Un'alternativa veloce e sicura per le ispezioni di saldature
Il rilevamento affidabile di difetti di saldature rappresenta un'operazione complessa in numerosi settori nei quali vengono realizzate saldature su ampi scala, come ad esempio quello petrolifero, gasiero e petrolchimico. Le saldature con materiali eterogenei e acciaio sono perfino più difficili da ispezionare. I difetti da fusione incompleta risultano in alcuni casi particolarmente complessi da rilevare.
Nell'ambito dei controlli non distruttivi di saldature la radiografia è molto diffusa. Tuttavia esistono delle problematiche relative alla sicurezza a causa dei raggi X dannosi impiegati in radiografia. Quindi vi sono limitazioni relative al loro uso per le ispezioni. Mediante la configurazione ottimale l'ispezione a ultrasuoni può evitare queste limitazioni in quanto per il rilevamento di difetti in modo veloce, affidabile, sicuro e senza interruzione del flusso di lavoro si avvale di onde sonore invece di radiazioni ionizzanti.
Le saldature vengono utilizzate su larga scala in molti settori. I difetti possono essere presenti in una saldatura a causa del non corretto funzionamento delle apparecchiature o dell'erronea configurazione della saldatura. Esempi di comuni difetti di saldature sono la porosità, la fusione incompleta, l'inclusione di scorie, le cricche nella radice o nel piede e la penetrazione incompleta (figura 1). I difetti possono avere un impatto significativo sulla resistenza di una saldatura e pertanto sulla qualità di una componente. Il modo più affidabile e efficiente per assicurare la qualità della saldatura su larga scala sono i controlli non distruttivi (NDT). In funzione del materiale della saldatura e delle operazioni di realizzazione alcuni tipi di difetti possono risultare di facile o difficile rilevamento. La fusione incompleta (figura 2) può verificarsi per esempio quando il materiale del cordone della saldatura non si fonde con il materiale di base ma si solidifica semplicemente al di sopra di esso. La saldatura risultante ha una bassa resistenza. Questo significa che la fusione incompleta è uno dei difetti critici che devono essere rilevati. |  Figura 1: Difetti delle saldature |
Ispezione radiografica
La radiografia, in quanto attuale metodo di ispezione molto diffuso, si basa sui fotoni a alta energia che si trasmettono attraverso un metallo verso un rilevatore posizionato sul lato opposto. Qualunque irregolarità all'interno della componente, nella saldatura, nel materiale di base o nell'interfaccia, viene rilevata dal rilevatore come area più chiara o scura. Il maggiore limite dell'uso della radiografia consiste negli effetti dannosi della radiazione utilizzata. A causa degli innumerevoli rischi per la salute derivati dai raggi X a alta energia, sono necessarie delle precauzioni per evitare l'esposizione alla radiazione. Questo in genere si traduce nella necessità di evacuare un'ampia area in prossimità del punto di ispezione, provocando un’interruzione del lavoro nell'area di ispezione. La probabilità di rilevamento è un fattore da considerare quando si sceglie un metodo per le ispezioni di saldature. È dimostrato1 che il contrasto di difetti come la fusione incompleta può essere basso quando si usa la radiografia. Questo significa che la probabilità di rilevamento di questi difetti nelle saldature con materiali eterogenei e acciaio risulta ridotta. |  Figura 2: Fusione incompleta |
Un altro fondamentale svantaggio delle ispezioni radiografiche è il tempo necessario per ispezionare una componente. In alcuni casi delle lunghe esposizioni determinano un prolungamento dei tempi di esposizione e pertanto delle protratte interruzioni nelle aree di lavoro. Nei casi in cui sono necessari dei lunghi tempi di esposizione dei raggi X, passare a dei metodi di applicabilità più veloce può determinare un risparmio in termini di costi in due modi: tempo impiegato dall'operatore e interruzione lavorativa minima.
L'ispezione a ultrasuoni di saldature con materiali eterogenei o acciaio
Gli ultrasuoni rappresentano una tecnica alternativa per l'individuazione di difetti nelle saldature. I rilevatori di difetti a ultrasuoni, come l'OmniScan MX2 Olympus (figura 3), per ispezionare le componenti impiegano ultrasuoni piuttosto che radiazioni. Il rilevamento è basato sul riflesso delle onde sonore in corrispondenza dell'interfaccia della componente. Per massimizzare la probabilità di rilevamento e per consentire le scansioni settoriali con rappresentazione per immagini, possono essere usate le sonde a ultrasuoni phased array. Informazioni sul phased array |  Figura 3: OmniScan MX2 Olympus |
L'ispezione trasmissione-ricezione (pitch-catch) può essere eseguita mediante sonde a ultrasuoni convenzionali a singolo elemento oppure mediante sonde phased array a elementi multipli. Queste ultime sono note come sonde Dual Matrix Array (DMA) [figura 5]. Nelle ispezioni phased array un rilevatore di difetti controlla ogni elemento singolarmente.
Tra i vantaggi del phased array è possibile menzionare la capacità di rappresentazione per immagini, la possibilità di effettuare una scansione settoriale e la facilità di copertura di una saldatura senza dovere spostare la sonda avanti e indietro. Queste funzionalità, combinate con un migliore controllo dei fasci a ultrasuoni, semplifica le ispezioni migliorando la probabilità di rilevamento.
Figura 4: Sonda phased array TRL
I livelli di rumore possono essere ridotti usando sonde a trasmissione e ricezione separate.
Figura 5: Sonda Dual Matrix Array
Una sonda DMA, contenente ognuna due trasduttori con 28 elementi, combina i vantaggi dell'ispezione phased array con quelli della tecnica trasmissione-ricezione (pitch-catch).
Riepilogo
L'ispezione a ultrasuoni offre importanti vantaggi sulla radiografia, in modo particolare con complessi tipi di materiali di saldature. Non richiede l'impiego di radiazioni ionizzanti migliorando gli aspetti di sicurezza e evitando le interruzioni sul flusso di lavoro. Inoltre permette di effettuare delle ispezioni più velocemente e di aumentare la probabilità di rilevamento di alcuni difetti di difficile individuazione. Questi vantaggi rendono l'apparecchiatura di ispezione a ultrasuoni, come il rilevatore di difetti a ultrasuoni phased array OmniScan MX2 Olympus, fortemente adatto per l'ispezione di saldature su ampia scala che devono essere realizzate in modo veloce, sicuro e con un'elevata probabilità di rilevamento.
Maggiori informazioni possono essere trovate nell'articolo tecnico integrale nel sito:: www.olympus-ims.com/en/easy-ultrasonic-phased-array-inspection-ofcorrosion- resistant-alloys-and-dissimilar-weld-materials/.
Questo articolo tecnico fornisce informazioni sui diversi parametri da considerare per configurare correttamente un'ispezione a ultrasuoni per ottenere dei risultati ottimali.
1 Rapporto esecutivo sulla sicurezza e la salute in Gran Bretagna (www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr301.pdf)
Autore
Thierry Couturier
Specialista dei prodotti e delle applicazioni – Ultrasuoni e Phased Array
Scientific Solutions Division
OLYMPUS EUROPA SE CO. KG