Controllo ad ultrasuoni: Sicurezza più elevata a costi più

Controllo periodico delle bombole a gas compresso: confronto prove
ad ultrasuoni/ pressione idraulica.
«Controllo ad ultrasuoni:
Sicurezza più elevata a costi più bassi»
Un nuovo rapporto della Swiss TS in collaborazione con la Mannesmann Cylinder Systems mette
a confronto i metodi convenzionali, quali la prova di pressione idraulica, con il controllo ad ultrasuoni. Accanto ad una dettagliata descrizione dei difetti che si riscontrano nelle bombole a gas
compresso, sono presentati i vantaggi e gli svantaggi del controllo ad ultrasuoni. Sulla base dei
dati ricavati in 18 anni riguardante più di 500.000 recipienti esaminati, esistono per la prima volta
numeri comparativi dal punto di vista statistico. Riassumendo si può affermare che il controllo ad
ultrasuoni delle bombole a gas compresso è più vantaggioso rispetto alla tradizionale prova di
pressione idraulica sia dal punto di vista della sicurezza che da quello riguardante i costi.
Si presentavano continuamente casi di bombole a gas compresso che fallivano nonostante il
controllo idraulico effettuato in precedenza. Ciò ha condotto ad una maturazione dei procedimenti
di controllo più affidabili per le prove di serie. La prova con ultrasuoni (Prova US) automatica è
eseguita in Svizzera per le bombole a gas compresso dal 1974. Le esperienze assolutamente
positive hanno fatto sì che dal 1990 la prova US è riconosciuta in Svizzera a livello di decreto. In
diverse normative europee e internazionali sono state accolte appendici con dati dettagliati per
l’esecuzione della prova US e per il calibramento degli impianti. Ne sono esempi l'ISO DIS 9809
e la EN 1964, ma anche la EN 1968 (prove periodiche di serie su bombole a gas compresso).
Dal 1.1.97 la prova US è prevista anche nell’Accordo internazionale ADR/RID come scelta alternativa alla prova di pressione idraulica.
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Prova ad ultrasuoni: impianto mobile e automatico
Impianto mobile di prova ad ultrasuoni per bombole a gas (foto: Swiss TS).
Nell’esecuzione della prova con l’impianto sopra fotografato, il supporto dei trasduttori viene passato lungo la bombola rotante su se stessa. La zona sottoposta a collaudo comprende
un’esplorazione al 100% della parte cilindrica della bombola, inclusa la zona di passaggio verso il
fondo. Il processo tecnico del controllo avviene con una riflessione degli impulsi trasmessi attraverso un film d’acqua che riveste il recipiente prima di passare sotto i sensori. I cinque trasduttori
sono così posizionati da poter misurare i difetti longitudinali e trasversali internamente ed esternamente come pure lo spessore delle pareti. La sensibilità è regolata in conformità a campioni
tarati ai quali sono stati intagliati difetti di una determinata geometria con una profondità corrispondente al 5% dello spessore della parete esaminata. La valutazione elettronica dei dati misurati permette tra l’altro di determinare l’eccentricità e l’ovalizzazione delle bombole. Per il collaudo
manuale del fondo sono disponibili altri tre canali. La regolazione, la valutazione e la registrazione dei valori misurati sono raccolti per mezzo di un software elaborata apposta per questo scopo.
Controllo efficiente di bombolette di gas
L’impianto di prova è adatto anche per il controllo di bombole in alluminio o acciaio senza saldature come pure di tubi e manicotti con i più diversi tipi di costruzione e lunghezze e con diametri
completamente differenti. Le bombolette più piccole, come per esempio quelle di CO2 (volume <
0,5 litri), per le quali un controllo idraulico si presenta molto dispendioso, possono essere esaminate in modo molto efficiente grazie ad un dispositivo per i sensori sviluppato per questi scopi.
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La situazione attuale dal punto di vista del produttore
Il crescente sviluppo tecnico e le esigenze dell’industria del gas hanno portato all‘installazione di
impianti di prova presso tutti i produttori di bombole a gas dell’Europa occidentale, e ciò nonostante mancasse la richiesta di prove US nei regolamenti nazionali. I produttori di bombole furono
incoraggiati alla costruzione di impianti US con la direttiva IGC-TN 26/81. Questa richiede la prova US almeno per le bombole per idrogeno. La mancanza di direttive di regolamento armonizzate
per la prova US ha per conseguenza che come base del controllo normalmente si utilizzano le
direttive della suddetta IGC-TN 26/81 ovvero direttive nazionali per la prova con ultrasuoni di corpi cavi tubolari.
