 10 mm per l’impiego di Ir192; 2. spessore minimo fino a 5 mm per l’impiego di Se75

. Come si evince dal prospetto di figura 6, a parità di sorgente, il range di spessori si restringe passando dall’utilizzo di tecniche in classe A all’utilizzo di tecniche in classe B; la motivazione risiede nel fatto che le sorgenti ad alta energia (in particolare i radioisotopi) hanno spettri di emissione in cui dominano una o poche lunghezze d’onda (radiazioni monocromatiche), le quali risultano idonee, dato un materiale, ad ottimizzare in linea di principio l’immagine di un certo valore di spessore. Sistema Pellicola

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In radiologia, con l’espressione “sistema pellicola” si identifica l’insieme dei parametri, fra loro strettamente dipendenti, che contribuiscono alla ricezione della radiazione ed alla sua conseguente “conversione” in immagine stabile e visibile. Ovviamente, fulcro del sistema è la pellicola che, nelle tecniche tradizionali, costituisce il rilevatore della dose di radiazione che oltrepassa l’oggetto testato; la corretta scelta della pellicola, tuttavia, non può prescindere dalla corretta scelta di eventuali schermi (di rinforzo e/o di bloccaggio della radiazione) e dalla corretta scelta del trattamento del film, necessario a rendere “visibile” un’immagine che, subito dopo l’esposizione, è solo un insieme di informazioni contenuto nell’emulsione sensibile della lastra ma non percepibile dall’occhio umano (“immagine latente”). A livello internazionale i sistemi-pellicola sono regolamentati da norme che li suddividono in “classi”; in ambito ISO, il riferimento, citato dal documento analizzato in questo articolo, è la norma ISO 11699, che trova la sua corrispettiva in ambito EN nella norma EN 584 (analoga dal punto di vista dei contenuti), richiamata da UNI EN 1435. Più nel dettaglio, tali normative sono suddivise in due parti:

1. Parte 1 “Classification of film systems for industrial radiography”; 2. Parte 2 “Control of film processing by means of reference values”;

Da un punto di vista qualitativo, le più grandi differenze che sussistono tra le diverse classi sono la “sensibilità all’indicazione” e la “sensibilità alla radiazione”: infatti, all’aumentare del numero d’ordine della classe (dalla C1 alla C6), si riduce la capacità della pellicola di apprezzare piccole indicazioni (cioè piccole differenze di densità) ed aumenta la velocità di reazione alla radiazione (cioè si riducono i tempi di controllo a parità di densità media ottenuta). ISO DIS 17636-1, in funzione della classe del controllo scelta (A o B), prescrive la classe minima del sistema-pellicola da usare, al variare del materiale e dello spessore che si intendono testare ed al variare della sorgente di radiazioni impiegata. Le pellicole, tuttavia, raggiungono la qualità prevista dalla loro classe di appartenenza solo se processate in modo opportuno; a tal proposito ISO DIS 17636-1 rimanda alle condizioni raccomandate dai produttori di pellicole, di sviluppatrici e di bagni chimici di trattamento. Non deve essere trascurata l’importanza dell’uso di opportuni schermi: a contatto con la superficie superiore (“front screen” o schermo anteriore) e/o con la superficie inferiore (“back screen” o schermo posteriore), infatti, è possibile disporre schermi di materiale e di spessore scelti in funzione dello specifico caso. Il materiale metallico di cui sono tipicamente costituiti gli schermi è il piombo, tuttavia, all’aumentare degli spessori radiografati e delle energie adottate, il draft considera anche la possibilità di usare schermi in acciaio, rame, tantalio o tungsteno. Analogamente, per quanto concerne lo spessore degli schermi, ISO DIS 17636-1 passa da valori pari a 0 mm (assenza di schermo), ad esempio per il controllo di leghe leggere sotto 150 kV o di acciaio sotto 5 mm di spessore e sotto 100 kV, a valori anche di 1 mm (in tantalio), ad esempio per il controllo di forti spessori (> 300 mm) di acciaio con elevatissime energie (12 MeV); rimane comunque possibile adottare valori differenti rispetto a quelli suggeriti, previo accordo tra le parti ed opportuna verifica che la qualità dell’immagine ottenuta sia quella richiesta.

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Vale la pena evidenziare, infatti, che l’uso di schermi migliora la produttività del controllo poiché riduce i tempi ed aumenta rapidamente il valore medio della densità del film ma penalizza la sensibilità del controllo, dal momento che riduce il contrasto (la differenza di densità), soprattutto nel caso di piccole indicazioni; ciò è confermato dal fatto che l’uso degli schermi a spessore più elevato non è consentito dalla norma in abbinamento a pellicole di alta qualità (classe C3). Il fenomeno della radiazione diffusa, il cui effetto si traduce in una perdita di contrasto e definizione dell’immagine, può essere inaccettabile in termini di qualità finale ottenuta; in tal senso, il documento prevede l’utilizzo di collimatori della radiazione e di filtri (fogli di piombo), tanto più spessi quanto più elevato è il rischio di diffusione, come nei casi citati di uso di sorgente Co60 o Ir192 o di presenza di variazioni brusche di sezione (spigoli). La presenza di radiazione retroddifusa, in particolare, deve essere verificata in occasione di ogni nuova disposizione, tramite l’utilizzo di una lettera “B”, in piombo, posta immediatamente dietro la pellicola: se, dopo l’esposizione, l’immagine di questo simbolo appare più chiara (densità minore) della zona circostante, la radiografia deve essere rigettata; se la lettera “B” risulta invece invisibile o più scura (densità maggiore) della zona circostante, il film è accettabile, a dimostrazione di una buona protezione contro le radiazioni diffuse. Parametri ulteriori A completamento dell’analisi della parte centrale del draft, attenzione meritano le indicazioni fornite sull’allineamento del fascio di radiazioni, sulla corretta impostazione della distanza sorgente-oggetto, sulla massima area per ogni singola esposizione, sui limiti di densità ottica e sulle condizioni da garantire per la lettura delle radiografie. La distanza sorgente-oggetto, in particolare, è un parametro di primaria importanza in radiografia, dal momento che, congiuntamente alla dimensione della sorgente (macchia focale o “focal spot”) e alla distanza oggetto-pellicola (distanza coincidente con lo spessore del pezzo nel caso di pellicola a contatto con la sua superficie inferiore), determina l’entità della “penombra geometrica”, ulteriore fenomeno che penalizza la qualità della radiografia, soprattutto in termini di perdita di definizione dell’immagine. Per la scelta della corretta distanza sorgente-oggetto, il documento propone le stesse equazioni di ISO 17636:2003 e di UNI EN 1435, da cui si può evincere che il valore massimo di penombra geometrica ammesso è doppio nel caso di tecniche in classe A rispetto al caso di tecniche in classe B, ovvero che la minima distanza sorgente-oggetto da assicurare in classe A è la metà di quella necessaria a soddisfare le condizioni di qualità della classe B; alternativo al calcolo matematico è l’uso di un nomogramma, derivato dalle equazioni, anch’esso presente nei precedenti riferimenti normativi (Fig. 7).

