Ultrasuoni (UT) 2018-10-11T16:59:48+00:00

Ultrasuoni (UT)

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Cos’è il controllo non distruttivo mediante ultrasuoni

La tecnica degli ultrasuoni viene sfruttata all’interno dei controlli non distruttivi per effettuare dei test su tutta una serie di particolari. Gli ultrasuoni sono delle onde con frequenza superiori a quelle dell’udito (infatti non hanno un “suono” udibile) comprese tra i 0,5 e i 25 MHz. Queste onde passano attraverso il materiale analizzato e appena trovano un ostacolo, un vuoto alcune di queste onde vengono riflesse e tornano indietro verso il generatore. I segnali riflessi dalle onde formano un grafico con dei picchi. Questi picchi costituiscono tutti i vuoti trovati dall’onda ultrasonora. Il controllo non distruttivo mediante ultrasuoni è un tipo di prova che riesce ad identificare discontinuità interne al materiale. Infatti in superficie o appena sotto la superficie risulta difficile andare ad evidenziare delle difettosità in quanto lo strumento genera del disturbo nei primi millimetri dell’esame. Un aspetto importante da considerare per questo tipo di esame è la geometria del campione analizzato. Infatti se il campione è molto irregolare a livello geometrico l’esame risulterà più difficoltoso in quanto sarà più difficile andare ad individuare difettosità in zone come spigoli, angoli o superfici irregolari in genere. I tecnici abilitati per il controllo non distruttivo mediante ultrasuoni oltre ad essere qualificati e abilitati secondo la norma UNI EN ISO 9712 devono possedere anche una grande manualità in quanto l’utilizzo delle sonde per il controllo richiedono una grande sensibilità al tocco.
Se il particolare analizzato è privo di discontinuità allora il primo picco misurato corrisponderà allo spessore del materiale, il successivo picco corrisponderà al doppio dello spessore del materiale e via via così fino a quando l’onda non si sarà attenuata.

Come si svolge il controllo con gli ultrasuoni

In generale, i CND eseguiti con il metodo ultrasonico si suddividono in due grandi famiglie:
Tecniche “pulse-echo” (o “eco-impulso”, “in riflessione”)
Le onde ultrasoniche investono il pezzo da testate, penetrano in esso e vengono riflesse e rifratte dalle superfici che delimitano il componente stesso. Sono proprio le riflessioni interne (eco) che vengono esaminate e forniscono informazioni sulla presenza di eventuali difetti nel pezzo
Tecniche “through-transmission” (“in trasmissione”)
Nelle tecniche in trasmissione si esamina esclusivamente l’onda che ha attraversato il corpo senza tenere in considerazione le eco riflesse.

Nella tecnica in riflessione viene impiegato un solo trasduttore (che incorpora in sé le funzioni Trasmettitore e Ricevente). L’onda ultrasonica viene emessa dal trasduttore, attraversa il materiale e viene riflessa sia dalla superficie opposta del pezzo che dal difetto.
Nella tecnica in trasmissione si prevede l’impiego di due trasduttori uno dei quali emette il fascio di onde ultrasoniche mentre l’altro, posto sulla superficie opposta a quella di ingresso delle onde, raccoglie le onde stesse dopo che esse hanno attraversato il pezzo e sono state riflesse dalle eventuali discontinuità incontrate lungo il percorso.
Per generare fasci di ultrasuoni s’impiegano particolari trasduttori di opportuno materiale che, quando eccitati elettricamente, entrano in vibrazione ad una frequenza f. Le vibrazioni poi si trasmettono al mezzo cui è accoppiato il trasduttore, propagandosi sotto forma di onde. I trasduttori più utilizzati sono i Trasduttori piezoelettrici, nei quali il cristallo o la ceramica viene eccitata da un campo alternato a entrare in vibrazione alla frequenza di risonanza meccanica.

