Issue 22

D. Cerniglia et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 22 (2012) 93-101 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.22.10 94 superficiale generata. L’altra metodologia, basata sull’uso di trasduttori senza contatto, sfrutta gli svantaggi della trasmissione degli ultrasuoni all’interfaccia aria/metallo; l’analisi viene fatta sulla diffrazione dell’onda riflessa dalla superficie. L’esecuzione delle ispezioni risulta semplice con entrambe le tecniche. I risultati sperimentali indicano una buona efficienza delle due metodologie proposte per il rilievo, in tempo reale, di difetti superficiali su corpi in movimento ad alta velocità. P AROLE CHIAVE . Ultrasuoni; Laser; Sensori senza contatto; Difetti superficiali; Ispezione dinamica. I NTRODUZIONE l rilievo di difetti superficiali durante le ispezioni periodiche è importante poiché in genere le sollecitazioni sono maggiori in superficie e possono accelerare la crescita delle discontinuità. I difetti superficiali possono essere rilevati utilizzando alcuni metodi tradizionali di controllo non distruttivo, quali correnti indotte, liquidi penetranti, polveri magnetiche ed ultrasuoni. Alcuni tra questi metodi possono essere usati solo in condizioni statiche; gli altri presentano delle limitazioni per l’ispezione dinamica. Le tecniche ad ultrasuoni in cui la trasmissione di energia nel materiale avviene tramite contatto, nonostante siano caratterizzate da affidabilità e semplicità, limitano notevolmente la velocità di ispezione su oggetti in movimento ed anche il rilievo di difetti superficiali, poiché i segnali di eco dei primi millimetri di superficie non sono visibili. Inoltre, in generale, l’ispezione è influenzata dalle condizioni di contatto quali superficie del pezzo in esame, pressione della sonda, mezzo di accoppiamento ed area di contatto. Negli ultimi decenni l’interesse è stato focalizzato verso metodi e sensori non a contatto poiché consentono di superare questi limiti. In particolare, grazie ai progressi su nuovi materiali per dispositivi acustici e su nuove tecnologie di fabbricazione, si è avuto un crescente sviluppo di nuove sonde [1]. Con aria come mezzo di accoppiamento, la distanza dei trasduttori dalla superficie dei corpi da ispezionare dipende dalla frequenza utilizzata. Inoltre, poiché l’attenuazione delle onde varia con il quadrato della frequenza, si ha un limite alle frequenze rilevabili. È infatti impossibile ricevere onde con alta frequenza (maggiore di 5 MHz) senza portare il trasduttore quasi a contatto con la superficie. Un altro limite principale associato all’impiego dei trasduttori senza contatto è la grande differenza di impedenza acustica all’interfaccia aria/metallo. L’onda riflessa dal metallo (per esempio alluminio) è pari al 99.99% dell’energia incidente; mentre quella che arriva al trasduttore, dopo aver attraversato metallo ed aria, è prossima al 10-6%. La combinazione del laser per generare e del sensore senza contatto per ricevere è più efficiente poiché gli ultrasuoni sono prodotti direttamente nel metallo. Eliminando una interfaccia aria/alluminio, l’energia che arriva al trasduttore è pari allo 0.01%. La generazione di onde acustiche tramite laser è ormai ben caratterizzata [2-7]. La propagazione di onde generate tramite laser nei metalli, la loro interazione con i difetti e la trasmissione in aria sono state studiate tramite simulazione numerica in [8,9]. L’uso del laser nei sistemi di controllo ad ultrasuoni mostra anche un interesse crescente nel settore industriale poiché consente l'ispezione remota ed automatizzata, realizzabile su corpi in movimento. I progressi recenti nel campo dei sensori ultrasonori senza contatto ci hanno permesso di sviluppare un sistema semplice per l’ispezione in tempo reale di corpi in movimento a velocità elevata. Nel lavoro viene presentata la possibilità di usare, col sistema sviluppato, due metodologie per il rilievo di difetti superficiali, in tempo reale, su componenti in movimento alla velocità di 100 km/h. La prima usa i vantaggi delle onde superficiali generate con il laser [10-11] ed analizza l’onda riflessa, creata dall’interazione dell’onda superficiale con il difetto. La seconda sfrutta gli svantaggi della trasmissione degli ultrasuoni all’interfaccia aria/metallo ed analizza la diffrazione dell’onda riflessa dalla superficie. Il caso esaminato è quello in cui i sensori sono stazionari e il corpo ruota ad elevata velocità; caso per esempio di una stazione di ispezione per le ruote ferroviarie. Questo lavoro è stato motivato da precedenti studi relativi ad onde ultrasonore per l’ispezione dinamica di rotaie e ruote ferroviarie [12-14]. P ROVE E RISULTATI SPERIMENTALI er l’esecuzione delle prove sono stati utilizzati due dischi in alluminio con diametro esterno 201.2 mm e spessore 15 mm: uno integro e l’altro con un difetto superficiale passante, largo 0.5 mm e profondo 2 mm. I dischi, calettati sull’albero di un motore elettrico, sono stati messi in rotazione con una velocità angolare pari a 2800 giri/min ( velocità periferica pari a 106 km/h). Per il rilievo del difetto sono state usate due diverse metodologie. La prima utilizza, I P