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FIGURA 7 – Nomogramma per la minima distanza sorgente-oggetto fmin, [mm]

E’ importante notare che, rispetto ai precedenti riferimenti, ISO DIS 17636-1 introduce una precisazione riguardante la dimensione della sorgente, infatti, nel caso di sorgenti aventi due differenti dimensioni (caso piuttosto frequente), viene esplicitamente prescritto di utilizzare un approccio cautelativo, ovvero di considerare nei calcoli e/o nel nomogramma la dimensione maggiore delle due. All’analisi del parametro distanza sorgente-oggetto, segue la valutazione dell’area massima per ogni singola esposizione. L’estensione della zona di interesse di una radiografia è strettamente correlata al numero di radiografie necessarie per un’indagine completa di una saldatura. In termini generali, per stabilire la massima area per esposizione è necessario tenere conto del rapporto fra il valore dello spessore penetrato dalla radiazione all’estremità della zona e il valore dello spessore attraversato al centro del fascio. L’importanza di tale valutazione, che può fornire risultati precisi solo nel caso in cui sia nota la geometria dei fasci (cosa non sempre possibile e comunque variabile sia da sorgente a sorgente, sia, per la stessa sorgente, nel tempo, per effetto di usura, surriscaldamenti, danneggiamenti,…), risiede nel fatto che la dose di radiazione che nelle zone periferiche raggiunge la pellicola è inferiore alla dose che raggiunge la parte centrale, con conseguente disuniformità della densità (media) ottenuta sulla radiografia e, quindi, con conseguente perdita di qualità dell’immagine. ISO DIS 17636-1 consente un valore massimo del suddetto rapporto pari a 1.1 per la classe B e pari 1.2 per la classe A; questo comporta sostanzialmente un limite massimo alla lunghezza del tratto utile per esposizione, che può essere tradotto in un’area massima,

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una volta fissata la larghezza della zona di interesse. Per questo ultimo parametro, il draft impone un valore minimo tale da includere tutta la zona fusa e tutta la zona termicamente alterata, da valutare di caso in caso, suggerendo, in prima approssimazione, di estendere il controllo a circa 10 mm di metallo base, dalla linea di fusione, da ciascun lato della zona fusa. Di particolare interesse è il caso dei giunti circonferenziali, che viene trattato in modo specifico dall’Appendice A, dove è raccomandato il numero minimo di esposizioni per l’esame completo di saldature di tubazioni aventi diametro esterno superiore a 100 mm (non idonei quindi alla tecnica ellittica), in funzione del rapporto fra spessori sopra descritto; l’Appendice A riporta quattro diagrammi: Infine, per quanto concerne il corretto valore di densità ottica che deve essere ottenuto su ogni radiografia, condizione fondamentale imposta dal draft è il raggiungimento di un valore minimo:

– pari a 2.0 per la classe A; – pari a 2.3 per la classe B;

Il requisito di valore minimo di densità e il fatto che per la classe A tale valore sia inferiore a quello richiesto alla classe B sono intuibili se si ricorda che, all’aumentare dell’esposizione e quindi della densità, migliora la sensibilità della pellicola alla rilevazione delle indicazioni. Questi valori sono suscettibili delle seguenti variazioni:

1. se concordato fra le parti, in classe A si può scendere a 1.5; 2. se concordato fra le parti, in classe B si può scendere a 2.0; 3. se si utilizza la tecnica “multifilm”, con lettura contemporanea delle pellicole

sovrapposte, il valore minimo di ogni singolo film può scendere a 1.3; mentre se l’interpretazione è effettuata separatamente per ogni singolo film, non sono ammesse variazioni a quanto indicato nel caso generale.

Al tempo stesso, è necessario garantire che il valore di densità nelle zone di interesse non ecceda quello “leggibile” dal visore (negativoscopio) di cui si è a disposizione per l’interpretazione delle radiografie. Un’ultima indicazione viene data a proposito del valore massimo consentito per il “velo chimico” (fog) di una pellicola; il velo chimico rappresenta il valore di densità ottica proprio del film (doppio contributo: supporto ed emulsioni sensibili), valutabile processando una pellicola non esposta. Per evitare fenomeni di deterioramento, derivanti dall’invecchiamento, dal processo di sviluppo e/o dalla temperatura, il velo chimico non deve eccedere 0.3.

ISO DIS 17636-2: Scopo e Campo di applicazione Il documento si prefigge lo scopo di specificare parametri e modalità operative delle tecniche radiografiche digitali tali da ottenere risultati soddisfacenti, ripetitivi ed economici.

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Vengono forniti ed opportunamente distinti i requisiti sia nel caso di uso della Computed Radiography (CR), ovvero di uso di “Imaging Plates” (IP), sia nel caso di Digital Radiogrphy (DR), ovvero di uso di “Digital Detector Arrays” (DDA). Si descrive di fatto la procedura raccomandata per selezionare i detector più opportuni e per eseguire correttamente il controllo, mentre l’attenzione non viene focalizzata sulla scelta di elementi altrettanto importanti quali il software, il monitor, il computer. Neanche la definizione dei criteri di accettabilità delle indicazioni rientra fra le finalità del draft, cosa del resto comune a tutte le norme di controllo di tipo metodologico. La procedura specificata fornisce i requisiti (minimi) atti a raggiungere una qualità di esposizione e di acquisizione delle immagini tale da garantire una sensibilità alle imperfezioni equivalente a quella ottenibile con la tecnologia a film, trattata in ISO DIS 17636-1.

