controlli in continuo delle saldature: i tubi saldati inox

CONTROLLI IN CONTINUO
DELLE SALDATURE:
I TUBI SALDATI INOX
Ducoli D., Montagna G.
? •
Relazione presentata a:
"LA SALDATURA E GLI ACCIAI
INOSSIDABILI"
3° Incontro:
II controllo e la qualità
Milano, 27 novembre 1987
Con il patrocinio del
CENTRO INOX
Piazza Velasca, 10 - 20122 Milano
Estratto dalla Rivista
LA MECCANICA ITALIANA
n. 211 - novembre 1987
CONTROLLI IN CONTINUO
DELLE SALDATURE:
I TUBI SALDATI INOX
NDT FOR LONGITUDINALLY WELDED STAINLESS STEEL TUBES
Ducoli D., Montagna G.
Dalmine S.p.A. - Dalmine (BG)
*I
l
Sommario
Summary
1. Introduzione
Vengono sinteticamente descritte le
peculiarità e i principali vantaggi delle
più usate tecniche di controllo non distruttivo di tubi saldati longitudinalmente in acciaio inossidabile: metodi
radiografici e radioscopici, endoscopia, liquidi penetranti, tenuta a gas, ultrasuoni e correnti parassite.
Specific features, advantags and
disadvantage of most common techniques of NDT for longitudinaliy welded stainiess steel tubes are briefly
outlined.
Questo tipico prodotto trova i suoi
spazi nelle applicazioni più diverse.
Normalmente lo si collega ad applicazioni di .modesto o modestissimo livello qualitativo (per es. tubi per mobilio), ma questo rispecchia sempre
di menoia realtà che vede la realizzazione di tubi saldati in acciaio inossidabile di elevatissima qualità, quali
possono essere i tubi per scambio
termico, tra cui particolarissimi gli
scambiatori di calore per centrali nucleari. ;
Presentazione e discussione sono
orientate all'ottica dell'utilizzatore, ed
illustrano in modo particolare alcuni
dei criteri da seguire nella scelta del o
dei metodi che meglio possono soddisfare le esigenze d'impiego senza incorrere in inutile aggravio di costi.
Tutte le considerazioni fatte sono
relative a tubi di piccolo diametro e
spessore (tubi per scambiatori).
The tests considered are: radiographic and radioscopie, boroscopic, penetrant dyes, gas tightness, ultrasonic and eddy current. The matter is discussed from thè buyer's point of
view, focussing on thè main criteria to
be adopted when making a choice for
thè methods wich Ut better to thè quality requirements, without unnecessary increases in costs.
The subject is analysed in respect
of thè exigences of smail diameter,
thin-walled tubes (heat-exchangers
tubes).
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Le applicazioni di qualità sono comunque assai vaste, anche come
gamma dimensionale, potendo arrivare fino alle condotte sottomarine
per il trasporto di idrocarburi acidi nei
campi off-shore.
I LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
Nel seguito, anche per evitare ripetizioni di concetti e problematiche già
esposti nelle relazioni precedenti, si
farà riferimento esclusivo a quei prodotti aventi diametri contenuti (non
oltre 80mm) e spessore di parete non
superiore a 4mm.
La grande varietà di prodotto ottenuto saldando del nastro inox comporta una altrettanto vasta diversità
di interventi qualitativi e di controlli
non distruttivi a garanzia dell'ottenimento della qualità richiesta.
Partendo dai livelli qualitativi più
modesti su cui normalmente non viene previsto alcun tipo di controllo salvo interventi di tipo distruttivo (piega,
schiacciamento ecc.) con cadenza
assolutamente casuale e sporadica,
si giunga all'abbinamento di diversi
controlli normalmente tra loro complementari e singolarmente molto severi che interessano l'intero volume
del tubo.
I controlli non distruttivi normalmente utilizzati sono:
— Ultrasuoni
— Correnti indotte
— Liquidi penetranti
— Radiografia - Radioscopia
— Endoscopia
— Prove di tenuta
per elencare i più comuni e conosciuti. Altri controlli di tipo più sofisticato
non si applicano se non in casi unici
e molto particolari. Iniziamo quindi
analizzando possibilità e vantaggi dei
vari metodi partendo dai meno utilizzati almeno nell'ambito dei prodotti
cui si riferisce questa memoria.
Si limiterà l'esposizione a un rapido confronto fra le varie tecniche,
dando per noti i principi fisici su cui
esse si fondono.
Questa tecnica è stata trasferita in
campo industriale dal campo medicale dove trova la sua massima utilizzazione da molti anni.