A livello pratico il trasduttore collegato ad un sistema informatico di acquisizione dei dati e interpretazione dei segnali ricevuti dal trasduttore stesso, viene posizionato sul campione utilizzando del liquido accoppiante che permette di eliminare l’aria tra il trasduttore e la superficie del particolare analizzato. A questo punto otteniamo un grafico in cui sono evidenziati dei picchi che bisogna analizzare. Questi picchi possono indicare le dimensioni del campione oppure la presenza di discontinuità interne al campione.
Un altro campo di applicazione della tecnica ad ultrasuoni è per il controllo dei punti di saldatura. L’applicazione del controllo ad ultrasuoni si basa sull’attenuazione acustica in zona fusa, che è decisamente più elevata di quella del metallo di base. Pertanto in funzione della qualità della saldatura si ottengono risposte ultrasonore diverse e riconducibili alle varie difettologie.

L‘esame ultrasonoro delle saldature a punti mediante Spot Checker KRAUTKRAMER, conforme ai requisiti della norma FIAT 0.00029, permette di rilevare imperfezioni secondo quanto prescritto dai principali capitolati automotive, come per esempio la norma FIAT 9.50171.
L’esame a ultrasuoni è basato sulla valutazione della sequenza degli echi multipli che vengono generati dopo la trasmissione dell‘impulso ultrasonoro attraverso il nocciolo del punto di saldatura. Il giudizio sulla qualità del punto di saldatura può essere espresso sia sulla base dell’abbattimento della sequenza di echi multipli, dovuto all’elevata attenuazione acustica nel punto di saldatura, che sulla base degli echi intermedi visualizzati.
Per questo tipo di controllo si utilizzano dei trasduttori che sono definiti “a colonna d’acqua”. Sono trasduttori speciali, a colonna interna d’acqua, aventi frequenza di 15 o 20 MHz, a seconda delle necessità, e diametri adatti al diametro del punto di saldatura da controllare (la sonda avrà diametro corrispondente al diametro minimo accettato del punto di saldatura). Grazie alla sua membrana flessibile, il trasduttore si adatta alle diverse forme del punto di saldatura rendendo così possibile un buon accoppiamento. Dopo il montaggio della membrana sul trasduttore, e riempimento d’acqua, la membrana dovrà avere dai 4 ai 7 mm di sporgenza per garantire un accoppiamento sufficiente. Se ciò non dovesse avvenire, il trasduttore dovrà essere riempito nuovamente d’acqua, e la membrana dovrà essere sostituita con una nuova. Nell’operazione di riempimento d’acqua del trasduttore è necessario verificare che non si formino bolle d’aria, che potrebbero falsare l’esame, nel qual caso è necessario ripetere l’operazione. Durante l’esecuzione del test l’operatore avrà cura di controllare periodicamente la sporgenza della membrana elastica dal trasduttore e provvedere alla sostituzione qualora fosse necessario.

Nel controllo non distruttivo mediante ultrasuoni dei punti di saldatura è molto importante la fase di taratura. La preparazione di “piattine”, utilizzando lo stesso materiale che bisogna successivamente testare e con dei punti di saldatura che possono presentare diverse difettosità, è molto importante in quanto permette di creare uno storico, un database con diverse tipologie di punto di saldatura. In questo modo è possibile settare lo strumento nella maniera più precisa possibile e non avere indecisioni sulla valutazione di un punto durante l’esame.

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Le normative per il controllo non distruttivo mediante ultrasuoni

Le norme più comuni e utilizzate nel controllo non distruttivo mediante ultrasuoni sono:
ISO 16810 – Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles,
ISO 17577 – Steel — Ultrasonic testing of steel flat products of thickness equal to or greater than 6 mm,
ASTM A388 / A388M – Standard Practice for Ultrasonic Examination of Steel Forgings
ASME– Section V – Nondestructive Examination.
Per quanto riguarda il controllo sui punti di saldatura ci sono tutte dei capitolati automotive per le diverse case produttrici di automobili. Infatti l’impego dei punti di saldatura dell’automotive è molto diffuso soprattutto per quanto riguarda le scocche e i telai. Possiamo trovare la norma:
FIAT 9.50171 – Saldatura elettrica per resistenza a sovrapposizione
FIAT 0.00029 – Controllo dei punti di saldatura con l’impiego degli ultrasuoni
IVECO 18-1306 – Saldatura elettrica per resistenza a sovrapposizione

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