Scelta della sonda eddy current: Individuare la sonda ottimale per la propria applicazione
I progressi nella tecnologia eddy current mette a disposizione di diversi settori nuove funzionalità e vantaggi. Se i controlli non distruttivi rappresentano un'attività fondamentale nel proprio processo produttivo, questo articolo faciliterà la scelta dell'ottimale sonda eddy current per il settore di riferimento. Tratteremo alcune delle applicazioni più comuni della tecnologia eddy current e consiglieremo le sonde per l'ispezione in grado di fornire risultati precisi e di aiutare i produttori a soddisfare la domanda produttiva. Inoltre considereremo diversi tipi di bobine disponibili e altri fattori da valutare al momento dell'acquisto dell'apparecchiatura di controllo eddy current.
Quali sono i tipi di bobine per sonde disponibili?
Le prime bobine eddy current (EC) in genere avevano una parte centrale vuota o avevano solamente una parte centrale in ferrite. Erano usate unicamente come strumenti di misura e la sensibilità era relativamente bassa. Tuttavia, per la maggior parte dei casi, risultava adeguata. Numerose ispezioni vengono ancora realizzate mediante questo tipo di relativamente grandi bobine a bassa sensibilità. Di seguito vengono riportate diverse bobine utilizzate nelle sonde di controlli eddy current:
Sonde di tipo assoluto
Una sonda di tipo assoluto ampiamente utilizzata trasmette con una frequenza di 100 kHz e possiede un diametro compreso tra 2,5 mm (0,1 in.) e 5 mm (0,2 in.), il quale si adatta alla maggior parte dei datati strumenti di misura di tipo bridge (Figura 1). La sensibilità è accettabile per lunghe cricche che eccedono il diametro della sonda di circa il doppio, visto che il campo è considerevolmente più ampio delle dimensioni della bobina. Questo inoltre produce un ampio effetto di bordo.
(Figura 1)
Un'alternativa adeguata adesso disponibile è una bobina più piccola con un diametro che misura circa 1,5 mm (0,060 in.) circondata da una schermatura preferibilmente in ferrite. Questo assicura una migliore sensibilità per cricche piccole e un ottimale protezione da bordi, teste di bulloni, ecc.
Le più datate sonde di tipo assoluto erano in genere calibrate mediante un intaglio molto lungo, rispetto alla bobina, di 1 mm (0,04 in.) o 0,5 mm (0,02 in.). La loro sensibilità diminuiva significativamente con intagli più brevi. Le nuove sonde mantengono la loro sensibilità con un intaglio approssimativamente pari al diametro interno della schermatura in ferrite e sono in grado di rilevarne uno più breve.
Anche gli strumenti di misura traggono vantaggio da questo tipo di bobina, tuttavia la velocità di scansione è limitata visto che l'ago possiede un lungo tempo di risposta. Gli strumenti con display permettono una scansione molto più veloce. Sonde con ampie superfici si comportano in modo simile alle precedenti. La schermatura produce dei miglioramenti simili per l'individuazione di cricche sotto-superficiali o della corrosione.
(Figura 2)
Sonde di tipo differenziale
Le bobine di tipo differenziale hanno il vantaggio della compensazione del liftoff integrata. Questo le ha rese utili per numerose applicazioni. Le bobine più datate erano sprovviste di schermatura in ferrite ed erano realizzate affiancando due bobine (Figura 3) senza schermatura. I successivi modelli integravano singole schermature (Figura 4), tuttavia il maggiore miglioramento per la sensibilità è stato raggiunto quando entrambe le bobine sono state sistemate con una schermatura comune (Figura 5). Le sonde di tipo differenziale sono principalmente usate con dimensioni ridotte solamente per il rilevamento di cricche superficiali.
(Figura 3)
(Figura 4)
(Figura 5)
In una sonda di questo tipo le bobine sono avvolte con orientazioni opposte. Di conseguenza i segnali interessati si compenseranno, come nel caso del liftoff. In genere il punto di sollevamento e il punto operativo saranno ravvicinati, tuttavia sono presenti alcune differenze a causa di piccole variazioni della bobina. La normale direzione di scansione è illustrata nella Figura 6 e la comune schermata risultante è illustrata nella Figura 7. In effetti, la doppia indicazione risulta utile visto che la doppia dimensione del difetto sulla schermata facilita l'identificazione.
(Figura 6)
(Figura 7)
Alcune volte è necessario effettuare la scansione nella stessa direzione delle cricche (Figura 8). Questo è concesso e il risultato sarà simile a quello di un difetto molto piccolo. Un difetto di maggiori dimensioni che interessa entrambe le bobine, tenderà a produrre una compensazione visto che le bobine sono opposte. Tuttavia, in pratica, esistono sufficienti differenze, in termini di angolo e profondità, per evitare che sparisca completamente. In qualunque caso, le estremità della cricca saranno visualizzate normalmente.
(Figura 8)
Le bobine di tipo differenziale possono essere installate in sonde lineari, sonde per fori di fissaggi e sonde sagomate per adattarsi a praticamente qualunque forma.
Sonde di tipo Bridge e Reflection
Le bobine di questo tipo più datate erano in genere collegate a due sezioni di una configurazione a "ponte" (bridge)[Figura 9]. In seguito le bobine bridge e reflection sono state usate anche in modalità reflection, nella quale sono state usate due bobine separate per generare e rilevare le eddy current (Figura 10).
(Figura 9)
(Figura 10)
Le bobine bridge assicurano in genere delle prestazioni ottimali, in modo particolare se la sonda è progettata per una specifica applicazione e frequenza. Le bobine reflection assicurano in genere un maggiore guadagno e un più ampio intervallo operativo, tuttavia sono più complicate da realizzare. Inoltre possiedono una deriva inferiore. Le sonde reflection sono inoltre usate in strutture di sonde speciali (es: sonde scorrevoli), che si basano sul principio di trasmissione-ricezione, in modo da creare un'area sensibile con forma e dimensioni specifiche.
