Ispezione mediante Liquidi Penetranti - Dimeca

Ispezione mediante Liquidi PenetrantiL’esame con liquidi penetranti è volto ad accertare l’esistenzadi discontinuità quali cricche, sovrapposizioni, piegature, emancate fusioni che affiorano sulla superficie da esaminare.Il controllo viene effettuato principalmente sui materialimetallici, ma può essere eseguito anche su materiali di altranatura, purché essi risultino inerti rispetto ai prodotti impiegatiper l’indagine e non siano eccessivamente porosi.

Ispezione mediante Liquidi PenetrantiPrincipio di Funzionamento: Una sostanza liquida viene deposta sul pezzo da testare I difetti superficiali e subsuperficiali assorbono il liquido percapillarità e non per gravitàTale prerogativa, che risulta la base di tutta la metodologia di controllo, rende facilmenteispezionabili superfici di difficile accesso indipendentemente dalla loro posizione. Una seconda sostanza (rivelatore) mette in evidenza la risalitacapillare Si formano delle indicazioni visive (macchie) in corrispondenzadella posizione del difetto

CapillaritàLa capillarità è un fenomeno che permette all'acqua di salire in tubicini molto sottili. Questofenomeno è spiegato dall'esistenza di forze di attrazione tra le molecole dell'acqua e le pareti deltubicino: tali forze sono dette forze di adesione.Anche tra una molecola d'acqua e l'altra esistono forze di attrazione che prendono il nome diforze di coesione.Quando l'acqua è contenuta in un tubo dal diametro grande, il numero delle molecole d'acqua acontatto con il vetro è relativamente piccolo. Quando invece si tratta di un tubo capillare, ilnumero di molecole dell'acqua a contatto con il vetro è molto più grande, quindi prevalgono leforze di adesione sulle forze di coesione. L'acqua sale per un certo tratto lungo il tubo di vetro,mentre la superficie del liquido non si presenta piana ma curva, con la concavità verso l'alto.

Breve storia del metodo LPI Osservazioni di antichi fabbri che descrissero la risalita di liquidi da cricchepresenti nei pezzi in lavorazione, impiego di pezzi di carbone strofinati sullesuperfici da testare (terrecotte), Nell’800, metodo “oil and whiting” per l’ispezione di materiale ferroviario(kerosene diluito, sospensione di gesso in alcool) Anni 40: La società americana Magnaflux, presenta il sistema “Zyglo” basatosull’impiego di sostanze fluorescenti combinate con opportune sostanzepenetranti ed analizzate con luce ultravioletta

Metodo LPI vs. Ispezione VisivaChe miglioramento apporta l’uso di liquidi penetranti rispetto alla sempliceispezione visiva? Le indicazioni sono di dimensione maggioredell’occhio umano)(limiti di risoluzione L’indicazione è più contrastata

L’occhio umanoLa luce penetra nell’occhio attraverso la pupilla eattraversa il cristallino il quale, variando lapropria curvatura, concentra i raggi luminosisulle cellule fotorecettrici della retina.Nella retina esistono due tipi di fotorecettori, che, per la loro forma, sonodenominati bastoncelli e coni. I bastoncelli sono sensibili alla luce blu-verde,hanno un picco di sensibilità per una lunghezza d’onda di 498 nm e vengonoutilizzati per la visione in condizioni di luce molto fioca. Essi forniscono unapercezione grossolana dei movimenti attraverso la rilevazione di cambiamenti diintensità luminosa lungo il campo visivo.I coni invece sono sensibili alla luce intensa e ad essi si deve la nitida visionediurna e la percezione dei colori. Pigmenti presenti in diversi tipi di coni sonosensibili, rispettivamente, al rosso, al verde e al blu.

Sensibilità al contrastoNell’esecuzione di un controllo con liquidi penetranti, se il penetrante è deltipo visibile, la sensibilità dell’occhio al contrasto diventa di fondamentaleimportanza.In generale, per contrasto si intende la differenza tra il colore dell’oggetto chesi sta osservando (le indicazioni nel caso del controllo LPI) e il colore di fondo.Se si riduce la differenza nelle tonalità di colore, si peggiora il contrasto e,conseguentemente, diminuisce la percettibilità dell’oggetto osservato.E’ stato determinato sperimentalmente, che la minima differenza che l’occhioumano può distinguere nella scala del grigio, è circa il 2% della luminositàtotale; si è altresì osservato che la sensibilità al contrasto è funzione delformato e della frequenza spaziale delle caratteristiche dell’immagine.Tuttavia, il legame con tali caratteristiche, non è diretto, infatti, spesso oggettigrandi non sono più facilmente visibili di altri piccoli, a causa di un bassolivello del contrasto.

