I controlli con ultrasuoni sono tra i metodi più usati per verificare l'integrità di una saldatura senza danneggiarla. Un fascio di onde sonore ad alta frequenza attraversa il metallo e rimanda un segnale ogni volta che incontra una discontinuità interna: una cricca, una mancanza di fusione, un'inclusione.
Chi gestisce forniture e commesse industriali ha tutto l'interesse a capire come funziona questo esame: aiuta a leggere un rapporto, a sapere cosa chiedere al fornitore e a scegliere il metodo giusto. Partiamo dal principio fisico, poi vediamo come si svolge l'esame, quali norme lo regolano, cosa individua e quali limiti ha rispetto ad altri controlli.
Il controllo a ultrasuoni, indicato con la sigla UT (Ultrasonic Testing), rientra nei controlli non distruttivi, i CND: metodi che verificano un componente lasciandolo integro e utilizzabile. Della stessa famiglia fanno parte l'esame visivo, i liquidi penetranti, le particelle magnetiche e la radiografia industriale.
Liquidi penetranti e particelle magnetiche rilevano soprattutto difetti in superficie o appena sotto. Le prove non distruttive con ultrasuoni sono invece un metodo volumetrico, perché esplorano l'intero spessore della saldatura. Proprio per questo si prestano ai giunti a piena penetrazione e agli spessori importanti.
Nel controllo ultrasuoni di una saldatura il tecnico appoggia sulla superficie una sonda con un cristallo piezoelettrico, che invia nel metallo impulsi di solito compresi tra 2 e 5 MHz. Quando il fascio incontra una discontinuità, parte dell'energia torna indietro sotto forma di eco. Tempo e ampiezza del segnale indicano posizione e dimensione del difetto.
Sulle saldature si lavora quasi sempre con sonde angolate, che inviano il fascio inclinato, per esempio a 45°, 60° o 70°, e raggiungono il cordone partendo dal materiale base accanto. Tra sonda e pezzo va steso un accoppiante, come gel o olio, perché l'aria blocca quasi del tutto gli ultrasuoni. Perché l'esame sia affidabile servono anche:
Con l'ultrasuono convenzionale lo strumento mostra un A-scan: un grafico che riporta l'ampiezza dell'eco in funzione del tempo di percorso. L'operatore interpreta i picchi, li confronta con il riferimento di taratura e stabilisce se l'indicazione va registrata. Nell'esame ultrasuoni, quindi, la competenza di chi lo esegue pesa quanto lo strumento.
In Europa il riferimento per i controlli ultrasuoni manuali sulle saldature è la norma ISO 17640, applicabile ai giunti saldati per fusione in materiali metallici con spessore da 8 mm in su. La norma definisce le tecniche di esame e quattro livelli di prova, da A a D, ognuno con una diversa probabilità di rilevare le imperfezioni.
A stabilire quando una saldatura si accetta o si scarta è invece la ISO 11666. Prevede due livelli di accettabilità, collegati ai livelli di qualità B e C della ISO 5817, per saldature a piena penetrazione in acciai ferritici da 8 a 100 mm. Il livello da applicare viene indicato dalla specifica di progetto o dalla norma di prodotto.
Il risultato vale solo se l'operatore è qualificato. La ISO 9712 certifica il personale CND su tre livelli: il livello 1 esegue il controllo seguendo istruzioni, il livello 2 imposta lo strumento e interpreta l'esame, il livello 3 definisce tecniche e procedure. Per firmare un rapporto sui controlli UT serve, di norma, almeno il livello 2.
Il controllo saldature con ultrasuoni è particolarmente sensibile ai difetti planari, cioè estesi su un piano, come cricche e mancanze di fusione. Sono anche i più pericolosi per la resistenza del giunto, perché concentrano le tensioni. Le indicazioni che l'esame permette di rilevare in una saldatura sono soprattutto queste:
Oltre a segnalare il difetto, l'esame ne indica profondità e posizione lungo il cordone, due informazioni che servono a decidere se e dove intervenire con una riparazione. Le tecniche avanzate, di cui parliamo più avanti, permettono anche di stimare con maggiore affidabilità l'altezza dell'indicazione nello spessore.
A differenza della radiografia, i controlli ultrasonori non usano radiazioni ionizzanti. Non serve quindi sgomberare l'area né adottare le cautele di un cantiere radiografico, e il risultato è immediato. La radiografia, dal canto suo, lascia un'immagine permanente e rende meglio su porosità e inclusioni di forma tondeggiante.
I due metodi sono spesso complementari. La scelta dipende da spessore, geometria del giunto, tipo di difetto atteso e da quanto prescrive la specifica. Sugli spessori elevati gli ultrasuoni sono di solito più pratici; sotto gli 8 mm o su geometrie complesse la radiografia può restituire risultati più leggibili.
Il phased array (PAUT) è una tecnica di controllo ad ultrasuoni basata su una sonda composta da molti piccoli elementi comandati elettronicamente. Il fascio si orienta e si focalizza senza muovere la sonda, e il risultato è un'immagine della sezione della saldatura, che si può registrare e riesaminare. La norma di riferimento è la ISO 13588.
Il TOFD (Time of Flight Diffraction) lavora invece con due sonde poste ai lati del cordone e misura il tempo di arrivo delle onde diffratte dagli estremi del difetto. È molto preciso nel dimensionare l'altezza delle indicazioni ed è regolato dalla ISO 10863. Nelle applicazioni più critiche le due tecniche vengono spesso usate insieme.
Da un buon rapporto di controllo ultrasuoni si deve poter ricostruire chi ha controllato cosa, con quale metodo e con quale esito. Prima di accettare una fornitura conviene verificare che riporti almeno gli elementi elencati qui sotto: sono quelli che rendono il risultato verificabile anche a distanza di tempo.
Se il rapporto si limita a un "esito conforme", senza procedura né dati di taratura, non c'è modo di capire su cosa poggi quella conclusione. Ecco perché, nelle forniture critiche, il committente chiede spesso un'ispezione tecnica di terza parte, con un tecnico indipendente presente durante i controlli ultrasuoni.
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