Esame Materiale Secondo Anno - Riassunto PDF

Controlli non distruttivi I controlli non distruttivi sono un insieme di prove fisiche concepite allo scopo di indagare sull’eventuale presenza di difetti in un pezzo senza doverlo distruggere tutto o in parte, rendendolo inutilizzabile. Tipi di controlli non distruttivi: -​ Controlli con liqui...

Controlli non distruttivi I controlli non distruttivi sono un insieme di prove fisiche concepite allo scopo di indagare sull’eventuale presenza di difetti in un pezzo senza doverlo distruggere tutto o in parte, rendendolo inutilizzabile. Tipi di controlli non distruttivi: -​ Controlli con liquidi penetranti -​ Controlli radiografici e grammagrafici -​ Controlli con ultrasuoni -​ Controlli magnetoscopici -​ Controlli con correnti indotte -​ Controlli visivi Controlli con liquidi penetranti Ė volto ad accertare discontinuità quali cricche, sovrapposizioni, piegature e mancate fusioni che affiorano sulla superficie da esaminare. Viene effettuato principalmente su materiali metallici, ma può essere fatto anche su altri materiali. La penetrazione del liquido all’interno di una discontinuità avviene per capillarità; rendendo facilmente ispezionabili superfici di difficile accesso indipendentemente dalla loro posizione. La capacità di un liquido di penetrare nelle cavità superficiali dipende da: -​ Configurazione delle cavità -​ Tensione superficiale -​ Potere bagnante -​ Angolo di contatto del liquido I liquidi penetranti sono costituiti da una soluzione di un forte colorante rosso in solventi organici o da una emulsione di una sostanza fluorescente in acqua contenente tensioattivi. Fasi liquidi penetranti: 1.​ Preparazione e pulizia preliminare Tutti gli agenti contaminanti, devono essere rimossi, utilizzando metodi meccanici o chimici o una combinazione di entrambi. Al termine della pulizia preliminare bisogna asciugare le parti da esaminare affinché non rimangano nelle discontinuità tracce di acqua e solventi. 2.​ Applicazione del liquido penetrante Il liquido penetrante può essere applicato sulla parte da esaminare mediante: nebulizzazione, pennello, umettazione o immersione. La superficie in esame deve rimanere bagnata per tutto il tempo. La temperatura della superficie in esame deve essere compresa tra i 10°C e i 50°C. Il tempo corretto di penetrazione dipende dalle proprietà del liquido penetrante, dalla temperatura di applicazione, dal materiale delle parti da esaminare e dalle discontinuità da rilevare.  3.​ Rimozione dell’eccesso di liquido penetrante Un lavaggio eccessivo delle parti rimuove il penetrante dalle discontinuità, mentre un lavaggio poco accurato o un penetrante poco lavabile lasciano un sottofondo eccessivo che può mascherare le indicazioni. Ci sono tre metodi di rimozione del penetrante: -​ Penetranti lavabili con acqua: penetrante in eccesso tolto dalla superficie spruzzando con acqua a bassa pressione (non oltre 280 kPa) e temperature fra 10°C e 38°C. -​ Penetranti rimovibili con solvente: penetrante in eccesso tolto strofinando la superficie della parte in esame con straccio asciutto o salvietta di carta e ripassando con altro straccio inumidito con solvente a rapida evaporazione. -​ Penetranti rimovibili con emulsificatore: penetrante post-emulsionante in eccesso viene tolto immergendo il componente in un emulsificatore, e lavando poi a spruzzo la zona in esame. Emulsificatori: lipofilico o idrofilico. 4.