Il sistema offre comunque una bassa sensibilità al controllo (5 - 6 volte
meno della radiografia) seppure si
siano apportati miglioramenti con
l'impiego dell'intensificatore di brillanza e con la ripresa televisiva a circuito chiuso.
Altro grave svantaggio di questa
tecnica è la mancanza di un documento duraturo riesaminabile anche
a distanza di tempo. Ha inoltre tutte
le limitazioni dei controlli a visione diretta dove l'esame e la valutazone
delle eventuali segnalazioni risente
fortemente del giudizio soggettivo di
chi conduce l'indagine. Non ha evidentemente alcuna soglia di selezione e tantomeno difetti standard di riferimento che possano in qualche
modo oggettivizzare l'esame.
Si tratta di un controllo poco utilizzato, anche per il rapido affaticamento a cui è soggetta la vista dell'operatore, al quale dopo un certo tempo
possono certamente sfuggire segnali
di difetto anche importanti.
3. Controllo radiografico
È un sistema certamente molto diffuso in campo industriale, che rispetto al precedente offre indubbi vantaggi qualitativi. Come è ben noto lo scopo di questa tecnica è quello di riprodurre l'immagine deN'«interno» di un
oggetto su una pellicola radiografica
sfruttando le proprietà dei raggi X o
gamma, che sono appunto:
— la propagazione rettilinea;
— il potere di penetrazione;
— le capacità di impressionare una
emulsione.
Trattasi di una naturale evoluzione
del controllo radiografico dal momento che consente tempi di indagine decisamente più contenuti.
La parte interessata (nello specifico il cordone di saldatura) sarà riprodotta sulla pellicola con aree aventi
diverso annerimento risultato del diverso assorbimento delle radiazioni
in funzione dei diversi spessori attraversati.
In effetti si tratta di sostituire alla
pellicola uno schermo fluorescente e
di osservare direttamente l'immagine
prodotta su di esso.
Ed ecco il primo indubbio vantaggio del sistema radiografico: un documento duraturo riesaminabile anche
a distanza di tempo da più persone.
2. Controllo radioscopico
(fluoroscopico)
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Vi è anche un altro parametro che
gioca a favore di questa tecnica di
controllo non distruttivo, ed è la «sensibilità». In genere ci si riferisce alla
sensibilità di una radiografia intendendo la sua capacità di riprodurre,
con immagini percepibili dall'occhio,
dettagli e difetti minimi esistenti all'interno dell'oggetto da esaminare.
Questo parametro è «quantificabile» per mezzo ad esempio di placchecampione contenenti fori di diverso
diametro oppure per mezzo di una
serie di fili metallici di diametro decrescente. Si crea così uno standard
a cui riferire la conduzione della prova: tanto più piccolo è il foro o il diametro del filo evidenziato, tanto maggiore sarà la sensibilità.
Quanto affermato naturalmente va
riferito anche ai limiti del sistema per
cui non è certamente automatico il legame tra dimensione minima del «riferimento» e minimo difetto rilevabile
in quanto, come si sa, i difetti in genere si presentano con forme ed orientamenti i più diversi e quindi più o meno favorevoli alla loro rilevazione.
Anche se tale misura della sensibilità, per quanto affermato, assume un
significato più che altro convenzionale, ciononostante essa è della massima utilità poiché consente di valutare
in modo operativo la capacità di una
certa tecnica radiografica, a rilevare
piccoli difetti.
Ciò che certamente penalizza questo sistema qualora lo si voglia applicare al tubo saldato in acciaio inossidabile, è il suo elevatissimo costo legato alla bassissima produttività dovuta a sua volta alla lentezza delle varie fasi di controllo. Se a questo si aggiunge la grossa difficoltà se non la
impossibilità di rilevazione di particolari tipi di difettosità (cricche, difetti
fuori saldatura, ecc.) che possono essere estremamente pericolose per il
prodotto, ecco spiegata la scarsa ap-
LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
plicazione della tecnica radiografica
in questo campo. Tecnica che peraltro torna di una certa utilità in caso di
giudizi contrastanti su specifici difetti
situati in precise zone del tubo.
4. Controllo Endioscopico
Trattasi di controllo ottico e quindi
con i limiti di tale controllo tra cui la
soggettività dell'interpretazione, la
mancanza di soglia di selezione e di
standard di riferimento. Ciò non toglie però a questa tecnica la sua importanza nell'esame del cordone di
saldatura.