Sensibilità al contrastoLa curva a destra, mostra la risposta dell’occhio nellenormali condizioni di illuminazione ed è detta rispostafotopica. In tali circostanze, sono i coni a permettere lavisione, in quanto i bastoncelli diventano soprasaturi enon trasmettono alcun segnale.La curva della risposta fotopica, presenta un picco incorrispondenza di una luce avente lunghezza d’ondadi 555 nanometri, il che significa, che in condizioni dinormale illuminazione, l’occhio è più sensibile ad uncolore giallo-verdastro.La risposta dell’occhio ad un’illuminazione tipica diuna cabina di controllo per liquidi penetranti presentaun picco in corrispondenza di una lunghezza d’ondadi 550 nanometri. I liquidi penetranti fluorescenti,sono studiati per emettere luce circa a questalunghezza d’onda, cosicché, l’occhio che osserva sianelle condizioni di massima sensibilità.

Schema della procedura di controllo LPI1. Preparazione della superficie2. Applicazione del liquido penetrante3. Attesa (Tempo di penetrazione)4. Rimozione del penetrante in eccesso5. Applicazione del rivelatore6. Esame delle indicazioni

1. Preparazione della superficie È uno dei passi più critici del processo: tutti gli agenti contaminanti, qualiincrostazioni, olio, vernici, acqua, residui di lavorazione ecc. che possanopotenzialmente impedire o limitare l’accesso del penetrante all’interno deidifetti devono essere rimossi, utilizzando metodi meccanici o chimici o unacombinazione di entrambi.Se il componente da ispezionare è stato sottoposto di recente ad operazionidi tornitura, fresatura o rifinitura superficiale in genere, può rendersinecessario un trattamento a base di solventi per eliminare residui dellesostanze lubrificanti impiegate nelle lavorazioni che possono otturare lecricche.

1. Preparazione della superficiePULIZIA MECCANICAGli agenti contaminanti vengono rimossi con spazzolatura, raschiatura,abrasione, sabbiatura, getti di acqua ad alta pressione (attenzione allatemperatura nel caso di materiali “teneri”)PULIZIA CHIMICASi utilizzano prodotti chimici adeguati alla rimozione degli agenticontaminanti.I residui della pulizia chimica preliminare possono reagire con il liquido penetrante eridurre la sensibilità dello stesso.Al termine della pulizia preliminare bisogna asciugare le parti da esaminareaffinché non rimangano nelle discontinuità tracce di acqua e solventi

2. Applicazione del liquido penetrante Una volta che la superficie è stata accuratamente ripulita, sgrassata easciugata, il penetrante viene applicato per immersione, spennellatura ospruzzatura. Il penetrante deve costituire uno strato uniforme esteso a tutta la superficieda esaminare. Nel caso di zone di estensione limitata (come ad es. saldature), l’arearicoperta deve estendersi per circa 25 mm oltre il margine delle zone stesse.

2. Applicazione del liquido penetrante La scelta dei materiali da impiegare per l’esecuzione di un controllo coi liquidipenetranti non avviene a priori, ma solo dopo la valutazione di una serie di fattori.Questo perché esiste una grande varietà di penetranti e sviluppatori ciascuno dei qualiè maggiormente indicato per specifiche applicazioni. In generale, le variabili da tenere in considerazione riguardano la sensibilitàrichiesta, il tipo di materiale da testare, il numero dei componenti da testare,l’estensione della superficie da controllare e la portabilità. Quando il requisito più importante del controllo è la sensibilità, la prima decisioneche viene presa è se usare un penetrante fluorescente oppure uno visibile.Generalmente, i liquidi penetranti fluorescenti permettono di individuare difetti piùpiccoli perché l’occhio è particolarmente sensibile a tali indicazioni. Viceversa, in determinate circostanze il penetrante visibile si dimostra più indicato:ad esempio, quando l’esame è volto all’individuazione di difetti relativamente grandi enon è necessaria un’elevata sensibilità che darebbe luogo a numerose indicazioniirrilevanti. Ancora, quando la rugosità della superficie da analizzare è elevata o idifetti sono situati in zone quali i giunti saldati, i penetranti visibili sono più adatti diquelli fluorescenti.

