Fattori correlati al materiale
I misuratori di spessore a ultrasuoni di qualità permettono l'esecuzione di misure a alta precisione su metalli, plastiche e altri metalli. Tuttavia il grado di precisione raggiunto in un'applicazione dipende da diversi fattori: materiale da misurare, apparecchiatura, forma della componente e capacità dell'operatore. Continuare nella lettura per scoprire i fattori che possono influenzare i risultati di misura a ultrasuoni.
Fattori correlati al materiale
Le proprietà fisiche del materiale da misurare rappresentano uno dei fattori che influenzano l'intervallo e la precisione di misura di un misuratore di spessori a ultrasuoni. Questi includono i fattori acustici e di forma.
1. Proprietà acustiche del materiale da misurare
Esistono diverse condizioni riscontrabili in alcuni materiali industriali che possono limitare la precisione e la scala delle misure di spessore ad ultrasuoni:
- Diffusione energia ultrasonora: Nell'acciaio inossidabile, nella ghisa, nella fibra di vetro e nei materiali compositi, l'energia ultrasonora sarà diffusa dai singoli limiti intergranulari dei metalli o nei limiti tra le fibre e le matrici nelel fibre di vetro o nei materiali compositi. La porosità può avere lo stesso effetto in qualunque materiale. Assicurarsi di regolare la sensibilità del misuratore per evitare il rilevamento di questi echi parassiti causati dalla diffusione dell'onda ultrasonora Questa compensazione può limitare la capacità di rilevamento del misuratore di una valida eco di ritorno dall'eco di fondo del materiale, riducendo quindi l'intervallo di misura.
- Attenuazione o assorbimento dell'energia ultrasonora: In numerosi polimeri come le plastiche a bassa densità e nella maggior parte dei tipi di gomma, l'energia ultrasonora è attenuata molto rapidamente alle frequenze usate per la misura a ultrasuoni. Questa attenuazione aumenta con la temperatura. Lo spessore massimo misurabile in questi materiali viene spesso limitato dall'attenuazione.
- Variazioni della velocità di propagazione dell'onda ultrasonora:La misura di spessore a ultrasuoni è precisa solo se la velocità di propagazione dell'onda ultrasonora nel materiale corrisponde alla taratura del misuratore. Alcuni materiali mostrano delle variazioni significative di velocità di propagazione dell'onda ultrasonora da punto a punto. Questo si verifica in alcuni tipi di metalli pressofusi in seguito alla variabilità della struttura granulare causata dalle diverse velocità di raffreddamento e dall'anisotropia della velocità di propagazione dell'onda ultrasonora in base alla struttura granulare. Nella fibra di vetro possono riscontrarsi delle variazioni localizzate della velocità di propagazione dell'onda ultrasonora dovute a delle variazioni nel rapporto resina/fibra. Numerosi tipi di plastiche e gomme la velocità di propagazione dell'onda ultrasonora varia in funzione della temperatura, necessitando pertanto da parte degli operatori l'esecuzione della taratura della velocità di propagazione dell'onda ultrasonora alla stessa temperatura di esecuzione della misura.
- Inversione della fase o distorsione della fase: La fase o la polarità di un'eco di ritorno è determinata dall'impedenza acustica relativa (densità × velocità di propagazione dell'onda ultrasonora) tra due materiali. I misuratori a ultrasuoni considerano una situazione tipica dove la componente da ispezionare è sostenuta da aria o liquido, entrambi i quali possiedono un'impedenza acustica inferiore ai metalli, alle ceramiche e alle plastiche. Comunque, in alcune applicazioni specializzate, come nelle misure del rivestimento in vetro o plastica su metallo oppure della placcatura di rame sull'acciaio, questa relazione d'impedenza è invertita e l'eco appare con un'inversione di fase. In questa situazione, bisogna assicurarsi di modificare l'appropriata polarità di rilevamento dell'eco per assicurare un livello ottimale di precisione. Una situazione più complessa si può presentare con i materiali omogenei o anisotropici come nei metalli pressofusi a granulosità grossolana o in alcuni materiali compositi dove le condizioni del materiale si traducono nell'esistenza di diversi percorsi ultrasonori nella zona del fascio. In questi casi, la distorsione della fase può creare un'eco che non è negativo e neppure positivo. In questi casi, sperimentare con attenzione i campioni di riferimento per determinare gli effetti sulla precisione delle misure.
2. Proprietà fisiche della componente da misurare
Per stabilire i limiti dell'intervallo e della precisione di misura devono anche essere considerati gli aspetti legati alle dimensioni, alla forma e alle finiture superficiali della componente da misurare.
- Irregolarità superficiali della componente da misurare: Si ottiene la maggior precisione di misura quando le superfici anteriore e posteriore della componente da ispezionare sono regolari. Quando la superficie di contatto è irregolare, lo strato di accoppiante ha un maggior spessore. Lo spessore minimo misurabile quindi aumenta per considerare l'onda ultrasonora riflessa dallo strato di accoppiante. Un accoppiamento inefficiente potrebbe ridurre l'ampiezza
dell'eco. Inoltre, se la superficie superiore o inferiore della componente da misurare è irregolare, è possibile che si verifichi la distorsione dell'eco di ritorno a causa della leggera differenza dei percorsi ultrasonori multipli rilevati dal trasduttore, producendo delle misure imprecise.