Normalmente questo tipo di controllo è richiesto come estensione e
miglioramento del controllo visivo interno anche se, vista la notevole lentezza dell'esame in rapporto alle cadenze di produzione, è sovente limitato a-verifiche percentuali o a casi
dubbi, su pezzi precedentemente selezionati. La relativa economicità delle attrezzature porta a volte alcuni
clienti a facili richieste di verifiche endoscopiche, pensando ad una, se
non rapida, senz'altro facile esecuzione dell'esame. In effetti le problematiche che possono insorgere nella
conduzione di questo controllo possono essere complesse.
Innanzi tutto occorre grande esperienza nell'osservazione di superfici
attraverso l'endoscopio per evitare risultati molto controversi, come falsi
allarmi dovuti a sporcizia o a corpi
estranei aderenti alle superfici o, al
contrario, la non rilevazione di gravi
difettosità quali cricche decisamente
più pericolose per l'integrità del tubo.
Un ruolo determinante è giocato dalle
attrezzature che devono essere scelte con grande oculatezza.
Essenzialmente una scelta corretta
deve tener presenti queste tre componenti:
1) strumento rigido o flessibile;
2) diametro e lunghezza;
3) fibre ottiche o luce convenzionale.
Nel caso specifico non v'è dubbio
che la scelta debba cadere su un tipo
di strumento rigido a luce convenzionale (non avendo normalmente problemi di surriscaldamento) e di dimensione adeguata.
E appunto la dimensione è la variabile più importante: infatti dalla differenza tra diametro interno del tubo e
diametro esterno dell'endoscopio dipende l'ingrandimento a cui è sottoposta l'area sotto controllo.
Assume quindi importanza ta determinazione del diametro esterno
dell'endoscopio che orientativamente dovrebbe essere pari a 2/3 del diametro del corpo cavo da esaminare
(e non uno di dimensione minima per
l'esame dell'intera gamma di produzione!) e la conoscenza del diagramma degli ingrandimenti in funzione
della distanza.
Questo faciliterà il controllo.
Si può quindi concludere che questa tecnica, pur valida per alcune verifiche, è molto onerosa per la lentezza legata alla conduzione dell'esame.
Inoltre la sua applicazione nel caso
di controllo del cordone di saldatura è
limitata alla verifica della forma e dell'andamento del cordone stesso più
che alla rilevazione di difettosità vere.
5. Controllo con liquidi
penetranti
È una delle prime metodologie introdotte nell'industria per l'esame
non distruttivo di materiali. È nota in
alternativa al pratico e diffuso metodo
del flusso magnetico disperso quando questo risulta inapplicabile ai materiali non ferromagnetici.
Fig. 1 - Esempi di segnalazione su cordone di
saldatura dopo esame con liquidi penetranti.
affioranti sulla superficie esterna e la
esigenza di una perfetta pulizia di
questa superficie all'atto del controllo
onde evitare occlusioni dei difetti.
In secondo luogo anche questa
tecnica, richiede tempi di attuazione
eccessivamente lunghi quindi particolarmente onerosi e quasi mai coerenti con i tempi e le quantità di produzione. In ultimo non vi è possibilità
di ottenere direttamente una documentazione dei difetti rilevati.
In funzione del metodo di osservazione delle indicazioni i liquidi penetranti si dividono in due categorie che
sono:
— liquidi a contrasto di colore che
vengono «letti» alla luce naturale o
artificiale;
— liquidi fluorescenti che vengono
«letti» alla luce nera o luce di
WOQD.
A loro volta queste categorie si
suddividono ciascuna in tre gruppi, in
Le ragioni della popolarità di questo metodo vanno ricercate nella possibilità di disporre di una metodologia
di controllo e di rilevazione dei difetti
affioranti assai semplice, che non richiede prodotti o apparecchiature
particolarmente costose, dove le operazioni sono relativamente elementari e l'addestramento degli operatori
non troppo impegnativo.
Peraltro in contrasto con tutti questi vantaggi vi sono almeno altrettanti
svantaggi che ne limitano fortemente
l'impiego, particolarmente nel campo
dei tubi saldati in acciaio inossidabile
oggetto di queste note.
Questi svantaggi sono in primo luogo la possibilità di rilevare i soli difetti
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I LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
funzione della tecnica di rimozione
del penetrante. Nel caso in esame è
generalmente accettato il sistema a
contrasto di colore lavabile in acqua,
che da sufficienti garanzie qualitative.
Altri sistemi di maggior sensibilità e
di maggior impegno applicativo sono
normalmente utilizzati in campi particolari, quali l'aeronautica, l'automobilistica ed altri, per l'esame di pezzi
fortemente sollecitati.
L'applicazione di questo metodo
d'esame ai tubi vede ulteriormente
incrementati i non pochi svantaggi
precedentemente accennati.