ISO DIS 17636-2: Riferimenti Normativi Fra i riferimenti normativi a supporto elencati, è fondamentale notare che sono citate entrambe le normative relative alla qualificazione e certificazione del personale addetto al controllo: EN 473 ed ISO 9712, questo dimostra l’importanza della competenza (conoscenza ed esperienza) che il personale impiegato deve possedere ed indica che, a tutti gli effetti, la radiografia digitale deve essere considerata un’applicazione particolare del controllo radiografico, meritevole di specifica qualificazione. Sono citate anche le due normative, fra loro analoghe, relative alla determinazione della qualità dell’immagine: EN 462 e ISO 19232. Nella fattispecie meritano particolare attenzione la EN 462-5 la ISO 19232-5, entrambe richiamate nella ISO DIS 17636-2 e non nella ISO DIS 17636-1: esse sono la parti che trattano gli indicatori di qualità a doppio filo (“duplex wire”), fondamentali, come si vedrà in seguito, per la verifica e la classificazione dei sistemi digitali. Infine, da segnalare è il rimando a EN 14784:2005, norma trasversale di metodo dedicata alla classificazione dei sistemi digitali CR; a tal proposito è doveroso osservare che ad oggi manca a livello europeo EN ed internazionale ISO (motivo per cui non è presente alcun rimando) un riferimento dedicato alla classificazione dei sistemi digitali DR. Nel 2010 è peraltro stata prodotta la ISO DIS 16371, che, trattando tematiche analoghe con finalità analoghe alla EN 14784:2005, una volta approvata in via definitiva, rappresenterà il riferimento internazionale per la classificazione dei sistemi CR con imaging plates (schermi al fosforo).

ISO DIS 17636-2: Termini e Definizioni In ragione della specificità dell’argomento vengono di seguito riportati i più importanti concetti, con relative definizioni, non comuni alla radiografia classica a pellicola, presentati inizialmente da ISO 17636-2 al fine di permettere una più ampia comprensione della tecnologia digitale anche agli addetti ai lavori, che, come è logico attendersi, sono oggi più avvezzi alla versione tradizionale del controllo e alla sua terminologia. Computed Radiography Storage Phosphor Imaging Plate System

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Sistema formato da uno schermo al fosforo per l’immagazzinamento dell’immagine (IP) e di una corrispondente unità di lettura che converte l’informazione incamerata nell’IP in immagine digitale. Storage Phosphor Imaging Plate IP Materiale luminescente fotosensibile che è capace di immagazzinare un’immagine radiografica latente di oggetti esaminati e, dopo opportuna stimolazione tramite radiazione luminosa rossa, emette luminescenza proporzionale alla radiazione assorbita durante il controllo. L’IP è il detector dei sistemi CR. Digital Detector Array System Dispositivo elettronico che converte radiazione ionizzante in una matrice discreta di segnali analogici che vengono successivamente digitalizzati e trasferiti ad un computer come immagine corrispondente alla distribuzione dell’energia della radiazione incidente sulla regione di input del dispositivo. Il DDA è il detector dei sistemi DR Structure Noise of IP Disomogeneità dello strato di emulsione sensibile e della superficie di un IP. Dopo la scansione (lettura tramite scanner) tali disomogeneità appaiono come disturbo diffuso (rumore) sovrapposto all’immagine digitale. Il rumore limita la qualità di immagine massima ottenibile ed è assimilabile al concetto di “Granulosità” di un’immagine su pellicola tradizionale. Structure Noise of DDA Disomogeneità strutturali dovute alle differenti proprietà degli elementi del detector DDA (“pixels” della matrice). Dopo lettura, tali disomogeneità appaiono come disturbo diffuso (rumore) sovrapposto all’immagine digitale. Per ridurre tale problematica, tutti i DDA sono tipicamente usati dopo una calibrazione tramite software, opportunamente procedurata dal costruttore. Gray Value (“Valore di grigio”) GV Valore numerico assunto da un pixel in un’immagine digitale. Esso può essere “linearizzato” ovvero può essere reso direttamente proporzionale alla dose di radiazione assorbita dal detector; assume valore zero se il detector non è stato esposto. Signal-to-noise Ratio SNR Rapporto fra i valori medi di “gray values” e la “deviazione standard” dei “gray values” linea rizzati (rumore) in una determinata regione di interesse in una immagine digitale. Basic Spatial Resolution SRb Corrisponde a ½ del valore misurato di perdita di definizione (“sfocatura”) in una immagine digitale: corrisponde cioè all’effettiva dimensione del pixel ed indica il più piccolo dettaglio geometrico che può essere risolto nell’immagine digitale stessa. Normalized Signal-to-noise Ratio SNRN

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SNR, normalizzato rispetto a SRb; valore che può essere misurato direttamente sull’immagine digitale e/o calcolato a partire dal valore misurato di SNRmeasured tramite la relazione:

SNRN = SNRmeasured · (88.6 μm) · (1/SRb) Contrast-to-noise Ratio CNR Rapporto tra la differenza dei livelli medi del segnale fra due aree dell’immagine e la deviazione standard media dei livelli del segnale. Questo parametro descrive una dei fattori che concorrono a determinare la qualità dell’immagine e dipende approssimativamente dal prodotto fra il coefficiente di attenuazione radiografica e il valore di SNR; in altri termini, perché si possano risolvere particolari di interesse in una certa area di un’immagine digitale, sono necessari adeguati valori sia di CNR, sia di risoluzione spaziale SRb.

ISO DIS 17636-2: Classificazione delle Tecniche Radiografiche E’ di fondamentale importanza segnalare subito che per la scelta e l’utilizzo delle tecniche digitali al posto di quelle tradizionali a film è comunque prescritta la necessità di un accordo tra le parti. Anche nel caso delle tecnologie digitali, è prevista la suddivisione delle tecniche in due classi di sensibilità:

1. Classe A – Tecniche di Base 2. Classe B – Tecniche Perfezionate

Peraltro, quanto previsto da questo documento, in analogia al corrispettivo riferimento per le tecniche tradizionali, va inteso come requisito minimo, ossia è possibile, se accordato, utilizzare tecniche migliori della classe B, specificandone parametri e condizioni. Qualora non sia possibile soddisfare tutti i requisiti previsti dalla classe B, è possibile impiegare la classe A, purché sia compensata la perdita di qualità dell’immagine aumentando il minimo valore prescritto per SNRN e per Gray Value, nel caso di sistemi CR, e di SNRN, nel caso di sistemi DDA; così facendo, se si raggiunge la sensibilità richiesta (visibilità dell’adeguato IQI), si può ritenere che il controllo sia stato formalmente condotto in classe B. Questa procedura ricalca quanto già previsto nel caso del controllo tradizionale, sostituendo in pratica il concetto di densità ottica con quello di SNRN.