La prova con ultrasuoni si esegue oggi soprattutto per controllare bombole nuove pronte, alle
quali è già stato effettuato il trattamento termico finale.
Tuttavia i risultati dei controlli del fabbricante e quelli dei controlli secondari (p. es. controlli di ricezione o di serie) non si possono sempre comparare direttamente. I motivi sono molteplici:
•
I criteri di prova sono stabiliti per bombole, che alla fabbricazione non sono ancora state controllate con ultrasuoni (quota di scarto maggiore).
•
I parametri di prova assunti sono differenti da quelli del fabbricante.
•
L’allestimento dei corpi calibratori è diverso ovvero non conforme
•
Le valutazioni statistiche sono insufficienti.
Nella comparazione degli scarti della prova con ultrasuoni con i dati corrispondenti della tecnica
di collaudo convenzionale applicata alle prove di serie (prova idraulica, controllo visuale, pesata),
è necessario fare attenzione a quanto segue. In questi due tipi di prova si tratta di due filosofie
completamente diverse, che pur tuttavia servono allo stesso scopo: garantire la sicurezza della
bombola nell’uso che se ne farà nel periodo futuro di utilizzazione.
Difetti e danni possibili nelle bombole a gas compresso.
Fondamentalmente nelle prove di serie ci si possono sempre aspettare difetti di fabbricazione e/o
danni dovuti all’uso, causati dall’impiego, dal maneggio e dal gas di riempimento stesso. Ecco un
possibile raggruppamento di difetti:
•
•
•
•
•
•
•
•
corrosione
Danni al filetto
Danni termici
Danni meccanici
Spessore della parete in difetto
perdita
Difetti di trasformazione
Difetti alla superficie
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La prova con ultrasuoni riconosce i difetti critici
Sono da considerare difetti critici nel senso di „burst before leak„ senz’altro le spaccature del materiale (cricche) nella zona di passaggio del fondo, come pure lo spessore delle pareti fortemente
in difetto. Un confronto tra i metodi convenzionali delle prove ripetitive di serie e la prova con ultrasuoni dimostra che è questa, vale a dire la prova con ultrasuoni a riconoscere di più tali errori
critici.
Vantaggi e svantaggi della prova con ultrasuoni
In linea di massima i metodi di prova si basano su filosofie differenti (prova idraulica = prova alla
resistenza; prova con ultrasuoni = materiale senza difetti) che vogliono entrambe soddisfare
l’esigenza della sicurezza del recipiente.
Vantaggi della prova US
•
La prova US è più conveniente della prova idraulica: non è necessario nessun lavoro al
recipiente prima o dopo la prova (riempimento d’acqua, svuotamento dell’acqua, asciugatura
ecc.).
•
Sicurezza elevata: i difetti del materiale non riconoscibili ad occhio dall’esterno sono rilevati
perfettamente e se necessario registrati. L’individuazione dei difetti e la riproducibilità sono
migliori per merito del sistema. All’interno dei recipienti non restano impurità (gas puri, gas
corrosivi). Non si verificano ulteriori danni come per la prova di resistenza alla pressione (apertura di difetti del materiale già esistenti).
•
Maggiore spettro d’applicazione: in casi speciali è possibile eseguire la prova con il recipiente pronto all’uso, vale a dire riempito. E‘ possibile il collaudo di bombolette di CO2 (la
prova idraulica non è utile).
•
Ecologica: nessun acqua contaminata, nessun consumo d’energia per l’asciugatura.
Svantaggi della prova US
•
La valutazione dei risultati delle misurazioni presuppone che il personale addetto sia esperto
e in grado di giudicare le singole indicazioni rapidamente, con sicurezza e competenza.
•
Non vi è nessuna prova „integrale„ dell’intera bombola. La prova di resistenza alla pressione
d’esercizio di 1 volta e mezza non ha luogo.
•
Il campo di prova sulla parte cilindrica, sulla zona di passaggio e sul fondo è limitato.
•
Non si rilevano con sicurezza le piccole fughe (pori nel tubo flessibile, incrinature nel filetto).
Per la prima volta una statistica dei difetti nell’arco di parecchi anni
Dopo più di vent’anni di esperienza con le prove con ultrasuoni, Swiss TS dispone oggi di dati
basati sul controllo di circa 40.000 recipienti all’anno, quindi di un totale di più di mezzo milione di
recipienti controllati.
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Quota bombole scartate alla prova idraulica/con ultrasuoni:
10%
8%
H2O-Test
6%
US-Test
4%
2%
0%
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
Cosa balza agli occhi?