Innanzitutto la lunghezza dei particolari che già di per sé ne limita fortemente la movimentazione e la corretta applicazione dei liquidi; inoltre le
aree di appoggio impediscono di verificare puntualmente la presenza di
difetti salvo intervenire in tempi successivi.
Per l'elevata sensibilità abbinata
alla non facile interpretazione defle
segnalazioni, è opportuno che l'uso
dei liquidi penetranti sia riservato a
casi particolari. Occorre non dimenticare che la saldatura, con la creazione di una zona a struttura grossolana, crea facilmente microritìri superficiali e affioramenti di piccole inclusioni che, pur non avendo nessun impatto sulla vita in esercizio del tubo, danno segnalazioni continue e modeste
di difetto (figura 1).
La loro scarsa rilevanza è confermata dal fatto che è sufficiente un'asportazione di qualche micrometro di
materiale per far scomparire ogni
traccia di segnale.
Anche questa tecnica, non automatizzabile, non adatta a forti volumi
produttivi, estremamente sensibile
ma altrettanto soggettiva nell'interpretazione, non si presta ad un controllo di tipo industriale; soprattutto
non può essere utilizzata se non in
abbinamento con altri metodi che
consentono un controllo volumetrico
e un minimo di quantificazione oggettiva del difetto. Non va infine trascurato che su tubi di diametro da medio
a piccolo i liquidi penetranti non possono, per ovvie ragioni, essere utilizzati sulla superficie interna.
6. Prove di tenuta
La prova di tenuta è un esame molto particolare che è stato introdotto
per una verifica qualitativa supplementare sui tubi saldati inox di elevata qualità.
Esso infatti è impiegato per individuare ogni tipo di difettosità che in
qualsiasi modo ponga in comunicazione l'interno del tubo con l'ambiente esterno, essendo stato introdotto
specificatamente per la rivelazione di
quelle microporosità che durante il
processo di saldatura possono formarsi nel cordone in fase di raffreddamento. È bene precisare che col
nomw si «prove di tenuta» si vogliono
indicare tecniche diverse dalla usuale e ben conosciuta prova idraulica,
pur essendo essa stessa una verifica
alla tenuta del tubo. Si intende eie
parlare di prova:
— idropneumatica;
— ad emissione di bolle;
— con diodo ad alogeni;
— mediante variazione di pressione;
— mediante spettrometro di massa.
Tra la prima tecnica e le successive vi è una sostanziale differenza di
sensibilità, ma essa è frequentemente usata data la sua relativa semplicità impiantistica.
Si tratta infatti di immettere aria
compressa (a bassa presssione per
motivi di sicurezza) all'interno del tubo immerso in una vasca d'acqua.
Accertato che non si formino bolle, il
tubo viene evacuato per lasciar posto
al successivo. Esattamente lo stesso
processo eseguito per individuare il
buco in una camera d'aria da bicicletta.
Il sistema è piuttosto macchinoso e
di bassa produttività e la soluzione di
immergere più tubi per volta non sposta di molto i termini del problema,
ma al contrario crea nuove difficoltà
nella fase vera e propria di controllo.
Fra gli altri metodi, più sofisticati, l'unico realmente utilizzato su ampia
scala dall'industria più avanzata è
senza dubbio il metodo di controllo
mediante spettrometro di massa.
Questa tecnica può essere applicata
scegliendo tra sistema a vuoto o a
pressione.
57
Tra i due certamente il più utilizzato nel caso di tubi è quello a pressione.
Consiste nell'immettere elio all'interno e creare una piccola sovrappressione. Il gas tende a sfuggire verso l'esterno attraverso le eventuali
vie di fuga.
Sulla superficie esterna si fa scorrere una sonda campionatrice o annusatore (sniffer), attraverso le cui
estremità l'aria viene risucchiata da
un sistema aspirante ed inviata allo
spettrometro di massa.
Se nel gas risucchiato è presente
una piccola quantità di elio, lo strumento rivela questa presenza, segnalando l'eventuale perdita.
La sensibilità del metodo dipende
da alcuni fattori quali:
—
—
—
—
il tipo di annusatore;
la sua distanza dal tubo;
la velocità di spostamento;
le condizioni ambientali, ed altre.
È certo comunque che questa prova, pur non annoverandosi tra le più
severe in assoluto, se condotta con
un minimo di attenzione garantisce rilevazioni di perdite da 10 a 100 volte
inferiori a quelle individuabili col sistema pneumatico. Automatizzando
il sistema è possibile ottenere produttività compatibili con le linee di saldatura il che fa di questa tecnica un
supporto essenziale e sovente indispensabile per produzioni di tubi saldati di elevatissima qualità.