​ Applicazione del rivelatore La funzione del rivelatore è quella di assorbire ed attirare verso la superficie il penetrante rimasto nelle discontinuità dopo il lavaggio e di espanderlo in superficie. Il rivelatore consente la visibilità delle indicazioni rosse in contrasto col sottofondo bianco oppure luminose giallo-verdi sotto luce ultravioletta, per i penetranti fluorescenti. Tipi di rivelatore: -​ Rivelatore secco a polvere -​ Rivelatore a sospensione acquosa -​ Rivelatore a base solvente -​ Rivelatore solubile in acqua -​ Rivelatore ad acqua o solvente per applicazioni speciali. Il tempo di sviluppo dovrebbe essere compreso tra 10 e 30 minuti ma alcune applicazioni potrebbero richiedere tempi differenti. Il tempo di sviluppo inizia: terminata l’asciugatura se si usa uno sviluppatore liquido; terminata l’applicazione se si usa uno sviluppatore secco. 5.​ Ispezione Trascorso il tempo di rivelazione, si deve effettuare l’ispezione finale. L’illuminazione dipende dal tipo di penetrante: -​ luce bianca per metodo con penetranti rossi -​ luce ultravioletta per fluorescenti 6.​ Registrazione 7.​ Pulizia finale Vantaggi Svantaggi Metodo economico e di Non si può applicare a superfici facile impiego eccessivamente rugose Esame limitato a zone facilmente accessibili Si rivelano solo difetti superficiali che non siano chiusi Non si possono rivelare difetti troppo grossi Non si possono rivelare difetti troppo piccoli Interpretazione dei risultati lascia un margine alla soggettività ed esperienza Controlli radiografici e gammagrafici Mediante queste tecniche, è possibile evidenziare un gran numero di discontinuità presenti in manufatti industriali. Il principio di funzionamento di tali tecniche si basa sulle alterazioni che radiazioni elettromagnetiche subiscono quando incontrano un difetto nel loro percorso all'interno del materiale. Quando un fascio di onde elettromagnetiche di elevatissime energie fotonica e fortemente ionizzato, passa attraverso l'oggetto da esaminare, viene assorbito con leggi esponenziale in funzione dello spessore della densità della materia attraversata.I raggi X o Ɣ passanti e variamente attenuati impressionò una lastra fotografica posta dietro l'oggetto da esaminare. RAGGI X La radiazione emessa da una sorgente può essere: monocromatica e policromatica. per disporre di un fascio di raggi x occorre possedere una sorgente di elettroni, un bersaglio ed un dispositivo che accelera il movimento degli elettroni stessi. il fascio di elettroni viene emesso da un filamento di tungsteno, attraversato la corrente elettrica. RAGGI Ɣ La particolare tecnica del metodo radiografico che prevede l'utilizzo di raggi gamma viene comunemente denominata gammagrafia. L’insieme del fenomeno che vede coinvolta la continua trasformazione del nucleo di un isotopo radioattivo prevalentemente instabile, prende il nome di attività dell'isotopo, ed il suo valore diminuisce nel tempo man mano che l'isotopo in questione si avvicina verso la sua condizione di stabilità naturale. Vantaggi Svantaggi Costo contenuto Richiedono accorgimenti protezionistici per il personale Contenitore piccolo e facilmente Nelle radiografie si ha meno contrasto trasportabile Sorgente piccola che può Capacità di penetrazione dipende dal passare aperture strette tipo di isotopo Nessuna alimentazione elettrica Occorre considerare costi di sostituzione isotopo in funzione Controlli con ultrasuoni L'esame ad ultrasuoni si basa sulla propagazione di onde elastiche attraverso l'oggetto da esaminare e sul monitoraggio del segnale trasmesso o del segnale riflesso. Gli ultrasuoni sono onde elastiche di tipo meccanico che si trasmettono nei corpi solidi, produce nelle loro molecole oscillazioni elastiche attorno all'originale posizione di equilibrio. Le oscillazioni sono di tipo sinusoidali, caratterizzate da: ​ tipo di propagazione ​ lunghezza d’onda ​ frequenza ​ velocità di propagazione Il fascio di onde ultrasonore viene generato sfruttando le proprietà piezoelettriche o magnetostrittive di alcuni cristalli di quarzo. Gli ultrasuoni generati vengono trasferiti direttamente nel materiale da controllare grazie al contatto, o più propriamente al semplice accostamento del generatore alla superficie del pezzo. Il fascio d'onde ultrasonore