2. Applicazione del liquido penetranteCLASSIFICAZIONE PRODOTTILIQUIDO PENETRANTE RIMOZIONE PENETRANTE SVILUPPATORETipo Descrizione Metodo Descrizione Forma Descrizione1/ILiquido penetrantefluorescenteA Acqua a A secco2/IILiquido penetranterossoB Emulsionante lipofilico b IdrosolubileC Solvente c IdrosospensioneD Emulsionante idrofilico d/eBase solvente arapida evaporazione

3. Attesa del tempo di penetrazione Il penetrante deve essere lasciato agire sulla superficie per un temposufficiente a consentire il massimo assorbimento possibile per capillarità daparte del difetto. L’entità di tale lasso di tempo è di solito una caratteristica specifica delprodotto impiegato (in genere è compreso tra 5 e 60 minuti) Anche se di solito non è dannoso prolungare il tempo di penetrazione oltrequello raccomandato, con alcune sostanze esiste il rischio che si verifichinoprincipi di essiccamento che potrebbero rendere difficoltosa la fuoriuscita delpenetrante stesso nella fase di assorbimento da parte del rivelatore.

4. Rimozione del penetrante in eccesso L’eccesso di penetrante che è presente sul componente deve essere rimosso ponendo molta attenzione a noneliminare anche il liquido intrappolato nei difetti. A seconda del prodotto impiegato, questa fase può prevedere anche l’uso di solventi specifici ol’esecuzione di risciacqui con acqua anche preceduti da trattamenti con agenti emulsificanti. Lavaggi incompleti riducono l’efficacia dell’esame a causa di macchie luminose che si formano nelle zonepoco pulitePenetranti lavabili con acquaIl penetrante in eccesso viene solitamente tolto dalla superficie spruzzando con acqua a bassa pressione (non oltre280 kPa) e temperatura fra +10° e +38°C. L’adeguatezza del lavaggio viene normalmente giudicato conl’osservazione visiva continua.Penetranti rimovibili con solventeIl penetrante in eccesso viene tolto strofinando la superficie della parte in esame con uno straccio asciutto osalvietta di carta e ripassandola con un altro straccio pulito inumidito leggermente con solvente a rapidaevaporazione.

Penetranti rimovibili con emulsificatore4. Rimozione del penetrante in eccessoQuando il lavaggio rischia di asportare anche il penetrante contenuto nei difetti, èconveniente utilizzare dei penetranti post-emulsificabili.Questi prevedono l’applicazione di un emulsionante separato che reagisce con ilpenetrante rendendolo lavabile. Solitamente l’emulsionante viene applicato perimmersione o, nel caso dei post-emulsificabili idrofili, anche per spruzzatura. Laspennellatura dell’emulsionante, è sconsigliata perché le setole potrebbero forzarel’emulsionante contenuto nei difetti, permettendo così la sua rimozione.Una volta applicato, l’emulsionante viene fatto agire per un tempo detto diemulsificazione durante il quale deve rendere lavabile il penetrante in eccesso ma nonquello contenuto nei difetti.Successivamente si pulisce la zona lavandola a spruzzo o mediante immersione in unavasca d’acqua. Gli emulsificatori necessari per rendere solubile in acqua il penetrante, siclassificano in due tipi:1) lipofilico o prodotto a base oleosa2) idrofilico o prodotto a base acquosa.

5. Applicazione del rivelatore Un sottile strato di rivelatore (sviluppo) è successivamente applicato sulpezzo in modo tale da richiamare il penetrante intrappolato nei difetti sullasuperficie, dove diverrà visibile. L’asciugatura del rivelatore (laddove necessaria) può essere accelerata conaria calda purché la sua temperatura non superi i 52°C onde evitareessiccamento del penetrante Con i penetranti di tipo fluorescente è sufficiente applicare un leggerissimostrato di rivelatore senza che sia necessario livellare le asperità, che del restonon appaiono all’esame effettuato in locale buio.