ISO DIS 17636-2: Generalità Non esistono differenze rispetto all’approccio usato da ISO DIS 17636-1 per ciò che concerne:

– Protezione contro le radiazioni ionizzanti; – Preparazione della superficie e Stadio di Fabbricazione; – Identificazione e Rintracciabilità; – Sovrapposizione delle Pellicole.

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Aggiunte significative sono invece presenti per quanto riguarda la scelta e l’utilizzo degli indicatori di qualità dell’immagine (IQI) e la qualificazione del personale addetto al controllo. Indicatori di Qualità dell’Immagine Oltre all’utilizzo dei tradizionali IQI a fili (EN 462-1 e ISO 19232-1) e a quelli a gradini forati (EN 462-2 e ISO 19232-2), viene introdotto l’uso degli IQI a doppio filo (duplex wire) (EN 462-5 e ISO 19232-5), necessari alla valutazione della perdita di definizione dell’immagine (“unsharpness”) e/o della risoluzione spaziale SRb (basic spatial resolution) del detector digitale adottato. Gli indicatori a doppio filo sono costituiti da una serie di 13 coppie di fili (da 1D a 13D) poste all’interno di un supporto trasparente di plastica rigida. Gli elementi da 1D a 3D sono in tungsteno mentre i restanti sono in platino; i diametri dei fili di una coppia (e le relative distanze tra i fili di una coppia) variano da 0.800 mm per 1D a 0.050 mm per 13D. Con gli IQI a doppio filo si valuta, come già accennato, la “non nitidezza totale” dell’immagine (indicata con uT), in base al numero del primo elemento non risolto, ovvero in base alla prima coppia di fili non percettibili in modo distinto. Nella tecnologia digitale, convenzionalmente si definisce non risolto un elemento in cui la caduta di segnale (“dip”) fra i due fili che lo costituiscono sia inferiore al 20% del segnale dei fili (Fig. 8).

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FIGURA 8 – IQI a doppio filo: esempio di non nitidezza con risultato pari a 8D

Il valore di SRb, dato dalla relazione: SRb = ½ uT, è necessario per verificare se il sistema utilizzato soddisfa i requisiti: a tal fine, la norma fornisce delle tabelle in cui vengono indicati i valori di SRb massimi ammessi in funzione dello spessore ispezionato, della geometria dell’esposizione usata, della classe di qualità (A o B) richiesta (Fig. 9)

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FIGURA 9 – Massima SRb e corrispondente uT dell’immagine per la classe B

La determinazione della risoluzione spaziale per qualificare e classificare un sistema digitale deve essere condotta sotto le seguenti condizioni operative:

1- per l’ispezione di leghe leggere, uso di tensione acceleratrice pari a 90 kV e prefiltrazione di 1 mm di Al;

2- per l’ispezione di acciai e leghe di rame con spessore minore o uguale a 20 mm, uso di tensione acceleratrice pari a 160 kV e prefiltrazione di 1 mm di Cu;

3- per l’ispezione di acciai a leghe di rame con spessori maggiori a 20 mm, uso di tensione acceleratrice pari a 220 kV e prefiltrazione di 2 mm di Cu;

4- per le gammagrafie, uso del radioisotopo specifico che si intende adottare in produzione e prefiltrazione di 2 mm di Cu o 4 mm di acciaio per Se75 e Ir192 e di 4 mm di Cu o 8 mm di acciaio per Co60.

Particolare cura merita il posizionamento dell’IQI a doppio filo, il quale deve risultare inclinato di alcuni gradi (2- 5 °) rispetto alla direzione delle righe o delle colonne della matrice di pixel del detector; a tal proposito, segnaliamo che la risoluzione spaziale nelle due direzioni (ortogonali fra loro) non è necessariamente la stessa, quindi entrambe vanno valutate e, con approccio cautelativo, si assume come rappresentativo del sistema il maggiore fra i due valori.

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Alla luce di quanto sopra esposto, si può sostenere che, nella radiografia digitale, i diversi tipi di IQI sono usati in due fasi, svolgendo una duplice funzione: 1- con gli indicatori a doppio filo, si verifica l’idoneità del sistema digitale che si intende adottare, in funzione del particolare da testare e della qualità finale richiesta, come descritto in Appendice C; 2- con gli indicatori a filo e/o a gradini forati, si determina l’idoneità della tecnica che si intende adottare per testare il particolare. Analogamente a ISO DIS 17636-1, ISO DIS 17636-2 dedica l’Appendice B ai minimi requisiti di qualità in termini di IQI, peraltro senza apportare modifiche né qualitative né quantitative. Tali distinzioni sono di primaria importanza nel parallelo fra tecniche tradizionali e tecniche digitali: la possibilità di utilizzare sistemi digitali è subordinata alla verifica delle specifiche caratteristiche (ad esempio, nel caso dei sistemi CR, almeno dell’insieme plate-scanner). Vale la pena segnalare l’importante attività che utilizzatori come IIS stanno sviluppando sperimentalmente, finalizzata alla definizione dei parametri essenziali e alla stesura di procedure che, supportate da norme come ISO DIS 17636-2, permettano di utilizzare i sistemi digitali con un sufficiente grado di confidenza e ripetibilità. A completamento dell’argomento è possibile fare la seguente schematizzazione, per quanto semplificativa e probabilmente non esaustiva, con l’intento di “decifrare” più chiaramente alcuni parametri propri del “mondo digitale”, dei quali può non essere facile ed immediato comprendere il senso o l’effetto in termini operativi:

1- SRb ovvero la massima risoluzione spaziale, è indice del potere risolutivo del sistema, essa determina la nitidezza dell’informazione e si valuta quantitativamente in base agli IQI a doppio filo: risolvere due fili di piccolo diametro posti a breve distanza significa distinguerli e cioè avere una immagine nitida.