si propaga nel materiale da esaminare con la stessa frequenza del generatore con una velocità che dipende dal materiale attraversato. Quando il fascio incontra un ostacolo sarà riflesso, assorbito, deviato o diffratto secondo le leggi comuni a tutti i fenomeni di propagazione delle onde. Il segnale di partenza degli ultrasuoni e quello riflesso dalla superficie opposta a quella d’entrata, vengono visualizzati sullo schermo dello strumento con dei picchi, la cui distanza risulta proporzionale al tempo che gli ultrasuoni impiegano per percorrere il viaggio di andata e di ritorno dalla sonda alla superficie riflettente presente all’interno del materiale. MEZZO DELL’ACCOPPIAMENTO Possono essere utilizzati diversi mezzi di accoppiamento, ma il tipo deve essere compatibile con i materiali da utilizzare: -​ acqua contenente un agente -​ pasta di contatto -​ olio -​ grasso -​ pasta cellulosa contenente acqua VELOCITA’ DI SCANSIONE Deve tener conto della frequenza delle ripetizioni di impulsi e della capacità dell'operatore di riconoscere i segnali. Vantaggi Svantaggi Si riescono a rivelare difetti molto piccoli Impossibilità di utilizzo su materiali ad alta attenuazione acustica e con geometria complessa Permette l’ispezione di grosse sezioni Limitazioni all’applicazione del metodo ultrasonoro Accurata determinazione delle posizioni delle Necessitano operatori altamente qualificati e di imperfezioni notevole esperienza Veloce tempo di risposta Controlli magnetoscopici Sfruttano il paramagnetismo di alcuni metalli (capacità di non opporsi al passaggio del campo magnetico) o meglio ancora il ferromagnetismo (capacità di concentrarlo) per evidenziare anomalie delle linee di flusso del campo magnetico nei pressi di un difetto superficiale. Sono controllabili tutti i materiali ferromagnetici con una permeabilità relativa > 100 μr, ad esempio: ferro, acciaio, fusioni in ghisa. I campi magnetici si creano all’interno ed intorno ad un magnete permanente o attorno ad un conduttore percorso da corrente elettrica. DIFETTI -​ Facilmente rilevabili: cricche, mancanza di fusione, sfogliature, ripiegature. -​ Difficilmente rilevabili: pori, porosità, inclusioni. Le linee di flusso, che rappresentano l’intensità locale del campo magnetico, attraversano un metallo in modo uniforme, ma nei pressi di una discontinuità si addenseranno o disperderanno, deviando localmente e creando un’anomalia del campo magnetico ai bordi del difetto. Quando un rivelatore magnetico è applicato ad un pezzo dove esista una distorsione nelle linee di campo, la fuga di flusso magnetico attira le particelle magnetiche in corrispondenza di questa zona creando un accumulo delle particelle stesse. Il controllo magnetico è basato su due fasi: 1)​ Brusco cambiamento nella permeabilità che distorce le linee di forza creando un flusso disperso o polarità 2)​ Applicazione di un rivelatore che vengono attratte da questi flussi dispersi, indicando così posizione ed entità. Ci sono due tipi di particelle magnetiche: polveri ad umido, polveri a secco. Apparecchiatura necessaria: generatore del campo magnetico che potrà essere continuo o alternato a seconda delle esigenze e del sistema di rivelazione. Tipi di magnetizzazione: magnetizzazione longitudinale con solenoide, magnetizzazione circolare con conduttore elettrico passante, magnetizzazione circolare con corrente passante attraverso il pezzo, magnetizzazione circolare adatta per difetti longitudinali. Vantaggi Svantaggi Permette di evidenziare difetti superficiali e Apparecchi costosi subcorticali, non rilevabili con LP. CND più rapido, meno laborioso Poco adatta per esame dell’integrità superficiale di pezzi porosi. Metodo meno soggetto ad errori dell’operatore Quando campo è generato direttamente nel rispetto a quello dei LP pezzo tramite passaggio di corrente elettrica, è