L’esame della vetroresina con gli ultrasuoni

Un’azienda italiana ha introdotto una tecnologia innovativa per l’esame di tutti i compositi, sia in carbonio che vetroresina, monolitici o a sandwich. L’esame agli ultrasuoni permette di osservare “al microscopio” la struttura di ogni stratificazione, senza necessità di tagliare la barca.Siete sul punto di comprare una barca nuova. Avete ispezionato tutto e vi sembra perfettamente a posto. Anche se siete stati estremamente pignoli sapete che non avete potuto verificare alcune cose. Non importa, acquistando qualche bene c’è sempre un rischio. Non a caso la Comunità Europea ha stabilito che la garanzia sui prodotti nuovi sia obbligatoriamente di almeno 24 mesi. Ma non siete ancora del tutto tranquilli. Ormai sapete che il tempo che intercorre fra il varo e la presenza di osmosi dipende principalmente dalla bontà del manufatto “scafo”. Quella non può essere accertata. Troppi sono i fattori che la determinano: quanto bene abbiano lavorato gli addetti alla stratificazione, la qualità dei prodotti usati, i parametri atmosferici. Insomma, per capire se l’osmosi arriverà fra cinque o venti anni dovete affidarvi unicamente alla serietà del produttore.
Ancora peggiore è la situazione se state acquistando una barca usata. Non avete la possibilità di farla periziare da un esperto, magari al suo interno la vetroresina ha iniziato a delaminarsi, con seri rischi di compromettere l’integrità di tutta la struttura. Come potete fare. Una barca non èun’anguria e la prova del “tassello” non è raccomandabile (nè estremamente significativa).
Fino a pochi mesi fa non vi era soluzione. Solo l’orecchio e gli occhi di un perito potevano intuire lo stato della struttura battendo con il martelletto in una serie di punti, verificando la risposta elastica e acustica della struttura.
In campo industriale da anni si eseguono su oggetti metallici prove “non distruttive”, per eseguire le quali non si danneggia la struttura, che rimane perfettamente integra. Fra queste l’esame ad ultrasuoni, con i liquidi penetranti, le radiografie. mappature magnetiche, Oggi, l’avvento dell’elettronica ha permesso di trovare il modo di compiere una “analisi non distruttiva” anche sulle imbarcazioni e sui loro componenti. La specifica applicazione è stata studiata da Stefano Beltrando, appassionato di barche a vela (quest’anno ha concluso il mondiale IMS al secondo posto nel ruolo di navigatore sul Grand Soleil 44 Race “Wind”) che si è laureato con una tesi universitaria, presso la facoltà di Scienze dei Materiali di Torino, sull’impiego degli ultrasuoni come metodo di indagine della qualità delle strutture composite.
Racconta Stefano Beltrando:
«Dopo brevi parentesi in vari settori, dal cantieristico all’aero spaziale, ho rilevato che applicati molti metodi per riconoscere i difetti di strutture prodotte con standard di qualità molto alta, come in aeronautica, ma non esistono metodi efficienti per analizzare strutture composite di media qualità. Ho quindi studiato come controllare con un metodo non distruttivo le strutture composite marine ed affini. Dopo 14 mesi di lavoro ed esperienze nei cantieri europei, ho messo a punto un metodo e una strumentazione efficacissi mi per riconoscere i difetti di tali strutture.
Con una serie di viaggi in quasi tutti gli stati europei ho verificato come non esista una tecnica comparabile e quindi concorrente per costi, tempo necessario e risultati. La nostra nazione è quindi oggi all’avanguardia nel settore. Il riconoscimento dell’innovazione portata da questo metodo mi ha permesso di stringere collaborazioni con i cantieri più conosciuti in Europa oltre che venire accettato come spin-off dell’Istituto Nazionale di Fisica della Materia (INFM) e dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali per gli studi sull’uso degli ultrasuoni nell’analisi non distrutive in ambito nautico.»
Nel 1999 Beltrando fonda la QI. Composites srl., con l’obiettivo di prestare le proprie consulenze nel settore nautico e non (infatti annovera clienti tra i produttori di pale eoliche, automobili, radar e componentistica varia), portando quel contributo che spesso le aziende faticano a far crescere in casa, ovvero un metodo di indagine di qualità e una visione ampia sui metodi di produzione.
Dal 1999 ad oggi, la Q.I.Composites ha esteso la propria lista di collaborazioni ai principali cantieri europei (Prada Cahllenge for America’s Cup, Wally Yachts, Nautor, Pershing, C.N.B. Conyplex, Polymarin, Riva, Dallara).
Dal 2001 QI. Composites fornisce consulenze anche agli armatori che desiderano passare la loro barca al setaccio”, sia prima dell’acquisto che dopo un incidente. Lo staff attuale della società è composto da diversi tecnici in giro per l’Europa oltre che da un settore di ricerca che continuamente esamina e studia nuovi materiali e casi che si propongono. Da quest’anno la società collabora con “Nautica” per la verifica strutturale degli scafi di alcune imbarcazioni provate dagli esperti della rivista.
Come scrive la stessa QI. Composites sulla presentazione della società: ‘
E per i materiali compositi ci ha ad introdurci in un settore abbastanza “vergine”, quello dell’analisi qualitativa dei materiali che costituiscono le imbarcazioni. nasce dal desiderio di scoprire cosa rende differenti due strutture apparentemente uguali, quale sia il miglior materiale per una certa struttura o, per esempio, capire se sia possibile prevedere una rottura disastrosa. Gli ultrasuoni assieme alla conoscenza dei materiali compositi, ci hanno permesso di rispondere a molte di queste domande che, oltretutto, quasi tutti gli armatori si pongono.>>