2- SNR e Gray Value (quest’ultimo solo per sistemi CR) sono gli indici di una sufficiente dose di radiazione ricevuta dal detector e quindi di una sufficiente quantità di informazione incamerata dal sistema. La norma, che per i CR dedica l’Appendice D alla determinazione di SNR e gray value, prescrive che siano raggiunti valori minimi per tali parametri, analogamente a quanto accade nelle tecniche tradizionali per la densità ottica; in tale appendice si può peraltro apprezzare che SNR (opportunamente normalizzato) è una funzione crescente di GV.

3- CNR ovvero la sensibilità in termini di contrasto, è indice della visibilità dell’indicazione, esso può essere calcolato matematicamente ma, operativamente e convenzionalmente, è determinato dalla visibilità degli IQI “classici” a filo singolo o a gradini forati.

4- Il disturbo (noise) di un’immagine radiografica digitale dipende dalle condizioni di esposizione e un eccessivo disturbo provoca una eccessiva riduzione di SNRN o di CNR.

Qualificazione e Certificazione del Personale

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Il personale addetto al controllo deve essere qualificato in accordo ai requisiti della norma EN 473 o della norma ISO 9712 o di riferimenti equivalenti. Secondo ISO DIS 17636-2, questo costituisce un primo passo per ritenere competente ed idoneo il personale: infatti, come per tutti gli altri riferimenti normativi che trattano tecnologie di controllo non distruttivo digitali ed innovative, anche in questo caso, vengono richiesti un ulteriore addestramento specifico ed una adeguata esperienza industriale maturata nell’utilizzo della tecnologia in oggetto, cioè, nella fattispecie, della radiologia digitale. Tale approccio, che traduce nella pratica il concetto “essenziale” di Qualificazione, cioè la capacità di svolgere una mansione, intesa come insieme di conoscenza teorica, esperienza pratica e idoneità fisica, è adottato da anni da IIS, il cui regolamento prevede per le tecniche avanzate specifici iter integrativi di formazione destinati all’ottenimento di “estensioni” alle applicazioni particolari delle Certificazioni acquisite nelle tecniche convenzionali. Quanto richiesto dalla norma è assolutamente condivisibile alla luce della complessità dei sistemi digitali e delle loro notevoli differenze rispetto alle tecnologie tradizionali: sebbene si parta da analoghi fenomeni fisici e dall’utilizzo di analoghe forme di energia, sono sfruttate diverse attrezzature e differenti logiche, che il personale addetto deve conoscere accuratamente.

ISO DIS 17636-2: Tecniche raccomandate per l’esecuzione del controllo Anche per ISO 17636-2, la parte centrale è costituita dalle indicazioni fornite in merito alla scelta della tecnica radiografica, intesa come insieme di:

1. parametri geometrici di esposizione; 2. parametri elettrici (in caso di sorgente di radiazioni X) o fisici (in caso di sorgente di

radiazioni Gamma); 3. caratteristiche del sistema-detector.

Non sussistono differenze rispetto alla parte 1 per quanto concerne le disposizioni per le riprese radiografiche e le prescrizioni generali, quantitative e qualitative. Le prime differenze sono presenti nella scelta della tensione acceleratrice e della sorgente di radiazione. Vale la pena ricordare che esiste una notevole differenza fra ISO DIS 17636-1 e UNI EN 1435, riferimenti entrambi dedicati alle tecniche a film, in termini di tensione massima contemplata (1000 kV per ISO DIS e 500 kV per EN); anche per ISO DIS 17636-2 è previsto lo stesso range ampliato fino a 1000 kV per le tensioni acceleratrici. Questa variazione è giustificata in realtà molto più nel caso delle tecnologie digitali che nei sistemi tradizionali: infatti, sebbene non vi siano ancora una esaustiva spiegazione fisica né una totale conferma sperimentale, si nota che i detector digitali (in particolare gli IP al fosforo dei sistemi CR) necessitano di dosi di energia più elevate per incamerare informazioni sufficienti a fornire un’immagine radiografica sufficientemente contrastata; il concetto, in verità, non è evidenziato in termini operativi dalla normativa che ripropone nella parte 2 lo stesso diagramma della parte 1 relativamente alla Tensione Massima Ammissibile in funzione dello Spessore attraversato e del Materiale radiografato, quasi a suggerire, così facendo, un atteggiamento più prudente e ragionevole, in termini di sensibilità finale ottenuta, adottando sempre e comunque valori non eccessivi di energia,

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almeno fino a quando non verranno trovate spiegazioni fisiche al fenomeno tali da consentire di operare in altro modo. Per ottenere una buona sensibilità alle imperfezioni, la norma prescrive che l’energia della radiazione sia la più bassa possibile e che si ottengano valori di SNRN i più elevati possibili; consente inoltre le seguenti azioni in deroga a quanto indicato dal diagramma sopra citato:

1- nel caso di IP ad elevato structure noise (“a grana grossolana”) viene consigliato di adottare tensioni massime acceleratrici ridotte circa del 20% per la classe B;

2- nel caso di IP a basso structure noise (“a grana fine”) è possibile usare tensioni massime pari a quelle proposte dal diagramma o anche significativamente superiori purché venga aumentato anche il valore di SNRN;

3- nel caso di DDA opportunamente calibrati, la qualità dell’immagine è sufficiente anche adottando tensioni massime acceleratrici molto maggiori.

Circa i punti 1 e 2 dell’elenco precedente, merita particolare attenzione la nota che il documento propone, introducendo il concetto di “Principio di Compensazione” (nella sua prima forma), secondo cui è possibile aumentare la sensibilità in contrasto:

– a parità di SNRN, riducendo la Tensione acceleratrice ma compensando con un aumento di Esposizione, ovvero del prodotto Intensità per Tempo di esposizione; – a parità di energia, ovvero di Tensione acceleratrice, aumentando il valore di SNRN, ovvero il valore dell’Esposizione; – a parità di Esposizione, aumentando la Tensione acceleratrice, SNRN aumenta, anche se il contrasto si riduce, in tale situazione il miglioramento della sensibilità si verifica se l’aumento di SNRN è tale da compensare la riduzione del contrasto.