7. Controllo con ultrasuoni
Questa tecnica può venire applicata all'esame di tubi saldati in diversi
modi.
Per tubi di piccole dimensioni, però, la tecnica di controllo in continuo
della saldatura per mezzo di sonde
fisse focalizzate risulta in molti casi di
applicazione estremamente critica se
non impossibile.
Questo controllo è invece largamente utilizzato per la verifica dell'intero volume del tubo (saldatura compresa quindi) effettuata per mezzo di
macchine automatiche ad alta veloci
tà di passaggio e ad altissima ripetibilità.
LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
Nella sua concezione più moderna
questo tipo di impianto è tipicamente
costituito da una testa rotante contenente i trasduttori preposti alla rilevazione dei difetti. Attraverso la testa il
tubo scorre con movimento assiale e
le sonde che gli ruotano attorno descrivono un'elica che attraverso
un'opportuna scelta dei parametri
operativi ricopre l'intera superficie
esterna assicurando anzi una sovrapposizione che per un buon controllo
non deve essere inferiore al 20%. Il liquido di accoppiamento utilizzato è
costituito normalmente da acqua potabile riciclata e più volte filtrata.
I dati tecnici relativi a uno dei più
moderni impianti sono riportati nella
tabella qui accanto riportata.
Questa tecnica viene applicata soltanto a prodotti con particolare esigenze qualitative.
È questo il caso ad esempio di tubi
per scambio termico. La geometria
semplice e ripetitiva dei pezzi da controllare, e lo spessore piccolo e costante, consente un controllo automatico per confronto fra il segnale
dato da un difetto artificialmente introdotto in uno spezzone di tubo in
tutto uguale al lotto in esame, e i segnali provocati dai difetti e dalle irregolarità introdotti dal ciclo produttivo.
Le incisioni artificiali di riferimento sono effettuate sia sulla superficie
esterna che sulla superficie interna
del tubo e, prima di passare all'operatore per la taratura dell'impianto di
controllo, sono accuratamente verificate mediante repliche plastiche, o
microscopio a lama di luce. Le tecniche di esecuzione di queste incisioni
campione sono diverse ed ognuna
trova i propri sostenitori.
Si va dalla lavorazione meccanica
a mezzo utensile, alla elettroerosione, alla corrosione chimica pilotata
ed allo stampaggio. A parere degli
scriventi la più consigliabile è la lavorazione meccanica e non già perché
meno impegnativa bensì perché presenta indubbi vantaggi, quali la finltura superficiale delle pareti, la loro verticalità, il contenimento dei raccordi,
il rispetto delle dimensioni, la mancanza di rifollamenti e così via.
Ottenere gli stessi vantaggi da
ognuna delle altre tecniche non è im-
Descrizione
- Sistema di rilevazione
ti
Dati tecnici
difet-
Sonde cilindriche rotanti a
riflessione di impulso
ed
opportunamente angolate
- Trasduttori
A linea focale con cristallo in solfato di litio
- Frequenza di lavoro
5 MHz
- Frequenza di ripetizione degli
impulsi
fino a 18KHz
- N° giri delle sonde
6000 giri/min
- N" delle sonde
2
(1in senso orario ed
1 in senso antiorario)
- tiquido di accoppiamento
Acqua potabile filtrata e ri
ciclata
- Velocità di controllo
40 m/min
- tipo di allarme
ottico ed acustico
"
"
marcatura
con pennarello, automatico
"
"
selezione
automatica in buoni e scar
ti
"
"
registrazione
automatica per ogni singolo canale.
possibile, ma risulta certamente di
gran lunga più impegnativo.
Fig. 2 - Sezione trasversale di intagli artificiali.
Le dimensioni di questi intagli di riferimento sono normalmente le seguenti:
— Lunghezza < 20mm.
— Larghezza < 0,5mm.
— Profondità 5% dello spessore di
parete con un minimo di 100 firn.
La forma di queste incisioni è quasi
sempre di sezione rettangolare, ma
potrebbero anche essere eseguiti intagli con sezione a V con angolo di
60° o di 30° o altri ancora. Comunque il più utilizzato rimane senza
dubbio l'intaglio rettangolare indicato
con «buttress» dalle norme ASTM e
questo perché ne risulta più facile e
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I LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
precisa la verifica sia della forma che
della dimensione.
