Come scegliere il giusto Controllo Non Distruttivo
Le caratteristiche che devono avere i CND per ottenere indicazioni nella ricerca dei difetti di produzione.
La saldatura è una unione permanente di due o più elementi, i quali vengono uniti tra di loro da un processo di fusione. La saldatura inoltre è considerato un processo speciale, il che significa che per verificarne la sua qualità non ci si può limitare al solo aspetto visivo.
In altri termini una giunzione saldata deve soddisfare due requisiti, "deve essere sia sana che buona", ma questo cosa significa? Una giunzione "sana" è una giunzione che non deve contenere difetti di esecuzione e questo lo garantisce il saldatore con la sua manualità che è stata verificata dal possesso di una certificazione. Una giunzione "buona" è quella che risponde ai requisiti metallurgici (durezza, duttilità, allungamento, resilienza, ecc.), ovvero che deve soddisfare i requisiti sottointesi dal progettista ed intesi come minimi, per garantirne il giusto impiego. Ed ecco che prima di parlare dei controlli è necessario introdurre l'importanza della qualifica della procedura e la certificazione del saldatore.
La procedura di saldatura è una qualifica che si ottiene mediante una "giunzione saldata tipo", realizzata dinnanzi ad un ispettore che ne immortala i parametri utilizzati per la realizzazione e che sucessivamente viene portata in un laboratorio che ne definisce le caratteristiche fisiche, meccaniche e metallurgiche. Questa prova se ripetuta, nelle stesse condizioni di esecuzione della precedente, garantisce che le proprietà del giunto rimangano inalterate nel tempo. Mentre la certificazione del saldatore invece serve per dimostrare la capacità della persona di realizzare giunti privi di imperfezioni. Procedura e certificazione assieme creano i presupposti affinchè il giunto realizzato debba essere sia sano che buono. L'alternativa a questo modo di operare rimarrebbe quello di ispezionare ogni giunto prodotto mediante rottura, impedendo però di fatto di ottenere alcuna produzione.
I controlli non dstruttivi (CND) nascono per ricercare i difetti di produzione legati al saldatore o ad una errata applicazione dei parametri essenziali indicati dalla procedura i quali porterebbero alla creazione di un difetto come le cricche, mancanza di fusione o di penetrazione. La UNI 6520 classifica le imperfezioni di saldatura in sei gruppi o famiglie che sono: discontinuità metalliche (es: cricche), mancanze di materiale (pori o tarli), inclusioni solide (elementi esterni nel giunto scoria, flussi, altri materiali), mancanza di fusione e penetrazione, difetti di forma e geometria e altre imperfezioni (tutte quelle non contemplate dai casi precedenti). Se catalogassimo le imperfezioni potremmo dire che solo le cricche sono di natura metallurgica (nascono da una errata applicazione della procedura), mentre le altre sono tutte di natura operativa e quindi dipendono dal saldatore o dalla procedura. I controlli non distruttivi (CND) si impiegano per ricercare i difetti contenuti nella UNI 6520.
Le imperfezioni o difetti di fabbricazione possono avvenire in fabbricazione, ovvero nel momento di realizzazione del prodotto o del componente, ma può essere necessario fare delle verifiche in esercizio specie quando le condizioni di esercizio sono: ambienti corrosivi, impieghi a alte temperature, condizioni di fatica, tensocorrosione, impeghi criogenici o erosione di funzionamento. Molti prodotti nascono già con il concetto di "vita utile", ovvero il tempo massimo di funzionamento del prodotto, oltre il quale e previsto una verifica sullo stato di salute del componente confermando o meno la sua idoneita di funzionamento, alla riparazione o al peggio alla sua sostituzione. Inoltre i CND possono essere utilizzati per controllare i giunti saldati ma anche laminati, forgiati oltre che ovviamente anche le fusioni. In questo articolo non si parlerà di altri impieghi o di altri materiali.