Per le misure di corrosione, i residui di magnetite, ruggine, corrosione o sporco nella superficie esterna della componente da ispezionare può influenzare l'accoppiamento dell'energia ultrasonora tra il trasduttore e la componente da misurare. Per questo motivo, prima di effettuare la misura, è necessario effettuare una rimozione dei residui dalla componente da misurare mediante una spazzola di ferro o una lima. In termini generali, l'esecuzione delle misure di corrosione attraverso sottili strati di ruggine è possibile se la ruggine è distribuita in modo regolare e se è legata in modo ottimale al metallo sottostante. Tenere in considerazione che superfici molto corrose o arrugginite potrebbero dover essere limate o sabbiate in modo uniforme per assicurare un accoppiamento sonoro ottimale. Potrebbe inoltre essere necessario rimuovere la vernice se tende a distaccarsi dal metallo.
- Curvatura della componente da misurare: Una problematica correlata è l'allineamento del trasduttore con la componente da misurare. Quando si effettuano delle misure su delle superfici curve, è importante posizionare il trasduttore in corrispondenza dell'asse centrale della componente e mantenerlo il più saldamente possibile sulla superficie. In alcuni casi, un supporto di blocco a V a molla può risultare utile per mantenere questa posizione. In generale, minore è il raggio di curvatura, minore è la dimensione del trasduttore e maggiore è l'allineamento del trasduttore che diventa progressivamente più critico. Nel caso di raggi molto ridotti, è necessario un approccio a immersione con un trasduttore focalizzato. In alcuni casi, l'utilizzo della schermata della forma d'onda facilita il mantenimento dell'allineamento ottimale. Inoltre, sulle superfici curve, è importante usare solamente la quantità di accoppiante necessaria per ottenere una misura. L'accoppiante in eccesso tra il trasduttore e la superficie da ispezionare crea uno spazio dove l'onda ultrasonora riverbera e può creare dei segnali parassiti che producono delle misure erronee.
- Convergenza e eccentricità: Se la superficie di contatto e la superficie inferiore della componente da misurare sono convergenti, eccentriche, angolate o disallineate reciprocamente, l'eco di ritorno sarà ridotta in termini di ampiezza e potrebbe essere distorta a causa della variazione del percorso ultrasonoro per la larghezza del fascio, riducendo la precisione della misura. In genere lo spessore misurato rappresenterà una media approssimativa delle variazioni di spessore nel diametro del fascio. Nel caso di disallineamenti significativi, la misura è impossibile visto che il fascio riflesso formerà un percorso a V distante dal trasduttore che quindi non può essere ricevuto. Questo effetto aumenta con l'aumentare dello spessore della componente.
Fattori correlati all'operatore
Taratura:La precisione di una misura a ultrasuoni sarà commisurata alla precisione e alla qualità della taratura. Quando cambia il materiale da misurare o il trasduttore, assicurarsi di eseguire le tarature della velocità di propagazione dell'onda ultrasonora e dello zero descritte nella Sezione 4. Inoltre si consigliano delle verifiche periodiche con campioni di spessore noto per assicurarsi che il misuratore funzioni correttamente.
- Allineamento del fascio: Nel caso di misure su superfici piane mantenere sempre il trasduttore in piano mentre nel caso di misure su superfici curve mantenere il trasduttore perpendicolare alle superfici curve. Quando si effettuano misure su superfici curve, centrare sempre il trasduttore sulla curva. Un disallineamento causerà una distorsione dell'eco, la quale influenzerà negativamente la precisione.
- Accoppiamento tecnico:Nelle misure in Modalità 1 con trasduttori a contatto, lo spessore dello strato di accoppiante è parte della misura ed è compensata da una parte dell'offset dello zero. Per assicurare la massima precisione, la tecnica di accoppiamento deve essere uniforme. Per ottenere delle misure uniformi, utilizzare solamente un quantità di accoppiante sufficiente per acquisire una misura stabile e applicare il trasduttore con una pressione
uniforme. La pratica permetterà di determinare l'intensità di pressione (da moderata a intensa) da applicare per ottenere delle misure ripetibili. Inoltre non raschiare o trascinare mai i trasduttori sulle superfici irregolari. In generale, i trasduttori con un diametro ridotto necessitano una pressione di accoppiamento inferiore per eliminare l'eccedenza dell'accoppiante rispetto ai trasduttori con un diametro maggiore. In tutte le modalità, l'inclinazione
del trasduttore distorce gli echi e produce delle misure imprecise.
Per la misura della corrosione su tubazioni su tubazioni o tubi di ridotto diametro, posizionare il trasduttore in modo che il materiale di attenuazione dell'onda ultrasonora sulla superficie della sonda sia allineato perpendicolarmente all'asse centrale della tubazione, come illustrato di seguito.
Fattori correlati all'apparecchiatura.
Mentre i fattori strutturali dello strumento, come la velocità di campionamento digitale, definirà i limiti di intervallo e precisione per un misuratore a ultrasuoni, l'intervallo e la precisione in un'applicazione è determinata fondamentalmente dalla combinazione di misuratore, trasduttore e configurazione, oltre che dai fattori correlati al materiale. Per maggior informazioni sui tipici materiali e intervalli di spessore che possono essere misurati con dei misuratori a ultrasuoni mediante degli specifici trasduttori e delle idonee configurazioni dello strumento, consultare l'Appendice della Sezione 9.0 - Diagrammi dei trasduttori.
Notare che i misuratori di precisione che utilizzano i trasduttori a singolo elemento, in genere assicurano una maggiore precisione rispetto ai misuratori di corrosione che utilizzano i trasduttori a doppio elemento.