Conoscere l'esatta forma e dimensione degli intagli risultanti dalla lavorazione meccanica è determinante ai
fini di una buona messa a punto della
taratura della macchina. A titolo di
esempio si riportano due fotografie di
repliche di intaglio nominalmente
uguali. Dopo un opportuno ingrandimento (50 x ) si è trovata la ragione
della differenza riscontrata nel segnale di risposta dovuto appunto non
solo alta differenza di prodondità (201
contro 290 firn), ma anche alla forma
dell'incisione stessa (figura 2).
Quanto finora detto evidenzia quale sia il livello qualitativo richiesto a
questo tipo di impianto ultrasonoro.
Questi limiti sono raggiungibili sono
con sistemi elettronici sofisticati che
sempre debbono essere accoppiati
ad una meccanica di alta precisione.
Il ruolo della guida e dell'avanzamento del tubo in fase di controllo sono
determinanti per poter avere una ri-
ifori +O
Bisogna allora ridurre quest'ultimo,
curando che le superfici del tubo abbiano bassa rugosità e il grano sia fine. Un cenno particolare, a questo
proposito, merita il cordone di saldatura, la cui presenza gioca a sfavore
di questo rapporto per cui è determinante considerare questo aspetto in
fase di saldatura del tubo.
La cosa è possibile ma tutt'altro
che semplice. Il miglior risultato si ottiene pilotando attentamente i parametri di saldatura in modo da ottenere un cordone che non sia troppo alto, che sia il più uniforme possibile,
privo di sbandamenti e gocce e ben
raccordato all'interno. Ottenuto questo risultato, tutto il sistema si pone
sotto il controllo di una apparecchiatura a correnti indotte che è in grado
di segnalare eventuali variazioni rispetto ai livelli impostati.
Evidentemente l'alternativa a questo modo di operare è un incremento
della percentuale di tubi scarti (o un
allentamento della severità del controllo).
i
i
Fig. 4 - Difetto da incompleta penetrazione e relativo segnale al controllo E.C.
è da intendersi il controllo per eccellenza, per il fatto che la peculiarità
stessa del sistema è tale da fornire il
massimo di garanzia ai fini dell'integrità del prodotto.
. i l i
Nel controllo con ultrasuoni, ogni
irregolarità o disomogeneità delle superfici o nel volume, che abbia caratteristiche tali da causare una riflessione anche parziale dell'onda incidente, provoca la comparsa di un segnale che va a costituire il rumore di
fondo. Se i segnali di taratura sono
alti, non vi è problema a identificare i
segnali di probabili difetti. Critiche diventano invece le condizioni operative quando le tarature si stringono e i
relativi segnali si avvicinano al rumore di fondo.
Fig. 3 - Risposte alla taratura ottenute con rotazione di 120° dei tubo campione.
i
Non per questo si può affermare
che la tecnica manchi di limiti propri,
ma se si stabilisse di condurre il controllo finale di accettazione con un solo tipo di Controllo non Distruttivo,
quello con Correnti Indotte sarebbe
la decisione più appropriata.
Infatti questo metodo è il più selettivo per la maggior parte dei difetti di
saldatura, compresi quelli di difficile
o impossibile rilevazione ultrasonora,
quali porosità, soffiature ecc.
i l i
petibilità dei segnali non altrimenti ottenibile.
Quindi, superati i problemi iniziali
di una perfetta installazione, è tassativa la verifica quasi quotidiana dello
stato delle attrezzature e del loro
eventuale rinnovo. A titolo di curiosità
si ricorda che nello Stabilimento di
Costa Volpino ogni cambio di dimensione prevede la sostituzione di ben
14 bussole di guida ognuna delle
quali deve essere verificata ed eventualmente sostituita qualora il suo
diametro si discosti dal diametro del
tubo di oltre 0,5mm. Malgrado tutte le
attenzioni, il controllo è completamente affidabile per il cliente, ma assai meno per il fabbricante: dalle statistiche effettuate si può affermare
che quasi il 25% dei tubi scartati perché danno segnali superiori al livello
di taratura, non rivela, anche all'esame distruttivo, traccia alcuna di difetto. Si tratta dei cosiddetti «segnali
spuri».
8. Controllo con correnti
indotte
Per la gamma di prodotti cui si fa riferimento il controllo Correnti Indotte
59
JL
Come ben noto a tutti, il controllo
con Correnti Indotte si può condurre
utilizzando diverse tecniche quali:
— tastatore a stilo;
— sorda interna;
— bobina a settore;
— bobina a passaggio;
— sonde rotanti esterne;
— sonde rotanti interne.
| LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
Nel seguito si considereranno soltanto le tecniche di controllo con bobine a settore ed a passaggio avvolgenti. Le bobine a settore sono utilizzate sulla linea a saldare per un accurato controllo di processo mentre le
bobine a passaggio vengono utilizzate a valle della fabbricazione sul prodotto finito per il controllo finale di accettazione. È opportuno a questo
punto fare una parentesi per precisare che anche nel caso delle bobine a
passaggio esistono diverse tecniche
di costruzione che distinguono tra di
loro i tipi di bobina ed i metodi e i risultati di indagine a cui sono finalizzate.
