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Jul 20, 2023

Test ad ultrasuoni di compositi in fibra di vetro e fibra di carbonio

Con l’aumento dell’uso di compositi in fibra di vetro e fibra di carbonio nella produzione, è cresciuta anche la necessità di test non distruttivi affidabili, sia nella fase iniziale di fabbricazione che durante il servizio.

Con l’aumento dell’uso di compositi in fibra di vetro e fibra di carbonio nella produzione, è cresciuta anche la necessità di test non distruttivi affidabili, sia nella fase iniziale di fabbricazione che durante il servizio. La fibra di vetro tradizionale è comunemente utilizzata in serbatoi, tubi, scafi di barche, pale eoliche, pannelli strutturali e prodotti simili. La plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) è diventata sempre più importante nel settore aerospaziale poiché un numero crescente di progetti di aerei militari e civili si basano sulla leggerezza e sulle proprietà di elevata resistenza dei compositi avanzati. A causa della loro struttura laminare, questi materiali sono potenzialmente soggetti a fessurazioni parallele alla superficie, sia a causa di stress applicati che di debolezze derivanti da anomalie di fabbricazione. Queste crepe interne nascoste possono avere un impatto significativo sull'integrità strutturale e normalmente non sono rilevabili mediante radiografia o tecniche NDT diverse dagli ultrasuoni. Fortunatamente, i test a ultrasuoni forniscono una tecnica pronta e consolidata per individuare e documentare i difetti interni.

Il rilevamento dei difetti a ultrasuoni e la misurazione dello spessore si basano su un semplice principio della fisica delle onde. Un'onda sonora ad alta frequenza che è stata generata da una piccola sonda chiamata trasduttore e accoppiata a un mezzo solido come fibra di vetro o compositi viaggerà in linea retta perpendicolare alla superficie finché non incontra un confine materiale come una parete lontana, un altro materiale interfaccia o una laminazione. A quel punto l’onda sonora si rifletterà in modo prevedibile. I misuratori di spessore misurano il tempo di transito di andata e ritorno dell'impulso sonoro e quindi utilizzano la velocità del suono programmata nel materiale di prova per calcolare lo spessore. Il rilevamento dei difetti a ultrasuoni analizza gli echi attraverso un processo comparativo in cui il modello di eco generato da una parte buona viene confrontato con il modello di eco di un pezzo di prova. Poiché le onde sonore si riflettono da vuoti o crepe, i cambiamenti nel modello dell'eco indicano cambiamenti nella struttura interna di una parte. Nei test su fibra di vetro e compositi, lo strumento generalmente cerca la presenza di echi all'interno di un cancello o di una finestra contrassegnati che rappresentano l'interno del pezzo da testare. Mentre la natura disomogenea della fibra di vetro e dei compositi può generare riflessioni di rumore diffuso anche da materiale solido, le crepe la cui area si avvicina al diametro del raggio sonoro restituiscono tipicamente forti indicazioni localizzate che saranno riconosciute da un operatore addestrato.

La frequenza del test e le dimensioni della sonda vengono selezionate in base al materiale da ispezionare e ai parametri critici dei difetti. In generale, per la risoluzione di difetti più piccoli sono necessari frequenze più elevate e diametri del fascio più piccoli. Le sonde a frequenza più bassa vengono utilizzate per penetrare più in profondità nei materiali e compensare la dispersione e l'attenuazione del suono in materiali con densità inferiore o strutture disomogenee. La selezione della sonda e la configurazione dello strumento devono essere sempre ottimizzate per il lavoro da svolgere.

Parti e strutture in fibra di vetro

La fibra di vetro viene comunemente testata con misuratori di spessore a ultrasuoni tradizionali e rilevatori di difetti utilizzando trasduttori a elemento singolo a bassa frequenza, comunemente a frequenze di 2,25 MHz e inferiori, in genere fino a 0,5 MHz quando gli spessori superano circa 0,5 pollici o 12,5 mm. Trasduttori specializzati a bassa frequenza che utilizzano tecniche di linee di ritardo con adattamento di impedenza possono ottimizzare sia la penetrazione che la risoluzione in prossimità della superficie. I misuratori di spessore progettati per fornire una lettura diretta dello spessore totale del materiale sono semplici da usare e richiedono poche regolazioni da parte dell'operatore dopo la configurazione iniziale. I rilevatori di difetti convenzionali visualizzano uno schema di riflessioni sonore denominato A-scan, che cambierà al variare delle condizioni del materiale e che viene interpretato da un operatore addestrato per identificare le anomalie. Le misurazioni dello spessore ad ultrasuoni sono particolarmente utili con i lay-up di mat/roving in fibra di vetro, dove le variazioni nello spessore dello strato rendono necessario controllare periodicamente lo spessore durante la produzione, e il rilevamento delle crepe è di particolare importanza nel settore del rilevamento marino per verificare possibili danni nascosti allo scafo nei vecchi Barche.