Il Principio di Compensazione è operativamente molto utile e se ne riesce a comprendere meglio il significato quando viene riproposto più avanti nella sua seconda forma. In merito al sistema detector molte sono le indicazioni fornite dalla norma; come primo aspetto viene trattato il minimo valore di SNRN (o di GV, solo nel caso di sistemi CR) che deve essere ottenuto sulla radiografia: in Appendice D viene fornita la procedura per determinare SNRN a partire dal valore di SNRmeasured e per determinare il minimo valore di GV; viene fornita la relazione tra SNRN e GV in termini sia analitici sia grafici; viene fornita una tabella di valori di SNRmeasured richiesti per ottenere equivalenti SNRN in funzione di sistemi CR caratterizzati da differenti risoluzioni spaziali SRb (Fig. 10).

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FIGURA 10 – SNRmeasured per sistemi CR con differenti SRb per ottenere equivalenti SNRN

I valori minimi di SNRN sono tabulati nella norma in funzione del materiale, dell’energia adottata, dello spessore attraversato e della classe di qualità richiesta. SNRN e GV (solo nel caso di sistemi CR) devono essere misurati in prossimità della zona fusa, vicino all’IQI, in corrispondenza della parte a spessore maggiore del materiale base, in una zona a spessore e a GV uniformi. I valori minimi proposti in tabella devono essere incrementati di un fattore 1.4 se SNRN è misurato nella zona termicamente alterata (ZTA): questa importante considerazione introdotta dalla norma deriva dalla constatazione che, in una radiografia tradizionale su film, la densità ottica misurata in ZTA varia tra 3.5 e 4, valore circa 1.4 volte maggiore del valore minimo previsto al centro della zona fusa. Questo concetto, con le dovute precauzioni del caso, è stato trasferito alle tecniche digitali ed è stata anche introdotta esplicitamente la raccomandazione di valutare SNRN proprio in ZTA, dove è possibile sfruttare l’uniformità di tale area (in genere caratterizzata da ridotta rugosità e da buona regolarità superficiali) per avere valori di GV costanti e misurazioni di SNRN accurate. Infine, è importante segnalare che, per maggiori dettagli sulla misura di SNRN, la norma rimanda non solo alla corrispondente norma trasversale EN 14784-1 ma anche a norme statunitensi ASTM (ASTM E 2446 per sistemi CR e ASTM E 2597 per sistemi DR). A valle di quanto sopra menzionato, la norma ripropone il concetto del Principio di Compensazione, espresso in una seconda forma, più funzionale in termini operativi rispetto alla precedente: infatti, nel caso in cui entrambe le sensibilità ricavate dagli IQI (sia la sensibilità in contrasto tramite gli indicatori a singoli fili o piastrine forate, sia la risoluzione spaziale tramite gli indicatori a doppi fili) non possano essere ottenute dal sistema usato e dai parametri espositivi scelti, è possibile compensare la perdita in risoluzione ovvero gli eccessivi valori di SRb, aumentando la visibilità di IQI a singoli fili o fori. La compensazione dovrà comunque essere limitata ad un incremento massimo di due fili o fori, in corrispondenza di due coppie di fili non risolte in più rispetto a quanto richiesto. La risoluzione spaziale di un detector è fissata dal progetto e dai parametri hardware mentre la sensibilità in contrasto dipende anche dalle condizioni espositive. Essa può essere incrementata aumentando l’Esposizione; esiste tuttavia un limite all’aumento del

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valore di SNRN ottenibile in questo modo a causa del rumore strutturale (“structure noise”) dello strato sensibile degli IP o a causa di una non sufficiente qualità della calibrazione effettuata nel caso di DDA; questo limite comporta pertanto una limitazione anche all’aumento dell’Esposizione applicabile. Particolare attenzione viene riservata al tema degli schermi di rinforzo e di protezione da usare nel caso di CR con IP: questi infatti risultano essere molto più sensibili alle radiazioni diffuse dei film tradizionali e la perdita di definizione e la riduzione di CNR che ne conseguono devono essere contrastate. La norma propone, per alte energie e forti spessori, di interporre tra il plate e gli schermi posteriori in piombo anti-backscattering un’ulteriore forma di protezione costituita da schermi di acciaio o di rame; tuttavia questa soluzione riduce l’effetto di intensificazione della radiazione, comportando la necessità talvolta di aumentare i tempi di esposizione per far giungere una sufficiente dose di radiazione al plate. Il fenomeno descritto e l’approccio adottato per compensarlo si contrappongono ad uno dei maggiori vantaggi della tecnologia filmless rispetto alla tradizionale: è noto che la radiografia digitale permette una velocizzazione del controllo (riducendo a volte i tempi di esposizione anche ad un quinto di quelli previsti per il controllo tradizionale), sia in termini di esposizione (i detector sono per loro natura più sensibili alla radiazione delle pellicole) sia in termini di trattamento (non esiste il processamento chimico del detector); l’introduzione di svariati schermi che filtrano la radiazione diviene condizione tuttavia inevitabile nel caso si voglia raggiungere una determinata qualità di immagine, anche a scapito della velocità del controllo. Il parametro trattato successivamente dalla norma è la minima distanza sorgente-oggetto. Sebbene non vi siano differenze quantitative rispetto a quanto proposto nella parte 1 della norma, ISO DIS 17636-2 raccomanda in una nota di incrementare i valori minimi di distanza sorgente-oggetto ricavati dall’applicazione delle formule e/o del nomogramma a causa del fatto che nelle tecniche digitali, in particolare per i sistemi CR, la “penombra totale” (“total image unsharpness” uT) è formata da due contributi:

1- la “penombra geometrica” (“geometric unsharpness” uG) dovuta a fattori geometrici, quali la dimensione della macchia focale e la distanza oggetto-detector;

2- la “penombra inerente” (“inherent unsharpness” uI) propria del sistema IP – scanner e pari a 2SRb.