Materiali impiegati nelle ispezioni LPILa funzione dello sviluppatore è quella di assorbire ed attirare verso la superficieil penetrante rimasto intrappolato nelle discontinuità dopo il lavaggio e diespanderlo in superficie con conseguente ingrandimento anche delle indicazionirelative a piccolissime discontinuità.Gli sviluppatori si classificanoIn base al principio di funzionamento: Fluorescenza: le fini particelle delle sostanze di sviluppo riflettono e rifrangonola luce ultravioletta incidente incrementando l’efficacia dell’effetto di fluorescenza. Rivelatori bianchi: la funzione della sostanza è quella di creare un efficacelivello di contrasto con il colore rosso del penetrante.In base alle modalità con la quale si applicano in: Polveri secche Solubili in acqua Sospensioni in acqua Non acquosi

Materiali impiegati nelle ispezioni LPIGli sviluppatori non acquosi (base solvente), sono universalmentericonosciuti come i più sensibili mentre vi è meno accordo per quantoriguarda le prestazioni degli sviluppatori in polvere secca e acquosi anche sequesti ultimi sono considerati più sensibili in quanto formano uno strato diparticelle più sottile che stabilisce un contatto migliore con la superficie datestare.Tuttavia, se lo spessore dello strato è troppo elevato si corre il rischio che idifetti vengano mascherati.Gli sviluppatori acquosi, inoltre, possono causare l’offuscamento delleindicazioni se usati in combinazione con penetranti rimovibili con acqua.L’asciugatura del rivelatore (laddove necessario) può essere accelerata conaria calda purché la sua temperatura non superi i 52°C onde evitareessiccamento del penetrante.Questa operazione po’ risultare conveniente perché l’evaporazione spontanea èlenta e può causare a sua volta principi di essiccamento.

Materiali impiegati nelle ispezioni LPISviluppatore Vantaggi SvantaggiPolvere seccaLe indicazioni tendono a rimanere col tempo più luminose e più distinteApplicazione sempliceNon crea un buon contrasto per cui non può essere usato con isistemi visibiliDifficile assicurare una copertura omogenea dell'interasuperficieSolubile in acquaFacilità a ricoprire la superficie in esameIl rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto percui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescentiSe il rivestimento è traslucido fornisce uno scarso contrasto(non suggerito per i sistemi visivi)Le indicazioni per i sistemi lavabili in acqua sono fioche evagheSospensione acquosaFacilità a ricoprire la superficie in esameLe indicazioni sono luminose e marcateIl rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto percui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescentiLe indicazioni si indeboliscono dopo poco tempo e sono diffuseNon acquosoMolto portatileFacile da applicare alle superficiIl rivestimento bianco che si produce, determina un buon contrasto percui è utilizzabile sia con sistemi visibili che fluorescentiLe indicazioni si manifestano velocemente e bene sono definiteFornisce la più alta sensibilitàPiù difficile pulire la superficie testata dopo il controllo

6. Esame delle indicazioni In questa fase viene condotta l’ispezione visiva vera e propria dei segnaliprodotti dal trattamento, impiegando l’opportuno tipo di illuminazione. L’esame deve essere effettuato dopo che sia trascorso un certo tempo (detto“tempo di rilevamento”) compreso tra 7 e 30 minuti. Qualora si esegua l’esame con lampada ultravioletta (penetrantifluorescenti) l’operatore deve avere l’accortezza di abituare la vista al buio peralmeno 5 minuti prima dell’ispezione.

Composizione chimica:Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Dal punto di vista chimico i liquidi penetranti sono nella maggior partedi natura organica a peso specifico molto basso come miscele di: alcoli, oliminerali o vegetali e prodotti di sintesi a base di petrolio Tutti i prodotti da utilizzare devono essere chimicamente inerti neiconfronti dei materiali da esaminare, specialmente per ciò che concerne ifenomeni di corrosioneProprietà fisiche: Tensione superficiale Bagnabilità Viscosità

Altre caratteristiche:Materiali impiegati nelle ispezioni LPI Devono essere facilmente spruzzabili sulla superficie per fornire unacopertura totale ed uniforme Devono poter essere drenate dal difetto per azione capillare Devono restare intrappolate all’interno del difetto ma nel contempo esserefacilmente rimovibili dal resto della superficie. Devono restare fluide durante tutta la durata della prove per poter essererichiamate alla superficie durante la fase di sviluppo Devono essere altamente visibili (o fluorescenti) per poter produrreindicazioni facilmente rilevabili Non devono essere pericolose o nocive per l’operatore che le maneggia

Tensione superficiale, viscositàLa Tensione superficiale (γ) è definitacome l’energia richiesta per aumentarel’area della superficie del liquido di unaunità.Si misura pertanto in J/m 2 oppure in N/mSi può definire la viscosità di un liquidocome sua la resistenza allo scorrimento.La viscosità è determinata da forma edimensioni delle molecole, masoprattutto dalle forze intermolecolari chepermettono il facile (bassa viscosità) odifficile (alta viscosità) scorrimento diuno strato di liquido sull’altro.