•
La quota degli scarti nella prova US è per lo più maggiore della quota nella prova idraulica: la prova con ultrasuoni scopre errori che sono rilevanti per la sicurezza, i quali rimarrebbero nascosti in una prova della pressione interna, in particolare se collegata al controllo visuale interno ed esterno.
•
Maggiore quota di scarti nei primi anni 79 – 82: all’inizio dei controlli US si preferì usare
per le prove esclusivamente serie di recipienti più vecchi e soprattutto serie che si erano fatte
notare.
•
Leggero aumento della quota dopo l’introduzione della misurazione dello spessore
delle pareti 85: la prova US in combinazione con la banca dati dei recipienti rende possibile
anche il controllo automatizzato dello spessore delle pareti dei recipienti.
•
Quote degli scarti tendenzialmente in diminuzione. I motivi sono: i provvedimenti che assicurano la qualità, un controllo migliore dei processi di fabbricazione da parte dei produttori, il
fatto che i recipienti più moderni siano sottoposti alla prova US già in fabbrica, e che logicamente la seconda prova presenti quindi una quota minore di scarti (vedi riquadro).
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Quote bombole scartate alla prima prova/ seconda prova:
Anno di costruzione prima / dopo il 1980
6%
4.9 %
4%
2%
0.8 %
0%
First test
Second test
Prima prova
Seconda prova
I difetti dovuti alla fabbricazione vengono scartati alla prima prova e quindi naturalmente non si
ripetono. I danni dovuti all’uso finora non costituiscono che una piccola quota. La quota degli
scarti è evidentemente più bassa.
Quota scarti: l’età e il tipo di gas sono fattori decisivi
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
età > 40 anni
gas corr.
gas nobili
fabbr. >1980
Le bombole più vecchie e quelle contenenti gas corrosivi hanno la tendenza a presentare una
quota maggiore di scarti. La bassa quota di scarti delle bombole fabbricate dopo il 1980, si deve
al fatto che queste serie sono già state sottoposte ad un controllo US nella fabbrica stessa.
Essendo le bombole difettose già state scartate allora, non compaiono più nella prova ripetitiva.
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Quali difetti ricorrono più spesso?
Quota scarti nella prova idraulica 6.96 –
9.98:
0,73% di scarti
Quota scarti nella prova US 1992 –
1998:
2,8% di scarti
15%
23%
15%
corrosione superficiale
2%
corrosione profonda
2%
10%
corrosione profonda
2%
temp. di accensione degli
elettrodi
corrosione dei crateri
1%
7%
temp. di accensione degli elettrodi
1%
corrosione dei crateri
7%
corrosione locale
10%
tacca
29%
corrosione locale
tacca
influenza termica
13%
corrosione superficiale
23%
2%
influenza termica
filetto
danneggiato
altri difetti
29%
13%
filetto danneggiato
altri difetti
•
Con la prova idraulica è contestata la quantità minima di recipienti: i difetti che portano
allo scarto nella prova idraulica classica sono scoperti in quasi tutti i casi al controllo visivo e
non come si crede comunemente con la prova idraulica.
•
La prova classica svela soprattutto la corrosione: per quanto riguarda la „prova a pressione idraulica„ si scoprono per la maggior parte difetti di corrosione (> 57%) e difetti superficiali meccanici.
•
Eliminazione dei difetti critici che possono portare al fallimento del recipiente: riguardo alla prova US, si tratta per la maggior parte di difetti del materiale, quali difetti longitudinali e trasversali, separazioni e cricche, che mettono in pericolo la sicurezza del recipiente.
•
È il metodo di prova che determina il difetto: la statistica dimostra anche che i difetti scoperti in un certo senso vengono determinati dal metodo di prova stesso, che cioè i difetti della tecnica di sicurezza nella zona di passaggio dal corpo al fondo, si riescono a trovare solo
dopo aver eseguito la prova sui difetti trasversali. Ciò vale in tal senso anche per lo spessore della parete in difetto. (28,7%).
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Difetti critici (burst before leak), che rimangono nascosti alla prova alla pressione
idraulica
Fondo staccatosi in seguito alla formatura nella
zona di passaggio
Dettaglio: cricca nel passaggio
(Foto: ASIT)
Nella prova a pressione idraulica questo tipo di difetto si scopre molto raramente.
Piuttosto è lecito supporre che la cricca si apri ulteriormente in condizione di prova.
Léon Kaelin
Swiss TS Technical Services AG
Direttore Testing Systems
Il rapporto completo si può ordinare presso:
Swiss TS Technical Services AG, Daniela Bonin-Starace
Tel. ++41 44 877 62 08, E- mail: [email protected]
www.swissts.ch
www.autosonic.ch
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