Applicazioni del metodo a Correnti Indotte

L’esame con EC può essere applicato su differenti strutture di materiale conduttore di forma tonda, piatta o irregolare. Le variabili che possono essere misurate o rilevate, in quanto influenzano le correnti parassite, sono, [16]-[24]:

• conduttività elettrica del pezzo in esame che varia con le caratteristiche dei materiali;

• trattamento termico del materiale, in quanto causano variazioni nella conduttività;

• dimensioni del pezzo in esame, poiché le variazioni dimensionali causano variazioni del lift-off o del fill-factor tra il pezzo e la bobina;

• discontinuità nel materiale, la presenza di cricche, inclusioni, ecc. causano variazioni nella risposta.

Nei paragrafi seguenti vengono analizzate le applicazioni delle correnti indotte nella rilevazione di cricche all’interno di strutture metalliche, in quanto saranno oggetto di studio del progetto di ricerca sviluppato.

2.5.1 Rilevazione di cricche con il metodo EC

L’ispezione mediante Eddy Current è un metodo eccellente per il rilevamento di difetti superficiali quando è nota la probabile posizione e orientazione del difetto. Questo tipo di controllo può essere utilizzato efficacemente per ispezionare giunti saldati, contenitori in pressione, tubi ed altri elementi strutturali sottoposti a fatica, [18]-[23].

Difetti come cricche vengono rilevati quando interrompono o modificano il percorso delle correnti parassite e indeboliscono la forza del campo magnetico da loro generato. La variazione di correnti indotte causa una variazione dell’impedenza della

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bobina in base a ciò, sul piano di impedenza, il difetto si presenta come una curva che, dal punto d’intersezione lift-off – conduttività, tende verso l’alto con ampiezza proporzionale alla variazione delle correnti indotte causata dal difetto, Fig.2.4.

L’angolo di separazione tra la curva lift-off e quella della criccatura dipende, oltre che dalla frequenza, dal tipo di difetto (superficiale o sub-superficiale), e dalla distanza del difetto dalla bobina. Naturalmente, fattori come il tipo di materiale, finitura superficiale, condizione del materiale, tipo di sonda, frequenza della bobina e molti altri fattori possono influenzare la sensibilità del controllo.

Individuare con successo la presenza di difetti superficiali in prossimità della superficie richiede, [18]-[23]:

1. la conoscenza del probabile tipo di difetto, la posizione e l'orientamento; 2. selezione del tipo di sonda. La sonda deve adattarsi alla geometria del pezzo e

la bobina deve produrre le correnti parassite che saranno disturbate dal difetto; 3. selezione di una frequenza della corrente ragionevole per la sonda. Per difetti superficiali, la frequenza dovrebbe essere il più alta possibile per la massima risoluzione e alta sensibilità. Per i difetti sotto la superficie, è necessario utilizzare frequenze più basse per ottenere la profondità richiesta di penetrazione, e questo si traduce in una minor sensibilità. I materiali ferromagnetici o altamente conduttivi richiedono l'uso di una frequenza ancora più bassa per ottenere lo stesso livello di penetrazione rispetto ai materiali non ferromagnetici;

4. calibrazione dello strumento mediante campioni di riferimento che siano dello stesso materiale del componente sotto ispezione e con caratteristiche rappresentative del difetto che si vuole cercare.

I passaggi fondamentali nello svolgimento di una ispezione con una sonda per superfici sono i seguenti, [18]-[23]:

a. Selezionare la sonda e configurare lo strumento.

b. Selezionare una frequenza per produrre la profondità di penetrazione desiderata.

c. Regolare lo strumento per ottenere una risposta al difetto facilmente riconoscibile attraverso una calibrazione standard oppure utilizzando campioni di riferimento.

d. Posizionare la sonda di ispezione (bobina) sulla superficie del componente e azzerare la rilevazione dello strumento.

e. Scansionare tramite la sonda tutta la superficie in esame avendo cura di coprire tutto il territorio oggetto del controllo. Bisogna fare attenzione a mantenere lo

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stesso orientamento della sonda rispetto alla superficie in quanto un’oscillazione della sonda può influenzare l'interpretazione del segnale. f. Monitorare il segnale di un cambiamento locale di impedenza che si verificherà

al passaggio della sonda sopra una discontinuità del materiale. Solitamente rappresentato come una curva sul display dello strumento.

La figura 2.7 mostra un’applicazione di una semplice sonda di superficie ad un campione di calibrazione.