Qual'è la sonda migliore per la mia applicazione?
In questa sezione tratteremo le diverse comuni applicazioni per le sonde eddy current e consiglieremo le sonda e la frequenza per realizzare un'ispezione in modo ottimale.
Rilevamento delle cricche superficiali
Le sonde eddy current sono usate per il rilevamento di cricche superficiali in materiali ferrosi e non ferrosi.
Frequenza operativa consigliata:
Alluminio: 100 kHz–1 MHz
Acciaio: 1 MHz–2 MHz
Titanio Inconel: 2 MHz–5 MHz
Sonde consigliate:
Sonde lineari: Assoluto-differenziale e schermato-non schermato
Sonde superficiali: Alcune volte possono essere usate sonde di diametro maggiore
Sonde scorrevoli: Per cricche che si formano al di sotto delle teste dei fissaggi
Sonde rotanti: Per la curvatura del tallone; sagomata
Rilevamento di cricche sotto-superficiali
Le sonde eddy current sono usate per individuare cricche superficiali in materiali non ferrosi.
Frequenza operativa consigliata:
Le configurazioni della frequenza sono fondamentali per il rilevamento delle cricche sotto-superficiali in materiali non ferrosi: un intervallo compreso tra 100 Hz e 100 kHz in funzione della profondità di penetrazione.
Sonde consigliate:
Sonde superficiali: In genere di tipo assoluto e schermato. Il diametro può essere pari allo spazio presente tra i fissaggi.
Sonde anulari: Assicurano una migliore penetrazione. Il diametro interno (DI) deve avvicinarsi al diametro della testa del fissaggio
Sonde scorrevoli: Per una veloce ispezione direzionale (reflection)
I rilevatori di cricche a bassa frequenza richiedono delle sonde più grandi per garantire un'induttanza delle bobine ottimale. Inoltre sono richiesti dei circuiti sensibili alla fase visto che i campi sottosuperficiali sono influenzati dalle variazioni di fase.
Rilevamento di cricche di fori di fissaggi
L'ispezione eddy current di fori di fissaggi mediante sonde rappresenta un metodo collaudato per l'ispezione di aerei.
Frequenza operativa consigliata:
La frequenza dovrebbe essere la stessa per le cricche superficiali.
Alluminio: 100 kHz–1 MHz
Acciaio: 1 MHz–2 MHz
Titanio Inconel: 2 MHz–5 MHz
Sonde consigliate:
Tipo assoluto: (preferibilmente schermato) versioni con scanner o manuale
Tipo differenziale: (schermato o non schermato) versioni con scanner o manuale
Le sonde possono essere ampie (tipo a contatto) o non ampie (di dimensioni leggermente inferiori al foro). le sonde a contatto possono essere più sensibili alle cricche (senza distanza di liftoff), tuttavia generano anche un rumore della scansione. I tipi a bassa frequenza possono essere usati per penetrare attraverso le boccole in ottone. Possono essere integrati dei sistemi automatizzati.
Misura di spessori di rivestimenti
La loro elevata risoluzione in prossimità della superficie rende i controlli eddy current utili per la misura precisa di spessori di rivestimenti su substrati in metallo.
Frequenza operativa consigliata:
La frequenza varia in funzione del tipo di rivestimento.
I rivestimenti non conduttori possono essere considerati come misure di liftoff.
I rivestimenti metallici richiedono un'efficiente penetrazione, tuttavia, visto che sono in genere molto sottili, possono essere usate delle alte frequenze.
Sonde consigliate:
Sonde lineari di tipo assoluto standard
Sonde superficiali
Misura della conduttività
Le sonde eddy current possono essere usate per la misura della conduttività elettrica. Per i materiali non magnetici, la variazione in impedenza della bobina può essere correlata direttamente alla conduttività del materiale da ispezionare.
Sonde consigliate:
Sonde lineari di tipo assoluto standard
Sonde superficiali
Misure più precise richiedono misuratori di conduttività e sonde speciali
Controlli di spessori e corrosione
La tecnologia eddy current array (ECA) offre dei significativi vantaggi rispetto ai convenzionali metodi di ispezione eddy current quando si tratta di rilevare la corrosione e di controllare gli spessori.
Frequenza consigliata:
La frequenza deve essere in grado di penetrare lo spessore richiesto. Usare la scala o il grafico eddy current integrato.
Sonde consigliate:
Sonde superficiali schermate
Altri fattori da considerare quando si sceglie una sonda eddy current
La scelta della sonda e frequenza ottimali rappresenta il fattore fondamentale quando si cerca un'apparecchiatura che soddisfi le proprie esigenze di controllo e ispezione. Tuttavia esistono altri fattori addizionali da considerare prima di procedere all'acquisto:
Esperienza per la ricerca, lo sviluppo e l'industria
La qualità e la struttura delle sonde eddy current sono strettamente collegate all'esperienza del produttore nell'industria. Ci si dovrebbe orientare verso produttori che hanno investito anni a sviluppare la tecnologia leader del settore. Risulta molto improbabile che le proprie esigenze di ispezione siano esclusive. Pertanto è possibile fare riferimento all'esperienza di produttori che operano in settori simili per prendere la decisione corretta.
Olympus ha sviluppato delle soluzioni scientifiche per un secolo. Collaboriamo con alcune delle maggiori industrie a livello internazionale per mettergli a disposizione la migliore tecnologia per i controlli non distruttivi. Nel nostro sito web è possibile consultare le sonde eddy current disponibili.
