Controlli a ultrasuoni su componenti in rame di grandi dimensioni

Partire dall’obiettivo del controllo

Il controllo a ultrasuoni introduce onde sonore nel componente e valuta i segnali riflessi o trasmessi. Per un componente in rame o lega di rame di grandi dimensioni, la prima domanda non è semplicemente "Si può eseguire un controllo UT?", ma quali siano il volume da esaminare, l’orientamento e l’intervallo dimensionale delle discontinuità, la loro posizione, lo stato di fabbricazione e la decisione che l’esame deve supportare.

Definire se l’obiettivo è:

• esaminare un volume ottenuto per deformazione plastica, forgiatura, fusione in forma, laminazione, estrusione, saldatura o altri processi;
• valutare il semilavorato iniziale, un grezzo intermedio, un pezzo sgrossato, un assieme giuntato o un componente finito;
• rilevare discontinuità planari, volumetriche, laminari, da ritiro, inclusioni, mancanze di legame, discontinuità assimilabili a cricche o altre discontinuità specificate;
• misurare lo spessore o mappare lo spessore residuo della parete;
• supportare il controllo del processo, l’accettazione da parte del cliente, un’indagine o una valutazione in servizio.

Capacità e sensibilità del controllo UT dipendono da materiale effettivo, forma di prodotto, stato, geometria, superficie, accessibilità, apparecchiatura, procedura e riferimenti adottati.

1. Caratterizzare il materiale e la forma di prodotto

Registrare la designazione esatta del rame o della lega di rame, la forma di prodotto, il ciclo di fabbricazione, lo stato, il trattamento termico, l’intervallo delle sezioni, la struttura del grano, le giunzioni e la fase di controllo.

Un grano grossolano o variabile con la direzione, la struttura di fusione, le transizioni tra forme di prodotto, le zone termicamente alterate e alcune sezioni elevate possono aumentare diffusione, attenuazione, rumore strutturale o variazioni della risposta acustica. L’alta conducibilità non permette, da sola, di prevedere la controllabilità a ultrasuoni. Una procedura dimostrata su semilavorati a grano fine ottenuti per deformazione plastica non deve essere trasferita automaticamente a un grande getto, a un giunto tra materiali dissimili o a un forgiato con diverso ciclo produttivo.

Quando la risposta del materiale è incerta, effettuare prove preliminari. La prova deve essere rappresentativa della forma di prodotto, della sezione, della superficie, del percorso sonoro e dell’obiettivo di rilevamento richiesto.

2. Mappare geometria, accessibilità e superfici

• Superfici di controllo e superfici opposte, curvature, conicità, gradini, fori, asole, canali, alesaggi, nervature, saldature, tappi, interfacce e variazioni di sezione.
• Direzioni di scansione disponibili, ingombro della sonda sulla superficie, accesso per l’accoppiante, distanza dai bordi, temperatura superficiale, rugosità, rivestimento, scaglie di ossido e stato di lavorazione.
• Volumi in ombra acustica per effetto della geometria, zone morte prossime alla superficie di ingresso e a quella opposta, divergenza del fascio, conversione di modo, comportamento dell’eco di fondo e zone che richiedono un’altra tecnica o fase di controllo.
• Sistema di riferimenti e reticolo per registrare la copertura della scansione e la posizione delle indicazioni.

La sgrossatura può migliorare l’accessibilità mantenendo il sovrametallo e rendendo accessibile il volume da controllare. La finitura può migliorare lo stato superficiale, ma rendere inaccessibili alcune zone o lasciare materiale insufficiente per gli interventi conseguenti alla valutazione. Scegliere la fase di controllo prima di definire in via definitiva il piano di fabbricazione.

