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Fondamenti dei CND: principi base delle onde utilizzate nella diagnostica industriale

By Aprile 20, 2024 Maggio 8th, 2024 No Comments

Fondamenti dei CND: principi base delle onde utilizzate nella diagnostica industriale

Comprendere i principi base delle onde utilizzate nella diagnostica industriale è essenziale per i professionisti dei CND. 

La conoscenza approfondita delle caratteristiche e delle applicazioni delle onde ultrasonore, elettromagnetiche (e di altre forme d’energia), consente di ispezionare i materiali in modo accurato e affidabile. Così è possibile identificare e risolvere tempestivamente eventuali discontinuità, garantendo la qualità e la sicurezza dei prodotti industriali.

Per effettuare i controlli in modo non distruttivo, i CND si basano sulla fisica delle onde, in particolare quelle ultrasonore ed elettromagnetiche.

CND e onde ultrasonore

Tra le onde più comunemente utilizzate nei CND, quelle ultrasonore occupano una posizione di rilievo. Si tratta di onde acustiche ad alta frequenza, al di sopra del limite udibile per l’orecchio umano. 

Vengono generate attraverso trasduttori che convertono l’energia elettrica in energia meccanica, producendo onde che si propagano attraverso il materiale in esame.

Quando le onde ultrasonore si propagano all’interno di un mezzo, il loro percorso e le loro proprietà vengono variate dalle caratteristiche del mezzo stesso, come la densità, la composizione e la struttura interna. Qualsiasi discontinuità o difetto (inclusioni, porosità o cricche) provoca delle eco di riflessione o diffrazione con conseguenti cambi nell’ampiezza, nella direzione e nel tempo di volo delle onde ultrasonore.

Gli ultrasuoni si distinguono dagli altri tipi di onde usate nei CND per la loro versatilità, precisione e capacità di penetrare nei materiali più comuni utilizzati nell’industria. Trovano impiego in una vasta gamma di applicazioni industriali grazie alla loro capacità di individuare difetti sia superficiali che interni, fornendo dettagliate informazioni sulla loro dimensione, forma e posizione.

Altre onde utilizzate nei CND

Oltre alle onde acustiche, i CND per ispezionare i materiali ricorrono alle onde elettromagnetiche e ad altre forme di energia. 

Le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per diversi scopi, tra cui  per rilevare difetti superficiali e interni in materiali conduttori e isolanti. Tali onde penetrano il materiale e sono riflesse o assorbite, in base alle sue proprietà e alla presenza di eventuali difetti. Tra le varie forme di onde elettromagnetiche ci sono quelle sfruttabili per la verifica dell’energia termica di un materiale o per la verifica della condizione superficiale dei componenti (esempio termografia a infrarossi).

La termografia è una tecnica che utilizza una termocamera per creare un’immagine della distribuzione della temperatura di un oggetto. Si usa per ispezionare i componenti elettrici al fine di rilevare difetti (come punti caldi), che possono indicare un sovraccarico o un cortocircuito. 

Principi base delle onde e loro applicazioni

Vediamo ora una panoramica dei principi base delle onde utilizzati nella diagnostica industriale:

1. Rifrazione e riflessione

Le onde si riflettono e si rifrangono quando incontrano un’interfaccia tra due materiali con diverse proprietà acustiche. La quantità di riflessione e rifrazione dipende dalla differenza di proprietà acustiche dei due materiali e dall’angolo di incidenza dell’onda.

2. Attenuazione

Le onde si attenuano mentre si propagano attraverso un materiale. L’attenuazione è causata dalla dispersione e dall’assorbimento dell’energia dell’onda da parte del materiale. La quantità di attenuazione dipende dalla frequenza dell’onda, dalle proprietà del materiale e dalla distanza percorsa dall’onda.

3. Diffrazione

Le onde si diffrangono quando incontrano un ostacolo o un’apertura. Ogni punto dell’apertura o gli apici dell’ostacolo, si comportano come emettitori elementari. La diffrazione non è altro che l’interferenza tra le diverse parti dell’onda che avviene quando l’onda incontra l’ostacolo. La quantità di diffrazione dipende dalla lunghezza d’onda e dalle dimensioni dell’ostacolo o della fenditura.

4. Interferenza

Quando due o più onde si sovrappongono, possono interferire tra loro. L’interferenza può essere costruttiva o distruttiva, a seconda della differenza di fase tra le onde. L’interferenza costruttiva fa sì che l’ampiezza dell’onda risultante sia maggiore della somma delle ampiezze delle onde componenti. Nell’interferenza distruttiva, invece, l’ampiezza dell’onda risultante è minore della somma delle ampiezze delle onde componenti.

5. Risonanza

Un’onda può risuonare in una cavità se la sua lunghezza d’onda è uguale a un multiplo intero della lunghezza della cavità stessa. Con la risonanza, l’ampiezza dell’onda all’interno della cavità è molto maggiore rispetto a quella che si avrebbe senza cavità.

Vantaggi delle tecniche di diagnostica industriale basate sulle onde

Le tecniche di diagnostica industriale basate sulle onde offrono una serie di vantaggi rispetto ad altri metodi di ispezione, come quelli distruttivi. Vediamo i principali:

  • Non distruttività. Non danneggiano i materiali che vengono ispezionati.
  • Sensibilità. Possono rilevare piccoli difetti che potrebbero non essere rilevati da altri metodi.
  • Versatilità. Possono essere utilizzate per ispezionare una varietà di materiali e componenti.
  • Portabilità. Le apparecchiature di diagnostica basate sulle onde sono in genere portatili e si possono usare sul campo.

La ricerca nel campo dei CND è in continua evoluzione, con lo sviluppo di nuove tecnologie e tecniche sempre più sofisticate. Oggi, i CND basati sulle onde ultrasoniche rappresentano strumenti preziosi per garantire la sicurezza e l’affidabilità di prodotti e infrastrutture in svariati settori, dall’aeronautica all’edilizia, dall’industria petrolifera a quella automobilistica. 

Grazie alla loro capacità di ispezionare i materiali in modo non distruttivo e con elevata precisione, i CND contribuiscono a prevenire incidenti, ottimizzare la manutenzione e prolungare la vita utile di componenti e strutture. 

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[Foto di SpaceX]