Essa è maggiore a parità di condizioni e di geometria di esposizione della penombra tipica delle tecniche convenzionali, che è associata solo al primo dei due citati contributi. La penombra totale è data dalla seguente relazione: uT = [ (uG)3 + (uI)3 ]⅓. Ulteriore innovazione introdotta dalla parte 2 della ISO DIS 17636 riguarda la tecnica dell’Ingrandimento Radiografico proposta per ovviare all’inconveniente dei detector digitali rappresentato dalla elevata dimensione della “grana”. Le pellicole classiche sono infatti caratterizzate da grani di dimensioni molto ridotte rispetto ai pixel dei sistemi CR e DR (a volte superiori a 50 μm) e questo consente loro una risoluzione spaziale molto elevata, non raggiungibile attualmente dalla tecnologia digitale. La soluzione proposta consiste nell’effettuare l’esposizione aumentando la distanza tra il detector e l’oggetto, producendo così un fenomeno di ingrandimento geometrico,

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proporzionale alla riduzione di penombra. Questo non si deve confondere con l’ingrandimento digitale di un’immagine (zoom), il quale invece non ha effetti benefici sull’immagine né in termini di nitidezza né di sensibilità, essendo il contenuto d’informazione ormai definito e non modificabile al termine dell’esposizione. L’ingrandimento Radiografico rappresenta un accorgimento alternativo all’incremento del valore di SNRN (in base al già citato Principio di Compensazione) per migliorare la qualità radiografica, anche se è fondamentale sottolineare che rappresenta una tecnica applicabile solo nel caso si disponga di macchie focali (focal spot per tubi radiogeni, pastiglie per sorgenti gammagene) di dimensioni sufficientemente piccole. La corretta selezione dell’ingrandimento sarà verificata mediante l’utilizzo degli IQI a doppio filo (posizionati sull’oggetto da testare in tutte le radiografie di produzione) e la norma fornisce inoltre indicazioni dettagliate sul posizionamento degli stessi in funzione delle caratteristiche del sistema (dimensione macchia focale, SRb, ...). Ultimo aspetto operativo affrontato dal documento riguarda l’elaborazione dei dati e le condizioni di visualizzazione e di archiviazione (memorizzazione e conservazione) delle immagini acquisite. Prima fra tutte per importanza risulta essere la prescrizione iniziale in merito alla necessità di affidarsi da parte dell’utilizzatore alle indicazioni sulle modalità d’uso dei sistemi CR e DR fornite dai costruttori dei sistemi stessi, i quali devono affiancare gli utilizzatori nel set-up del sistema e nella risoluzione di eventuali problematiche sia software sia hardware, in funzione delle differenti esigenze e richieste industriali. Per quanto concerne l’elaborazione dell’immagine, i dati in formato digitale dei detector dovranno essere valutati tramite una rappresentazione in tonalità di grigio linearizzata, che è proporzionale alla dose di radiazione per la determinazione di SNR o SNRN e della qualità dell’immagine. Per ottimizzare il risultato, è possibile agire sulle funzioni “contrast” e “brightness” dello schermo di visualizzazione, così come è possibile applicare opportuni filtri, fattori di ingrandimento (“zoom factor”) e disporre di svariati “tools” per rendere più “leggibile” l’immagine e consentirne una più accurata valutazione. Fondamentale risulta tuttavia che il sistema sia in grado di garantire traccia documentata dei vari step applicati dagli strumenti informatici sui dati originali (“raw data”), in modo che vi possa essere ripetibilità e reversibilità. Tutto deve comunque essere concordato fra le parti. Analogamente a quanto accede nel caso dell’interpretazione dei film radiografici tradizionali, anche per le radiografie digitali devono essere rispettate specifiche condizioni di visualizzazione, cioè:

1- le radiografie devono essere esaminate in camera opportunamente oscurata; 2- il set-up del monitor deve essere verificato con adeguate immagini campione

(“test image”); 3- lo schermo deve garantire una luminanza di almeno 250 cd/m2; 4- lo schermo deve garantire almeno 256 livelli di grigio; 5- il rapporto di intensità luminosa minimo deve essere 1:250; 6- lo schermo deve avere almeno 1 Megapixel con dimensione di pixel inferiore a

0.3 mm. Infine, trattando della memorizzazione dei dati, due sono i requisiti ritenuti indispensabili:

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1- le immagini originali devono essere salvate mantenendo la stessa risoluzione con

cui sono state acquisite ed inviate dal detector; 2- l’immagazzinamento dei dati deve essere ridondante e sempre supportato da

adeguate ed affidabili strategie di “back-up” al fine di assicurare l’assenza di perdita di informazione.

ISO DIS 17636-2: Verbale d’Esame In analogia a tutti gli altri controlli anche per la radiografia è necessario emettere un verbale di esame, sia quando il controllo è condotto con tecniche tradizionali, sia quando si adottano tecniche digitali. In quest’ultimo caso, in aggiunta alle informazioni comuni ad ogni altro tipo di verbalizzazione di risultati di controlli non distruttivi, è necessario annotare e documentare informazioni specifiche, quali:

– la classe e la tecnica digitale scelte; – il fattore di ingrandimento eventualmente adottato; – il detector, gli schermi e i filtri adottati; – la risoluzione spaziale SRb del sistema; – per CR, i dati caratteristici dello scanner (ad esempio, la velocità di scansione, la dimensione e l’intensità del laser, …); – per DR, la procedura di calibrazione, il guadagno, il numero di frame, …; – il valore di SNRN minimo richiesto a specifica e il valore di SNRN ottenuto durante la prova.

Infine è richiesto dalla normativa di annotare sul verbale anche eventuali deroghe alle sue prescrizioni, debitamente concordate fra le parti. A commento di questa richiesta, è importante ricordare che variazioni a quanto indicato da una normativa tecnica sono possibili, previi opportuno accordo fra le parti e adeguata dimostrazione di idoneità (rispetto dei requisiti di qualità e sicurezza del prodotto) delle modifiche che si intende apportare; in particolare, nel caso di una tecnologia così innovativa e di un settore così ampio come quello dei prodotti saldati, ISO DIS 17636-2, pur rappresentando una norma “verticale”, conserva inevitabilmente un carattere generale quasi al pari di una norma “trasversale” di metodo, lasciando all’utilizzatore il compito e la possibilità di specificare, in funzione delle caratteristiche dell’oggetto in esame (tipo di materiale, geometrie, processi di saldatura, tipologia e severità del servizio cui il particolare è destinato, …), mirate prescrizioni tecnico-operative di controllo, necessarie per raggiungere la sensibilità richiesta.