3. Definire la tecnica per iscritto

Il requisito di acquisto o la procedura approvata deve definire:

• norma di prodotto, codice, documento contrattuale o procedura specifica di progetto applicabile;
• tecnica convenzionale, multielemento a controllo di fase (phased array), a immersione, per trasmissione, a fascio normale, a fascio angolato o altra tecnica approvata;
• tipo di sonda, frequenza nominale, dimensioni, angolo, modo d’onda, strumento, accoppiante, passo, sovrapposizione, direzione e velocità di scansione, quando pertinenti;
• campo di misura, velocità di propagazione, livello di riferimento, sensibilità, correzione di trasferimento, correzione distanza-ampiezza, guadagno corretto nel tempo, finestre di valutazione, livello di registrazione e verifiche applicabili;
• blocchi di taratura o di riferimento, riflettori artificiali, similitudine di materiale e geometria, tracciabilità e alternative ammesse;
• volume da esaminare, piano di scansione, copertura, esclusioni, limitazioni e metodi integrativi.

La frequenza è un compromesso tra penetrazione, attenuazione, risoluzione, rumore di grano, sezione e risposta delle discontinuità. Deve essere dimostrata idonea allo specifico controllo, non scelta in base a un valore universale per il rame.

4. Separare taratura, rilevamento, valutazione e accettazione

Un riflettore di riferimento fornisce una risposta definita in una configurazione definita. Non equivale automaticamente a una discontinuità naturale e, da solo, non stabilisce l’idoneità al servizio.

Mantenere distinte queste decisioni:

1. Taratura e verifica del sistema: confermano la configurazione di esame e la risposta di riferimento.
2. Rilevamento e registrazione: identificano i segnali che soddisfano le regole di registrazione della procedura.
3. Valutazione e caratterizzazione: considerano posizione, ampiezza, estensione, orientamento, ripetibilità, geometria ed esami di supporto.
4. Accettazione: applica i criteri selezionati esplicitamente dal contratto, dalla norma di prodotto, dal codice o dal tecnico responsabile.

Un’indicazione ultrasonora non è automaticamente un difetto non accettabile. Viceversa, l’assenza di indicazioni registrabili non dimostra che il volume sia completamente privo di difetti. La ISO 16810:2024 fornisce principi generali per i prodotti industriali che consentono la trasmissione degli ultrasuoni, ma non stabilisce l’estensione dell’esame, il piano di scansione o i criteri di accettazione.

5. Definire i requisiti per il personale e la procedura

Specificare se sono richieste qualificazione e certificazione del personale secondo ISO 9712, uno schema basato sul datore di lavoro, un codice o un altro sistema approvato. La ISO 9712 riguarda la qualificazione e la certificazione del personale addetto ai controlli non distruttivi industriali (CND/NDT); citarla non definisce una procedura per il componente, un piano di scansione, criteri di accettazione o una dimostrazione specifica per il prodotto.

Qualificazione della procedura, dimostrazione della tecnica, verifica dell’apparecchiatura, blocchi di riferimento e approvazione del cliente devono essere specificati quando lo richiedono il componente, la risposta del materiale, la geometria o le possibili conseguenze. La certificazione del personale e l’idoneità della procedura sono misure di controllo correlate, ma non si sostituiscono a vicenda.

6. Documentare copertura e limitazioni

Il rapporto UT deve identificare:

• componente, entità o disegno, revisione, tracciabilità tramite numero di serie o colata, materiale, forma di prodotto, stato e fase di prova;
• procedura e revisione, apparecchiatura, sonde, blocchi di taratura e di riferimento, impostazioni, data, operatore e criteri di qualificazione;
• superfici, direzioni, reticolo, volume esaminato, piano di scansione, copertura, zone escluse, zone morte, limiti di accessibilità e limitazioni dovute al materiale o alla geometria;
• indicazioni registrate, posizione, profondità o percorso sonoro, ampiezza o risposta di riferimento, estensione apparente, valutazione e decisione conseguente;
• documento e revisione dei criteri di accettazione, risultati, scostamenti, presenziamento o approvazione e file di supporto.

Quando non è possibile coprire in modo affidabile il volume richiesto, dichiarare la limitazione e concordare una modifica della fase, della superficie, della tecnica, dei riferimenti, un metodo complementare o una decisione progettuale conseguente. Non nascondere una zona inaccessibile dietro una dichiarazione generica secondo cui il pezzo ha "superato il controllo UT".