 

SCOPO DELL’ANALISI E CALCOLO DEL PUNTEGGIO
di Q.I. Composites
Nel settore nautico si opera generalmente con strutture che non sono realizzate in modo omogeneo, come avviene per la produzione industriale. Alfine di ottenere una valutazione obiettiva della qualità della struttura e, indirettamente, della bontà del metodo di realizzazione dello stesso, è importante quindi eseguire delle analisi estese, in quanto un metodo statistico non permette di valutare con certezza il grado di qualità del prodotto. In questo senso, il metodo di analisi con gli ultrasuoni risulta particolarmente efficace, dato che è possibile rilevare quanti “spettri” si vogliono di altrettanti punti della struttura. 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 descritta è possibile fornire un prodotto garantito da un metodo di analisi che si avvale di dati oggettivi e 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 tradotte in pratica, il metodo è in grado di offrire al settore produttivo e progettuale per migliorare tecnicamente e qualitativamente i prodotti. La grande incognita delle strutture composite attualmente in uso nel mondo della nautica è il loro comportamento nel tempo. Conoscere a fondo cosa accade a una struttura dopo un certo periodo d’uso garantisce al costruttore preziose informazioni, che permettono di evitare il ripetersi di alcuni errori; ma soprattutto dona al cliente la sicurezza di navigare, senza dubbi sulla solidità della propria imbarcazione. Infatti nel caso si riscontrassero difetti, questi possono essere immediatamente riparati, senza permetterne la propagazione. Inoltre, forti del primo data base ‘post-produzione”, è possibile in qualunque momento verificare, senza effettuare danno alcuno alla struttura, se nel tempo intercorso sono avvenuti dei cambiamenti nei materiali e nelle strutture, fornendo una volta di più delle informazioni determinanti nella ricerca della qualità e del miglior processo produttivo. Le più utili e importanti informazioni ottenibili da uno scafo navigante, infatti, sono senz’altro quelle ricavabili dall’analisi spettrale negli stessi punti e con lo stesso sistema del controllo postproduzione, 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 possono verificare:

• variazioni delle proprietà meccaniche;
• propagazione di delaminazioni preesistenti;
• nuove delaminazioni

Uno degli obiettivi di Q.I Composites è rendere l’analisi e l’elaborazione degli spettri ultrasuoni completamente automatica. Questo permette di eliminare il ‘soggettivismo’ dovuto all’intervento umano, che rende i dati non omogenei perché interpretati in modo diverso da persona a persona. Automatizzare l’analisi ultrasonora significa standardizzare la scelta dei punti di raccolta degli spettri ed elaborare i dati raccolti con un software di analisi ad hoc. Al momento si sta operando con un software che permette di scoprire incongruenze e difetti di laminazione (delaminazioni scollamenti, vuoti, bolle,…) sulla base degli spettri,. dei piani di laminazione, delle tecniche di costruzione, dell’uso, dell’usura dell’imbarcazione e dei parametri ambientali. Il software è in grado di elaborare gli spettri relativi a una stessa struttura per monitorare l’ evoluzione di questa nel tempo .
Questi sono le fasi di un’analisi:

• Rilevazione spettri ultrasuoni sui punti stabiliti della struttura
• trasmissione dei dati alla sede operativa
• Elaborazione dei dati con l’uso di software dedicati
• Valutazione sui risultati
• Stesura dei risultati definitivi
• Archiviazione dei dati in un database

Per quanto riguarda il metodo di valutazione della qualità di costruzione in genere, per ogni punto analizzato si esprimono due tipi di giudizio: estetico, ovvero si valutano le problematiche che rappresentano o potranno dare origine a un danno estetico e strutturale, ovvero relativo alle problematiche che rappresentano o potranno evolvere in un problema strutturale. In base agli spettri sonori dei punti si esprimono le valutazioni relative alle strutture costitutive principali dell’imbarcazione. La scala di valutazione è un numero da i a 4 esprimibile in stelle (*) in cui il giudizio peggiore è 1 stella. lì risultato è una tabella in cui sono riportati tali giudizi per ogni parte analizzata. I giudizi relativi alle singole zone sono poi riassunti in un unico giudizio in centesimi (sempre distinguendo problematiche estetiche e strutturali), calcolato come media pesata tra i singoli punteggi. Come peso si da maggiore importanza ai diversi elementi. Per esempio nel giudizio estetico sono preponderanti la coperta, le sovrastrutture e l’opera morta, mentre per quello strutturale diventano preponderanti l’opera viva, la coperta e le strutture interne (paratie).