Analisi Non Distruttive
- Difetti rilevabili in strutture in materiale composito
- Vantaggi
- Principi fondamentali dell'ultrasuono
- Pulse-echo A.scan per verificare la qualità dei prodotti e del processo produttivo
DIFETTI RILEVABILI IN STRUTTURE IN MATERIALE COMPOSITO
- Presenza e tipologia di delaminazioni
- Presenza di vuoti tra le fibre
- Corretto incollaggio delle strutture
- Uniformità dello spessore della stratificazione
- Compattazione delle fibre
- Uniformità delle proprietà meccaniche della struttura
- Eventuali inclusioni di materiale estraneo alla laminazione
- . . .
VANTAGGI
- Metodo non distruttivo
- Analisi estensiva delle strutture
- Dati oggettivi (proprietà fisiche della struttura)
- Strumentazione portatile
- Analisi su metalli e strutture composito
ULTRASUONI: PRINCIPI FONDAMENTALI
Che cos’è l’ultrasuono?
Il suono generato al di sopra della banda
del suono udibile dall’orecchio umano (tipicamente 20KHz) è chiamato
ultrasuono. La banda di frequenze normalmente utilizzate nei test non
distruttivi con ultrasuoni è compresa tra 100KHz e 50MHz. L’ultrasuono
si comporta come il suono udibile, ma dato che ha una lunghezza d’onda
minore viene riflesso da superfici molto piccole come i difetti all’interno
dei materiali. Questa proprietà viene sfruttata per i test non distruttivi.
Lo Spettro
Acustico divide il suono in tre bande di frequenza; la banda dell’ultrasonoro
è ulteriormente divisa in tre parti.
Frequenza, Periodo e Lunghezza d’Onda
Le vibrazioni ultrasonore
si propagano sotto forma di onda, nello stesso modo in cui viaggia la
luce. Però, a differenza della luce che si propaga anche nel vuoto,
l’ultrasuono richiede un mezzo elastico come un liquido o un solido.
Nella Figura 1 sono mostrati i parametri principali che caratterizzano
un’onda. Questi parametri sono la lunghezza d’onda (l)
e il periodo (T) di un ciclo completo.
FIGURA 1
Il numero di cicli completati in un secondo si chiama frequenza (f) ed
è misurata in Hertz (Hz), ecco qualche esempio:
- 1 ciclo/secondo = 1Hz
- 1000 cicli/secondo = 1KHz
- 1000000 cicli/secondo = 1MHz
Il tempo impiegato per completare un intero ciclo è il periodo (T), misurato in secondi. La relazione tra la frequenza e il periodo di un’onda è:
Velocità dell’Ultrasuono e Lunghezza d’Onda
La velocità dell’ultrasuono (c) in un materiale perfettamente elastico,
a una data temperatura e pressione, è costante. La relazione tra c, f ,l e T è:
Propagazione dell’Onda e Movimento delle Particelle
I metodi comunemente
utilizzati per l’analisi con ultrasuoni utilizzano le onde longitudinali
o le onde trasversali. Esistono altre forme di propagazione dell’ultrasuono,
tra cui le onde superficiali e le onde di Lamb.
L’onda longitudinale
è un’onda di compressione in cui il moto delle particelle è parallelo
alla direzione di propagazione.
Nell’onda trasversale
il moto delle particelle è perpendicolare alla direzione di propagazione.
Le onde superficiali
(di Rayleigh) hanno un moto delle particelle ellittico e si
propagano sulla superficie di un materiale. La loro velocità è pari
a circa il 90% della velocità delle onde trasversali e lo spessore di
materiale interessato dal fenomeno è circa pari ad una lunghezza d’onda.
Le onde di Lamb
hanno un complesso modo di vibrazione e si manifestano quando lo spessore
del materiale è minore della lunghezza d’onda dell’ultrasuono che lo
attraversa
La Figura
2 mostra uno schema del moto delle particelle in funzione della direzione
di propagazione per le onde longitudinali e trasversali.
FIGURA 2
Applicazione dell’Ultrasuono
Durante un test non distruttivo
con ultrasuoni vengono inviate onde sonore ad alta frequenza in un campione
per ottenerne informazioni senza alterarlo o danneggiarlo. Il valore
misurato in un test a ultrasuoni è il tempo di volo ovvero il tempo
impiegato dal suono per attraversare il campione. A partire dal tempo
di volo (ts) e dalla velocità dell’onda (c) può essere misurato
lo spessore del materiale (t):
PULSE-ECHO A. SCAN PER LA VERIFICA DELLA QUALITÀ DI PRODOTTI E PROCESSI PRODUTTIVI
Trattando di strutture che non vengono
realizzate in modo industriale; al fine di possedere una valutazione obiettiva
della qualità della struttura ed indirettamente della bontà
del metodo di realizzazione dello stesso, è importante eseguire
delle analisi estese, in quanto un metodo statistico non permette di valutare
con certezza il grado di qualità del prodotto.
A questo proposito il metodo di analisi con gli ultrasuoni
risulta particolarmente efficace, dato che è possibile rilevare
quanti spettri si vogliono di altrettanti punti della struttura senza
lasciarvi alcuna traccia dell'analisi avvenuta.
L'analisi degli spettri raccolti permette, con opportuni
software e con l'esperienza, di definire la qualità della struttura
secondo i seguenti parametri:
- presenza di delaminazioni
- tipologia delle delaminazioni
- uniformità dello spessore della stratificazione
- compattaggio delle fibre; · uniformità delle proprietà meccaniche della struttura
- eventuali inclusioni di materiale estraneo alla laminazione
Seguendo la procedura qui descritta è possibile
fornire al cliente un prodotto garantito da un metodo di analisi che si
avvale di dati oggettivi ed inequivocabili quali velocità degli
ultrasuoni, ampiezza del segnale ecc.… dimostrando oltre all'affidabilità
del prodotto un background tecnologico invidiabile.
Non meno importante è la mole
di informazioni che opportunamente sviscerate è in grado di permettere
al settore produttivo e progettuale di crescere tecnicamente e qualitativamente.
La grande incognita delle strutture composite attualmente
in uso nel mondo della nautica è il loro comportamento nel tempo.Conoscere
a fondo cosa accade ad una struttura dopo un certo periodo d'uso garantisce
al costruttore delle preziose informazioni che possono permettere di evitare
il ripetersi di determinati errori; ma soprattutto dona al cliente la
sicurezza di navigare senza dubbi sulla solidità della propria
imbarcazione.
Infatti nel caso si riscontrassero difetti, questi verrebbero
immediatamente riparati senza permetterne la propagazione.
Le più utili ed importanti informazioni ottenibili
da uno scafo in uso sono senz'altro quelle ricavabili dall'analisi spettrale
negli stessi punti e con lo stesso sistema del controllo post-produzione,
in quanto il confronto diretto tra i nuovi dati e quelli precedenti permette
di mettere in luce le differenze che sono intercorse durante il periodo
di esercizio.
In particolare si andrebbero a verificare:
- variazione delle proprietà meccaniche
- propagazione di delaminazioni preesistenti
- nuove delaminazioni
