Le tecnologie in breve
Le moderne tecnologie per il controllo ultrasonoro stanno assumendo un ruolo sempre più centrale nell’industria, sostituendo progressivamente sia gli ultrasuoni convenzionali sia il metodo radiografico in numerose applicazioni.
Il controllo ad ultrasuoni rappresenta da sempre uno dei principali metodi per il controllo volumetrico dei materiali. Tuttavia, la tecnologia convenzionale presenta alcuni limiti operativi che possono influenzare la qualità e la tracciabilità dell’ispezione.
Tra gli svantaggi principali troviamo:
- assenza di una registrazione completa dell’ispezione;
- impossibilità di riesaminare i risultati senza ripetere il controllo;
- difficoltà nel verificare che il componente sia stato controllato secondo i parametri corretti;
- forte dipendenza dall’esperienza dell’operatore nell’interpretazione delle indicazioni.
Le tecnologie Phased Array e TOFD nascono proprio con l’obiettivo di superare questi limiti, introducendo strumenti di acquisizione avanzata, registrazione digitale e maggiore precisione nell’analisi delle discontinuità.
Il metodo Phased Array
Il termine Phased Array identifica una tecnologia ultrasonora che utilizza sonde composte da matrici di cristalli attivati elettronicamente in fase per controllare il fascio ultrasonoro.
A differenza degli ultrasuoni convenzionali, il sistema Phased Array permette di modificare dinamicamente forma, inclinazione e focalizzazione del fascio durante l’ispezione.
Questa tecnologia introduce alcuni concetti fondamentali:
- le aperture rappresentano il numero di cristalli utilizzati simultaneamente durante il controllo;
- il numero di pulsatori indica quanti cristalli possono essere eccitati contemporaneamente dallo strumento;
- il numero di canali identifica il numero massimo di aperture gestibili;
- la dicitura XX:YY indica rispettivamente il numero di pulsatori e il numero di canali dello strumento.
Ad esempio, il sistema SIUI SyncScan 3 utilizza una configurazione 64:128.
La tecnologia Phased Array sfrutta il ritardo di fase applicato ai diversi cristalli per generare fasci ultrasonori con geometrie differenti in funzione dell’applicazione.
Gli ultrasuoni riflessi dalle indicazioni vengono acquisiti con tempi differenti dai vari elementi della sonda. Il sistema elabora quindi i segnali ricevuti per determinare posizione, forma e dimensione delle discontinuità.
Vantaggi della tecnologia Phased Array
Le principali potenzialità del controllo Phased Array sono:
- adattamento della forma e dell’inclinazione del fascio alle caratteristiche del componente;
- possibilità di focalizzare il controllo in aree specifiche aumentando sensibilità e risoluzione;
- esecuzione simultanea di più scansioni con impostazioni differenti;
- riduzione dei tempi di ispezione;
- maggiore precisione nell’analisi delle indicazioni;
- utilizzo di una singola sonda per numerose applicazioni;
- registrazione completa del controllo con riferimento alla posizione dell’indicazione.
La registrazione digitale consente inoltre di analizzare i dati anche successivamente all’ispezione.
Il metodo TOFD
Il termine TOFD è l’acronimo di Time Of Flight Diffraction.
Questa tecnica di controllo ultrasonoro utilizza gli echi diffratti dai vertici delle discontinuità per determinarne posizione e dimensioni.
A differenza degli ultrasuoni convenzionali e del Phased Array, il metodo TOFD non basa l’analisi sull’ampiezza dell’eco, ma sul tempo impiegato dagli echi diffratti per raggiungere la sonda ricevente.
Il sistema TOFD utilizza generalmente una coppia di sonde:
- una sonda trasmittente
- una sonda ricevente
La sonda trasmittente emette l’onda ultrasonora verso il componente da controllare.
Quando il fascio incontra una discontinuità, le onde diffratte generate dai vertici del difetto raggiungono la sonda ricevente in momenti differenti.
La prima onda a raggiungere il ricevitore è la Lateral Wave, cioè l’onda che viaggia lungo la superficie del materiale.
Successivamente arrivano:
- l’eco diffratto dal vertice superiore della discontinuità;
- l’eco diffratto dal vertice inferiore.
L’ultimo segnale ricevuto è la Bottom Wave, ovvero il segnale riflesso dal fondo del componente in esame.
Vantaggi del controllo TOFD
La tecnologia TOFD offre numerosi vantaggi nei controlli non distruttivi:
- elevata precisione nel dimensionamento delle discontinuità;
- rapidità di esecuzione del controllo;
- registrazione completa dei dati acquisiti;
- elevata ripetibilità dell’ispezione;
- riduzione dell’influenza soggettiva dell’operatore;
- ottima affidabilità nel controllo di saldature e componenti critici.
Grazie alla capacità di registrare e riesaminare i dati, il metodo TOFD rappresenta oggi una delle tecnologie più affidabili per i controlli ultrasonori avanzati.