Mediante l'uso dei CND si otterranno delle "indicazioni" le quali andranno prima individuate e poi intepretate e valutate al fine di capire se questi possano essere ritenuti accettabili e quindi da considerarsi solo come imperfezioni o se invece sono da ritenersi dei difetti inacettabili per l'esercizio in scurezza di quel componente e quindi dovranno essere opportunamente riparati e ovviamente ricontrollati al fine di verificare se la riparazione è stata efficace. Ma chi stabilisce quando un segno diventa imperfezione e quando diventa un difetto che può pregiudicare la vita del giunto? Questo compito spetta alle norme di prodotto (es. EN 1090 Costruzioni, UNI 17635 Ferroviario, 13345 Pressione, ecc.) ma nel caso mancassero dovrà intervenire il progettista o un livello 3 secondo UNI 9712. Il progettista è colui che ha firmato il disegno mentre il liv. 3 UNI 9712 è un esperto qualificato al massimo livello nei CND - in questo articolo non prenderemo in considerazione questo argomento in quanto richiederebbe una trattazione a parte. Fatte queste premesso possiamo iniziare ad entrare nel merito dei CND e delle loro peculiarità.
Fatte le premesse sopra, possiamo iniziare a introdurre i CND con le loro caratteristiche. I CND trovano cosi largo impegno in quanto devono garantire l'inalterabilità del pezzo, ovvero non lo devono modificare minimamente, inoltre devono essere di veloce esecuzione e avere un responso rapido, essere impiegabili ovunque e possibilmente non essere nocivi per l'uomo e l'ambiente. Un controllo che dovesse lasciare una qualsiasi modifica, anche se microscopica non è considerato più non distruttivo. Esempio una micro-impronta di durezza o una replica metallografiche vengono già considerati controlli di tipo semi-distruttivo seppure con minima invasività!
Quando si parla di scegliere i CND è necessario partire da alcune informazioni sulla sua realizzazione come il materiale impiegato, tecnica di giunzione, tipo di severità d'esercizio, ecc. Queste informazioni saranno fondamentali per impostare la scelta più corretta giusta per effettuare il controllo. Alcuni materiali e procedimenti hanno difetti tipici e avere queste informazioni ci permettono di capire cosa va ricercato come tipo di difetto.
I CND si distinguono a seconda della capacità di rilevare una imperfezione in due tipi. Quelli capaci di individuare i difetti superficiali che sono il visivo (VT), liquidi penetranti (PT) e i magnetoscopici (MT) e i volumetrici che sono ultrasonoro (UT) e radiografici (RT). Inoltre ogni controllo ha i propri limiti di impiego oltre che di capacità di rilevare più o meno bene una "indicazione". Faccio notare che ho parlato di indicazione, e non di difetto. Infatti dovranno prima essere individuati i segnali i quali andranno poi opportunamente interpretati per poi esprimersi in un giudizio sulla idoneità o meno della giunzione. Idoneità che dipenderà da molti parametri, prima tra tutti la severità prevista per quel componente nel suo esercizio. Morale, uno stesso difetto potrebbe essere accettato in un caso e in altri richiedere una riparazione fino ad arrivare allo scarto o distruzione del componente. Da queste due premesse, appare subito chiaro come il problema sia complesso la scelta di un CND con i limiti di accettabilità qualora non sia disponibile una norma di prodotto. Diventa quindi molto importante saper procedere correttamente con la scelta dei giusti controlli, ma quali sono e come sceglierli?
Va subito premesso che non tutti i giunti realizzati possono essere sottoposti ad un controllo, altrimenti si passerebbe più tempo a effettuare ispezioni che a saldare. Le regole di applicazione dei CND devono essere già definiti in sede progettuale e questi dipendono da molteplici fattori come: il tipo di impiego che andrà a fare il giunto, l'esistenza di norme di prodotto in merito a quel manufatto, alle necessità del progettista, alla qualità desiderata del manufatto, estetica compresa. Considerato anche il costo che hanno i controlli, solo particolari prodotti possono permettersi controlli a tappeto e questi normalmente sono i settori: nucleare, aereoutico, militare, criogenico e pochi altri.