necessario usare puntali di contatto onde evitare scintille o scariche elettriche. Scarsa sensibilità ai difetti tondeggianti ed è inefficace per difetti interni o per difetti troppo lontani dalla superficie. Controlli con correnti indotte Consiste nell’indurre dei campi magnetici alternati, creati attraverso apposite bobine (o sonde), nel materiale in esame. Tali campi generano nella zona di intervento delle correnti indotte le quali saranno deviate da eventuali discontinuità presenti all’interno del componente interessato al controllo. Il campo magnetico variabile prodotto dalle sonde viene chiamato “campo primario” mentre il campo magnetico generato dalle correnti indotte viene chiamato “campo secondario”. Due metodi: unilaterale, bilaterale -​ Metodo unilaterale: induttore e indotto sono posti dalla stessa parte rispetto al pezzo in esame. -​ Metodo bilaterale: induttore e indotto sono opposti l’uno rispetto all’altro Vantaggi Svantaggi Alternativa alla difficoltà di applicazione del Materiali sotto esame devono essere conduttori magnetoscopio di corrente Non essendo necessario il contatto fisico tra La distribuzione del campo magnetico e delle sonda e superficie in esame, risulta possibile il correnti non è uniforme sulla sezione ma controllo di manufatti in movimento decresce in ampiezza al crescere della distanza dalla superficie Molte applicazioni in campo industriale Misura dello spessore di rivestimenti Determinazione dell'integrità di cavi conduttori Rilevamento di inclusioni metalliche in materiali non metallici Misura della permeabilità magnetica e dell’effetto di trattamenti termici su di essa Esami Metallografici Importante fare esami metallografici per indagare sulla struttura dei materiali metallici, non solo per i laboratori di ricerca ma anche per quelli destinati al controllo delle qualità durante e al termine dei vari cicli di produzione. Tali metodi vanno dall’ingrandimento macroscopico, eseguito ad occhio nudo, o ingrandimento al microscopio ottico fino a quello elettronico. Gli esame macroscopici vengono integrati dalla preparazione di una sezione del pezzo spianata e rifinita con carta smeriglio, sulla quale si effettua un attacco per evidenziare micro segregazioni o inclusioni. La differenza con l’esame microscopico consiste nell’entità dell’ingrandimento. Ci sono vari tipi di microscopici, come: -​ Quelli a trasmissione elettronica (TEM). Gli elettroni emessi da un filamento di tungsteno sono accelerati da una differenza di potenziale. Il fascio di elettroni viene fatto passare attraverso l’oggetto da osservare e viene focalizzato da lenti magnetiche in modo da formare su uno schermo fluorescente un’immagine con elevati ingrandimenti. -​ Quelli elettronici a scansione (SEM) Il fascio di elettroni è emesso termoionicamente da un catodo di tungsteno ad alta temperatura ed è focalizzato da varie lenti magnetiche. Termografia La termografia è una tecnologia di indagine qualitativa disponibile da molti anni. Il metodo termografico si basa sul principio fisico secondo cui tutti i corpi con una temperatura sopra lo zero assoluto (-273,15°) emettono calore attraverso raggi infrarossi. -​ fine anni ‘80 → diffusione strumentazione termografica era limitata dal costo elevato -​ anni ‘90 → immesse sul mercato le termocamere con microbolometro, sensore a matrice privo di sistemi di raffreddamento che trasforma l’energia infrarossa, che colpisce ogni singolo elemento che lo compone, in una grandezza misurabile. Il tipo di sensore influenza le caratteristiche della termocamera. Oggi è comune disporre di database manutentivi, ricavati da strumentazione termografica, con i quali è tenuta sotto osservazione l’evoluzione termica degli impianti. I pacchetti software permettono di editare, analizzare e correggere le immagini. I modelli di fascia alta consentono anche il controllo