Bagnabilità

BagnabilitàIl test LPI può essere eseguito solo allorché illiquido è libero di scorrere e bagnare la superficiein esame• Se l’angolo di contatto è < di 90° lasuperficie viene effettivamente bagnata dalliquido.• Se l’angolo è > di 90° le forze coesiveesistenti tra le molecole sono maggiori diquelle adesive (che tendono ad unire lemolecole di liquido e la parete tra loro)dunque la superficie non si bagna e illiquido assume l’aspetto di gocce disgiunte.

La penetrazione del liquido nei difettiLa forza capillare guida il liquidoall’interno della cricca (di raggio r) acausa della tensione superficiale γLVagente con angolo di contatto θ.Per un difetto disposto superiormente (come inquesto caso) le forze dovute all’azione capillareed al peso proprio del liquido si sommano eoriginano compressione del gas residuo presenteal fondo del difettoIn sintesi, l’altezza h di penetrazione:• dipende dalla forza capillare (che è funzionedella tensione superficiale)• richiede un angolo di contatto < 90°• aumenta al diminuire dalla larghezza dellacricca• non dipende dalla viscosità del liquidoAd ogni modo, il tempo necessario al liquido perpenetrare DIPENDE dalla viscosità, ciò significache prodotti più viscosi richiedono generalmentetempi di penetrazione più lunghi in particolarmodo se si ha a che fare con cricche molto sottili.

Vantaggi e svantaggi del metodoVantaggi:• Il metodo è altamente sensibile alla presenza di piccole discontinuità superficiali• Esistono poche limitazioni pratiche al suo impiego. Possono essere testati materialimetallici e non metallici, magnetici e amagnetici, conduttivi e non conduttivi• Possono essere ispezionate grandi aree e grandi volumi rapidamente e a basso costo• Geometrie anche complesse sono testate comunemente• Le indicazioni relative ai difetti sono prodotte direttamente sulla superficie ecostituiscono una traccia visibile dell’entità del difetto• La disponibilità dei liquidi penetranti in formato spray rende il metodo facilmenteportabile• I consumabili (penetranti e rivelatori) e tutto l’equipaggiamento associato hannobasso costo

Vantaggi e svantaggi del metodoSvantaggi:• Possono essere visualizzati solo difetti superficiali o che comunque sfociano in superficie• Il metodo funziona solo su superfici di materiali relativamente non porosi• La pulizia pre-trattamento è essenziale (i contaminanti possono nascondere la presenza di difetti)• Tutti i residui delle lavorazioni meccaniche devono essere rimossi prima di iniziare l’ispezione• L’operatore deve avere accesso diretto alla superficie da testare• La finitura superficiale e la rugosità possono influenzare significativamente la sensibilità del test• Devono essere eseguite e controllate numerose operazioni (in genere almeno 5)• È necessario ripulire la superficie al termine della prova• Il metodo richiede lo stoccaggio e il trattamento opportuno delle sostanze chimiche impiegate•Non si possono rivelare difetti troppo grossi, che siano accessibili anche all'acqua e che quindi non trattengano il•penetrante.•Non si possono rilevare difetti troppo piccoli, non penetrabili dal liquido stesso o che non possano accumularneuna sufficiente quantità.•L'interpretazione dei risultati lascia un certo margine alla soggettività e all'esperienza interpretativa dell'operatore.

Interpretazione dei test LPIÈ possibile raggruppare i risultati delle prove con liquidipenetranti in tre grandi famiglie:Linee continue. Le fessurazioni sono generalmenteosservabili sotto forma di linee frastagliate, i difetticausati da processi di laminazione o trafilatura appaionocome sottili linee continue, mentre la forgiatura puòlasciare tracce che appaiono a forma di linea ondulataLinee spezzate. A volte le linee continue possonochiudersi parzialmente a seguito dell’azione di processidi lavorazione e dare origine a difetti che si presentanocon traiettorie tratteggiatePiccoli fori tondeggianti. Tipici di fenomeni qualiporosità indotte da elevata dimensione dei grani delmateriale o dalla presenza di gas.

Analisi dei segnaliSegnali non indicativisono relativi ad anomalienote a priori e che,comunque, nonpregiudicano lafunzionalità del pezzoFalsi segnalinon corrispondono adalcuna anomalia delpezzoSegnali indicativisono quelli che siriferiscono adiscontinuità checorrispondono a realianomalie del pezzo

Analisi dei segnali