Inoltre va sfatato il mito che esiste un controllo che possa prevalere in assoluto sugli altri. Ogni controllo ha caratteristiche intersiche proprie del principio fisico sul quale esso funziona, pertanto anche solo pensare che possa essercene uno meglio di altri è completamente forviante. Sarebbe più utile conoscere a grandi linee come funzionano i controlli e sceglieli in base alle esigenze, spesso si riesce ad ottenere un ottimo risultato applicando più metodi. La buona prassi prevede prima tra tutti il controllo visivo, il quale se superato può dare origine ad uno superficiale seguito da un volumetrico.
I difetti si possono classificare di due tipi: quelli superficiali, ovvero che rivelano impefezioni di superficie e quelli volumetrici che invece individuano difetti all'interno del materiale. I principali controlli sono: il metodo visivo, il quale mi permette di fare una prima analisi della situazione, normalmente ad occhio nudo, ma sono anche utilizzabili quelli fatti da remoto, ovvero utilizzando uno strumento che si interpone sull'asse ottico tra il pezzo è l'occhio (es. boroscopio, endoscopio e etc.), utilizzati quando non si può avere un accesso diretto. Anche se tutti quanti possono guardare un giunto saldato, non tutti però sanno distinguere le imperfezioni che già possono essere tantissime per un occhio esperto. Io dico sempre: "un giunto brutto difficilmente è anche sano e buono, ma un giunto che ha un bell'aspetto non è detto che non nasconda dei difetti di tipo volumentrico o di natura metallurgica". Inoltre interpretare un cordone di saldatura, non è un mestiere che al quale di si improvvisa, specie se poi è necessario prendere delle decisioni sucessive.
Gli altri metodi di superficie sono i liquidi penetranti PT (Penetration Test) e MT (Magnetic Test). Sebbene servano per vedere difetti affioranti sulla superficie, utilizzano principi fisici differenti, di conseguenza forniscono indicazioni in modo diverso oltre che possedere anche sensibilità diversa. Per sensibilità del metodo si intende la capacità di rilevare un certo tipo di difetto. Per sendibilità di indagine si intende la capacità di individuare il difetto più piccolo. Per ciascun metodo anche se il principio fisico sia sempre lo stesso, esistono diverse varianti, con il risultato che le indicazioni che se ne possono rilevare sono diverse. Solo per darvi una idea il metodo MT usa il principio dei campi magnetici, ma giocando sulla intensità e sulla tipologia di corrente alternata o in continua si possono indagare situazioni diverse. Discorso analogo vale anche per i volumetrici che sono UT (Ultrasound Test) e RT (Radiotion Test).
Per concludere, consiglio di definire i tipi di controllo già in fase di progettazione, in modo tale che essi siano noti a tutti. Il progettista dovrà individuare l'esistenza di una norma di prodotto con il suo livello di accettabilità. Nel caso questa non esista, farà bene consultarsi con una figura esperta, meglio se qualificata UNI 9712 su più metodi. Ci sono controlli che non sono applcabili a differenza di quanto i possa credere. Sono un esempio i magnetici che non valgono su materiali che non siano ferromagnetici. Analogamente il metodo radiografico, che oltre ad essere molto complesso richiedere uniformità di spessori e giunti in sola piena penetrazione, oltre a offrire con molta difficoltà la vera dimensione e posizione del difetto.
Desidero invece aggiungere che nel caso l'esito dei controlli non dia un esito positivo, allora sarà necessario, oltre a procedere con la riparazione e il sucessivo ricontrollo per la autorizzazione alla idoneità al servizio - (il quale necessità di opportuna procedura, argomento che meriterebbe una trattazione a parte) - stabilire anche con quale estensione di vuole fare ulteriori controlli e con che regole. Questione che va chiarita anticipatamente in sede contrattuale, perchè limitarsi alla sola riparazione dei difetti non da alcuna sicurezza sui giunti che restano. Parimenti sarebbe comunque sbagliato estenderli a tappeto!
Capisco che l'argomento sia complesso e legato ad aspetti pecunicari, e quindi più che dare delle regole, sarebbe il caso mettere del giudizio.