Ultrasuoni difettoscopici – UT-TOFD-Phased Array

L’esame ad ultrasuoni si basa sulla propagazione di onde elastiche attraverso l’oggetto da esaminare e sul monitoraggio del segnale trasmesso (Tecnica per Trasmissione) o del segnale riflesso o diffratto da qualsiasi superficie o discontinuità (Tecnica per Riflessione).

Gli ultrasuoni sono onde elastiche di tipo meccanico che si trasmettono nei corpi solidi, producendo nelle loro molecole oscillazioni elastiche attorno all’originaria posizione di equilibrio. Le oscillazioni sono di tipo sinusoidale, e quindi caratterizzate da un tipo di propagazione (onde longitudinali, onde trasversali, onde superficiali di Rayleigh, onde di Lamb).

Il fascio di onde ultrasonore, ovvero il segnale, viene generato sfruttando le proprietà piezoelettriche o magnetostrittive di alcuni cristalli di quarzo, cioè la loro capacità di contrarsi ed espandersi sotto l’azione di un campo elettrico o di un campo magnetico alternato.

Gli ultrasuoni generati vengono trasferiti direttamente nel materiale da controllare grazie al contatto, o più propriamente al semplice accostamento del generatore (trasduttore) alla superficie del pezzo. Il fascio di onde ultrasonore si propaga nel materiale da esaminare con la stessa frequenza del generatore e con una velocità che dipende dal materiale attraversato. Quando il fascio incontra un ostacolo sarà riflesso, assorbito, deviato o diffratto secondo le leggi comuni a tutti i fenomeni di propagazione delle onde.

Il segnale di partenza degli ultrasuoni (eco di partenza) e quello riflesso dalla superficie opposta a quella di entrata (eco di fondo), vengono visualizzati sullo schermo dello strumento con dei picchi, la cui distanza risulta proporzionale al tempo che gli ultrasuoni impiegano per percorrere il viaggio di andata e di ritorno dalla sonda alla superficie riflettente presente all’interno del materiale. Se durante tale percorso il fascio ultrasonoro incontra delle discontinuità esse fungono da riflettori, e sullo schermo, tra i due precedenti picchi (eco di partenza ed eco di fondo), ne compariranno degli altri che rappresentano delle indicazioni relative al tipo di discontinuità incontrate.

MEZZO DELL’ACCOPPIAMENTO

Possono essere utilizzati diversi mezzi d’accoppiamento, ma il tipo deve essere compatibile con i materiali da utilizzare: acqua contenente un agente (antigelo, umettante, inibitore della corrosione), pasta di contatto, olio, grasso, pasta cellulosa contenente acqua.

VELOCITA’ DI SCANSIONE

La scelta della velocità di scansione deve tener conto della frequenza delle ripetizioni di impulsi e della capacità dell’operatore di riconoscere i segnali.
E’ possibile valutare la dimensione della discontinuità incontrata dal fascio di ultrasuoni confrontando l’intensità dell’eco ricevuto con quello di difetti standard, o con grafici appositamente costruiti. Nella pratica corrente i controlli non distruttivi con ultrasuoni si eseguono tarando lo strumento con adatti campioni standard, cioè cercando gli echi di difetti precostituiti (fori di dimensioni predeterminate eseguiti in posizioni definite del saggio di taratura), oppure tarando lo strumento direttamente sul pezzo da esaminare, per cogliere l’eco di fondo e la sua scomparsa od attenuazione.

VANTAGGI E SVANTAGGI

• Alta sensibilità. Si riescono a rivelare difetti molto piccoli.
• Buon potere di penetrazione. Permette l’ispezione di grosse sezioni.
• Accurata determinazione della posizione delle imperfezioni e della gravità delle stesse.
• Veloce tempo di risposta. Sono possibili test automatici ad alta velocità.
• E’ richiesto l’accesso ad una sola superficie del mezzo di ispezione.
• Impossibilità di utilizzo su materiali ad alta attenuazione acustica e con geometria complessa.
• L’eccessiva rugosità della superficie di scansione nelle ispezioni a contatto costituisce una seria limitazione all’applicazione del metodo ultrasonoro.
• La non facile interpretazione delle indicazioni fornite da un esame ultrasonoro necessita di operatori altamente qualificati e di notevole esperienza.