Trattasi di avvolgimento di tipo:
— Differenziale
j
INO. P. PIRRONE
— Assoluto
— Doppio Differenziale
— Combinato.
Per brevità ci si sofferma sui due
maggiormente usati che sono il differenziale e l'assoluto.
Complementari tra loro, il primo
serve per la rivelazione di una vasta
gamma di difetti esclusi quelli estesi
senza soluzione di continuità da una
estremità all'altra del tubo (tubo aperto), il secondo per la rilevazione appunto di questo solo tipo di difetto
che seppur gravissimo non è facil-
mente individuabile ad un normale
controllo visivo.
Anche per questa tecnica valgono
tutte le considerazioni fatte per il controllo ultrasonoro a proposito delle
caratteristiche di finltura superficiale
e come per quello anche nel caso
delle Correnti Indotte la taratura delle
apparecchiature si effettua mediante
l'uso di spezzoni di tubo perfettamente identici a quelli da controllare su
cui vengono ricavati dei difetti artificiali di riferimento. Mentre nel caso
del controllo con ultrasuoni il problema delle incisioni di riferimento è ben
definito e codificato, nel caso delle
Correnti Indotte esiste ancora parecchia confusione in proposito.
Occorre ribadire innanzitutto che
qualsiasi tipo di anomalia costruita
artificialmente rimane puro e semplice riferimento per la messa a punto e
la verifica del sistema senza alcun diretto rapporto con tipo, forma o dimensione del difetto reale da rilevare. Ciò premesso, è opinione degli
autori che il riferimento più logico per
questa tecnica di controllo rimanga il
foro radiale.
E questo, rispetto a qualsiasi tipo
di incisione, per la facilità di esecuzione, per la ripetibilità dimensionale,
per la semplicità di verifica e per la
costanza del segnale di risposta.
Naturalmente questo vale nel caso
qui trattato di controllo di produzione
su linee automatiche. Certamente
per il controllo manuale non valgono
le medesime considerazioni. Si parlava di tubi campione da utilizzarsi per
la taratura e per le verifiche del sistema. Su detti spezzoni quindi vengono
riportati i fori di riferimento che normalmente sono di dimensione crescente con l'aumentare del diametro
esterno del tubo ed in numero di 3 a
120° o 4 a 90° onde permettere la verifica contemporanea di taratura e
centratura tra tubo e bobina.
Anche in questo caso come per il
controllo ultrasonoro è importantissimo avere un impianto che consenta
una guida sicura priva di vibrazioni,
ma ancor più una centratura estremamente precisa.
Come si può ben capire le due cose non sono facilmente ottenibili senza un notevole impegno economico
60
Fig. 5 - Esempio di difetto in centro cordone e
relativo segnale.
Fig. 6 - Saldatura sbandata: difetto e relativo
segnale.
nella realizzazione, conoscendo le
elevate velocità di passaggio (oltre 2
metri/sec) e la limitata dimensione
del prodotto.
Guida e centratura del tubo sono
esigenze irrinunciabili per un controllo ad alta ripetibilità come si può notare dalle registrazioni allegate effettuate in 3 passagi successivi previa
rotazione del tubo campione (figura
3). Come noto il segnale di risposta
delle Correnti Indotte è principalmente influenzato dalla disposizione di
queste attorno al profilo del difetto ed
itriv
.- ; V-Ì' •
è pressoché proporzionale al suo volume.
Nelle figure 4,5, 6 si riportano alcune micrografie di difetti con la relativa
registrazione a conferma di quanto
affermato.
Si sono analizzate le varie possibilità di controllo prese singolarmente,
ma come ripetutamente affermato in
precedenza, ogni metodo ha dei limiti.
LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211
Questo significa che l'abbinamento di più metodi potrebbe spingere la
severità del controllo a livelli molto
elevati, come quelli necessari ai prodotti di alta ed altissima qualità, quali
potrebbero essere i tubi per scambiatori di centrali elettriche.
In questo caso, trattandosi di prodotto estremamente impegnativo, la
tendenza è quella di accoppiare il
controllo con Correnti Indotte al controllo con Ultrasuoni, verificando poi
il tutto con controlli «a spot» mediante
liquidi penetranti ed esami endoscopia.