Conclusioni ISO DIS 17636-1 ripropone senza sostanziali variazioni quantitative né qualitative le regole di controllo radiografico ormai consolidate nel settore industriale dei prodotti saldati a livello sia europeo sia internazionale, grazie a ISO 17636:2003 e a UNI EN 1435.

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Questo fatto rappresenta una dimostrazione dei risultati soddisfacenti che la loro applicazione ha permesso di ottenere in questi anni e, probabilmente, rappresenta anche un segnale di ragionevole conservazione di ciò che tradizionalmente si è affermato, in contrapposizione alle novità introdotte da ISO DIS 17636-2. Una stessa norma, divisa in due parti, per affrontare due filosofie fra loro diverse è una soluzione giusta per fare coesistere entrambe le tecnologie, senza commettere l’errore di considerarle una alternativa all’altra. Va tuttavia segnalato che le poche modifiche apportate in ISO DIS 17636-1 (ad esempio, l’estensione del range di macchine radiogene contemplate) ed alcune delle note aggiunte (ad esempio, la precisazione riguardante la ricerca di incollature) contribuiscono a perfezionare il documento, rendendolo più idoneo alla risoluzione di casi critici. L’introduzione di riferimenti normativi in ambito CEN e in ambito ISO che si occupano di tecnologie innovative e che si affiancano a quelli già esistenti in ambito statunitense rappresenta sicuramente un passo fondamentale e necessario verso una gestione oggettiva ed un utilizzo ragionevole dei sistemi digitali di diagnostica. L’applicazione di questi documenti e la sperimentazione che IIS sta portando avanti nel controllo radiografico digitale hanno evidenziato che esiste ancora un mismatch tra l’evoluzione tecnologica, che avviene a velocità vertiginose, e la completa conoscenza della fisica (cause – effetti - conseguenze) che è alla base della tecnologia stessa. In altri termini, quanto prescritto oggi (in modo a volte comprensibilmente anche piuttosto generale) da una norma o da un codice, potrebbe essere non più applicabile nel giro di poco tempo a causa dell’introduzione sul mercato di un’apparecchiatura di nuovissima concezione o per effetto dell’approfondimento delle leggi che descrivono il fenomeno fisico su cui il sistema si basa. Un esempio nel caso del controllo radiografico digitale è rappresentato dalla contraddizione fra le prime applicazioni dei sistemi CR, in cui era evidente la necessità di utilizzare energie molto elevate per eccitare in modo adeguato l’elemento sensibile (il layer “dei fosfori” degli IP), e la tendenza attuale che, sicuramente più in linea con la radiografia tradizionale, prevede proprio per i sistemi CR l’uso di più modesti valori di energia onde limitare fenomeni di perdita di qualità dell’immagine. Ciononostante, non va sottovalutato quanto sia importante poter fare affidamento su documenti ufficiali, universalmente riconosciuti e frutto del lavoro di più gruppi che, a livello internazionale, fanno convergere la loro esperienza e i loro risultati in un “bene” comune, fruibile da tutti. Sicuramente molti sono ancora gli aspetti da sviluppare e da mettere a punto, anche a livello di panorama normativo che attualmente è ancora lacunoso sia per quanto concerne la copertura di settori e di argomenti, sia per quanto riguarda il grado di dettaglio fornito nei settori e negli argomenti coperti. Questo gap tuttavia non può essere colmato se non tramite la sinergia tra gli enti di normazione, gli utilizzatori e i costruttori dei sistemi. Con questo intento e con la convinzione generale che il presente dei controlli non distruttivi e non solo il loro futuro sia rappresentato dallo sviluppo e dall’adozione di tecnologie tanto innovative quanto affidabili, proponiamo in conclusione un elenco di aspetti che riteniamo meritare di particolare approfondimento futuro:

– Miglioramento dei Detector: non del tutto soddisfacente è la risposta sia in termini di durata, sia in termini di sensibilità dei detector oggi a disposizione;

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– Specificazione, anche a livello normativo, di ciò che deve essere effettuato per qualificare e classificare un sistema (in termini di numero e tipologie di parametri da verificare) e definizione di chi deve prendersi carico delle varie verifiche (utilizzatori, costruttori di sistemi, laboratori accreditati, …); – Stabilità del sistema: attualmente, anche a causa dell’incertezza di cui al punto precedente, non è ancora disponibile un iter di verifica di stabilità dei sistemi nel tempo, né, a fronte di una eventuale anomalia rilevata durante il funzionamento, risulta ancora semplice determinare quale anello “della catena” (detector, scanner, cablaggi, hardware, software, …) ne è responsabile; – Messa a punto di specifici indicatori di qualità di immagine: esiste già il concetto di “phantom” e di “RQI” (Representative Quality Indicators, ovvero pezzi/oggetti con imperfezioni reali) che devono però essere meglio definiti e contestualizzati in funzione delle singole esigenze industriali; – Formazione specifica del personale addetto: basilare risulta l’addestramento degli utilizzatori del sistema, mirato sia alla parte hardware sia alla parte software, affiancati e supportati dai costruttori del sistema stesso; tale affiancamento non può peraltro prescindere da un addestramento incrociato specifico sul controllo radiografico che i costruttori dei sistemi devono subire a loro volta.

La strada da percorrere è senza dubbio ancora molto lunga ma è altrettanto vero che IIS l’ha imboccata con coscienza ed approccio sperimentale corretto.

Bibliografia [1] – “Radiography in Modern Industry – Fourth Edition” (Eastman Kodak Company – 1980) [2] – “Controllo Radiografico” (Istituto Italiano della Saldatura – 2009) [3] - “Advancements in CR Radiography” (Jimmy Opdekamp - GE Inspection Technologies, Berchem, Belgium), Workshop Radiografia Digitale (Conferenza Nazionale sulle Prove non Distruttive, Monitoraggio e Diagnostica - Milano, Ottobre 2007) [4] – “X-Ray - Radiographic Film Systems” (GE Sensing and Inspection Technologies) [5] – “Introduzione della Radiografia Digitale” (Mario Bianchi – BYTEST srl, Volpiano [To], Italia)