Figura 2.7: Applicazione di una sonda EC di superficie su un campione di calibrazione (a) e corrispondente variazione di impedenza (b)

Muovendo la sonda sulla superficie del pezzo da sinistra verso destra, questa incontra successivamente tre cricche superficiali di diversa profondità, ognuna delle quali causa una variazione delle correnti indotte di diversa intensità, causando quindi una variazione dell’impedenza dalla sonda. A sua volta la sonda produce un segnale d’uscita rappresentato sul piano delle impedenze, Fig. 2.7 b), come una curva che dal punto d’intersezione lift-off–conduttività, tende verso l’alto con ampiezza proporzionale all’estensione del difetto, [18]-[23].

Inoltre, l’angolo di separazione tra la curva lift-off e quella della criccatura dipende, oltre che dalla frequenza dalla profondità del difetto. In questo caso analizzando le curve prodotte dai tre difetti sul piano dell’impedenza si può notare che la prima cricca, rappresentata dalla curva 1) di Fig.2.7 b), risulta essere di estensione e di profondità più ridotte rispetto alle altre due, la seconda cricca rappresentata dalla curva 2) di Fig.2.7 b), risulta avere estensione e profondità intermedia tra le due, la terza cricca rappresentata con la curva 3) di Fig.2.7 c) risulta avere dimensione e profondità maggiore delle altre due.

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Nel caso appena descritto la variazione di impedenza prodotta dalle cricche genera sul piano delle impedenze una semplice linea curva, ma la forma della curva oltre che dalle variabili prima descritte dipende anche dall’inclinazione che assume la cricca all’interno del pezzo.

2.5.2 Modelli dei difetti

Quando un difetto o qualsiasi altra specie di discontinuità si presenta in un oggetto metallico, tende a modificare le traiettorie delle correnti indotte, quindi le linee di flusso, sono deviate in un modo caratteristico che dipende dalla natura della discontinuità e si verificano di conseguenza variazioni dell’impedenza della bobina.

Figura 2.8: Riferimenti dimensionali utilizzati per descrivere fessure superficiali perpendicolari ed inclinate: d = profondità, t =spessore, w = larghezza, θ = angolo di inclinazione.

Osservando la Fig.2.8 è possibile notare che le cricche superficiali, sia perpendicolari che inclinate, possono essere descritte mediante alcuni parametri come lo spessore “t”, la profondità “d”, la larghezza “w” che descrive la distanza lungo le cricche nella direzione verso il basso, e l’angolo di inclinazione “ϑ” rispetto alla normale alla superficie. Notiamo che quando una cricca è inclinata di un angolo “ϑ” rispetto alla normale alla superficie, allora d = w cosϑ, pertanto quando la cricca è perpendicolare alla superficie d = w, [18]-[23].

La dimensione di una cricca superficiale, per esempio, può essere valutata muovendo una bobina, che funge da sonda, da una posizione sull’oggetto da testare dove non c’è nessun difetto ad una posizione dove è presente una cricca, misurando le variazioni risultanti delle componenti dell’impedenza della bobina. Queste variazioni dipendono dallo spessore “t” ed in particolare dalla profondità “d”. Per una data combinazione bobina-campione, il valore di questa variazione d’impedenza dipende anche dai valori normalizzati della frequenza e dal lift-off e dal raggio della bobina.

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Quando una sonda esplora una superficie che contiene una cricca, il valore massimo dell'impedenza raggiunto dalla bobina è determinato soltanto dalla profondità verticale della cicca sotto la superficie; è indipendente dalla larghezza della cricca.

In figura 2.9 viene mostrata la variazione di impedenza di una sonda a singola bobina durante una scansione superficiale di un blocchetto di metallo che contiene delle cricche simulate che hanno le stesse profondità ma angoli di inclinazione differenti. Il grafico dell’impedenza contiene una linea curva per una cricca perpendicolare, Fig. 2.9 a), ma si apre in un ciclo quando la cricca è inclinata rispetto alla superficie; l’area del ciclo aumenta con l’aumentare dell’angolo di inclinazione, Fig. 2.9 b) e c). La forma del ciclo è determinata dalla forma della cricca e la Fig. 2.9 d) mostra come un ciclo può prendere la forma di otto quando la cricca indagata è piegata.

Figura 2.9: Variazione della componente di impedenza di una sonda a singola bobina durante la scansione superficiale di un blocchetto metallico contenente cricche della stessa profondità ma con

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