Si ottiene così fa contemporanea
applicazione di diverse tecniche col
risultato di una altissima garanzia
qualitativa.
9. Conclusioni
Parlare di controllo in continuo di
tubi in acciaio inossidabile saldati, è
problema delle molte sfaccettature. E
questo seppure l'analisi sia stata focalizzata su una piccola parte della
gamma di prodotti presente sul mercato, con livelli qualitativi i più diversi.
Le possibilità di scelta dei controlli
da utilizzare è indubbiamente varia;
quando poi si tien conto della possibilità di agire anche sulla severità del
controllo stesso, attraverso la definizione dei limiti di accettabilità, le
combinazioni si moltiplicano ulteriormente. Basti pensare che nel caso
dei controlli ad ultrasuoni o a correnti
parassite la profondità del difetto, pur
limitandosi ai valori usuali di norma,
può variare dal 20% al 5% dello
spessore di parete, con le forme già
in precedenza elencate. I difetti artificiali possono poi essere posizionati
solo sulla superficie esterna, anche
su quella interna, e il controllo eseguito solo per rilevare difetti longitudinali o anche trasversali.
Le numerose ricerche e sperimentazioni effettuate, il continuo confronto con l'utilizzatore, l'esperienza in
servizio ormai maturata dei tubi inox
saldati montati sui più svariati tipi di
scambiatori di calore, consentono di
tracciare qualche linea di riferimento,
per una corretta scelta del metodo e
della severità del controllo non distruttivo.
Bisogna infatti guardarsi dalla tentazione di ottenere il massimo: è una
scelta che costa, molto di più di quanto in realtà non dia in termini di sicurezza. È ormai un principio consolidato che il controllo non distruttivo non
costituisce un metodo infallibile di selezione fra prodotti buoni e non buoni; il CND è soprattutto un metodo
che consente di verificare che il processo produttivo è adeguato al prodotto richiesto ed è stato correttamente eseguito e tenuto sotto controllo.
Partendo dal principio che è ingegneristicamente impossibile chiedere
«difetto zero», occorre valutare attentamente il rapporto costo-beneficio
fra tipo di controllo e garanzie che esso può dare.
I parametri fondamentali per effettuare questa valutazione sono essenzialmente due da quantificare nell'arco di vita del prodotto:
— costo del rimpiazzo (e, in alternativa, della messa fuori esercizio del
tubo di uno scambiatore, mediante tappature);
— pericolosità di una rottura o perdita.
Se questa è normale (e con ciò si
intende dire che il costo di primo impianto è preminente rispetto ai costi
economici, socio-ambientali e politici
di eventuali avarie), è opportuno ricorrere a controlli affidabili, ripetibili,
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ma economici: quindi controlli con
correnti parassite eventualmente abbinati o sostituiti con ultrasuoni per
difetti longitudinali se lo spessore di
parete è relativamente elevato. Anche le tarature è opportuno che non
siano inutilmente strette.
Se l'affidabilità richiesta al prodotto
è elevata per le conseguenze economiche di un'avaria, è senz'altro opportuno passare a controlli multipli,
come ad esempio un controllo a correnti parassite con taratura su foro e
con bobina sia assoluta che differenziale abbinato a un ultrasuono per difetti sia longitudinali che trasversali,
interni ed esterni, con tarature non
superiori al 5% dello spessore e minimo di norma (0,1mm).
Nel caso in cui l'affidabilità deve
essere totale perché un'avaria porterebbe a rischi inammissibili per le
persone e l'ambiente, occorre seguire una strada più complessa, che
consenta di confermare senza ombra
di dubbio l'adeguatezza del ciclo produttivo. Nasce così il concetto di «preserie», vale a dire di una partita di alcune centinaia di tubi, da sottoporre
a controlli per correnti parassite, per
ultrasuoni, di tenuta con elio, a volte
con liquidi penetranti, per definire,
con successivi esami distruttivi, la tipologia e la frequenza della microdifettosità indotta dal ciclo di fabbricazione. Solo la conoscenza precisa
dei difetti possibili può consentire di
definire, di comune accordo fra produttore, committente ed eventuale
Autorità di Controllo, il sistema di
controlli ed esami incrociati cui dovrà
essere assoggettato il lotto di produzione. È ovvio che almeno in quest'ultimo caso nessun utitizzatore
può permettersi di non possedere esso stesso e di non verificare presso il
fornitore l'esistenza di un completo
(ed applicato) Sistema di Assicurazione della Qualità.
LA MECCANICA ITALIANA novembre 1987 n° 211