integrato delle immagini. L’impiego di strumenti portatili a infrarossi è una realtà nella manutenzione preventiva e predittiva, nel monitoraggio degli edifici e dei processi di produzione, oltre che nella diagnostica tecnica e nelle indagini di qualità in settori avanzati. L’ispezione termografica è ideale per rilevare anomalie, facilitare la ricerca di rotture incipienti, rilevare la necessità di azioni correttive e individuare zone a rischio. Il tutto senza interferire con il funzionamento degli apparecchi e degli impianti e senza danneggiare materiali e componenti. In molti casi, l’utilizzo della termografia consente di migliorare la qualità e la sicurezza dei processi, oltre che ottimizzare i risultati. Le ultime innovazioni del settore, in particolare la tecnologia dei sensori, introduzione di immagini visive integrate e le più avanzate funzionalità software permettono di offrire soluzioni sempre più efficaci ed economiche. Difettologia Il manufatto è caratterizzato dalla presenza di discontinuità (presenza di piccola quantità di sostanza estranea nella materia oppure cavità formandosi durante la solidificazione o l’intrappolamento di gas). Le discontinuità sono dette difetti quando compromettono le caratteristiche personali del componente o generano rottura. Lavorazioni per deformazione plastica Metodo di lavorazione in cui si imprime al materiale metallico la forma voluta sfruttando le proprietà plastiche di esso, cioè la capacità di deformarsi in modo permanente, sia a caldo che a freddo, quando è sottoposto ad appropriate forze. La deformazione plastica a caldo richiede l’impiego di forze più piccole rispetto a quella a freddo, mentre quella a freddo richiede l’impiego di grandi forze anche per piccole deformazioni. I materiali sottoponibili a queste lavorazioni devono avere quelle proprietà tecnologiche quali malleabilità, duttilità, piegabilità che consente loro di sopportare forze applicate per deformarli senza né rompere né che si vengano a formare difetti nel materiale. Queste lavorazioni avvengono a volume costante, quindi dal materiale di partenza avente una certa forma e dimensioni, si ottengono pezzi con forme e dimensioni diverse, ma con volume uguale a quello di partenza. Le più comuni lavorazioni per deformazione plastica sono: -​ laminazione -​ trafilatura -​ estrusione -​ fucinatura -​ stampaggio Laminazione Consiste nella trasformazione dei lingotti (o masselli) ottenuti in acciaieria, in prodotti commerciali utilizzabili per le successive lavorazioni, chiamati semilavorati. La laminazione sfrutta la proprietà tecnologica di malleabilità, ovvero sono laminabili i materiali malleabili. Questa lavorazione ha doppia funzione: 1.​ riduce progressivamente la sezione dei lingotti 2.​ uniforma le dimensioni e l’orientamento dei cristalli, migliorando resistenza del materiale La riduzione di sezione è ottenuta facendo passare più volte il lingotto o barra, riscaldato, attraverso l’azione di due cilindri lisci o sagomati, ruotanti in senso contrario. La laminazione può avvenire a caldo in un intervallo di temperatura in cui il metallo da laminare presenta la massima plasticità, così da ottenere notevoli riduzioni di sezione per ogni passata. Questo tipo di laminazione serve per ottenere pezzi lavorati di grossa taglia. La laminazione a freddo, a temperatura ambiente, viene fatta su lamiere di piccolo spessore, per ottenere lamierini sottili con spessori precisi. Principio di laminazione L’effetto dei cilindri sul materiale si esplica con delle forze che tendono a schiacciare il materiale riducendone lo spessore e da altre forze che spingono il lingotto facendolo avanzare nella direzione di laminazione. Si chiama rapporto di laminazione R il rapporto tra la sezione finale a e la sezione iniziale A della barra laminata: R=sezione finale/sezione iniziale=a/A R