Radiografia delle Saldature di Tubi: Scopri Come Rilevare Difetti e Garantire Controlli Perfetti!

I controlli non distruttivi (CND) o le prove non distruttive vengono eseguite allo scopo di ottenere le informazioni necessarie alla valutazione dell’accettabilità di un manufatto. L’acquisizione e la valutazione di queste informazioni deve essere fatta da personale esperto, specificatamente addestrato e qualificato idoneo a valutare il grado di affidabilità ed i limiti del metodo di esame utilizzato e dei risultati ottenuti.

Con il termine difetto si intende una anomalia nel materiale, rilevante ai fini di una possibile rottura del manufatto. I difetti possono avere cause metallurgiche o di lavorazione, possono preesistere alla messa in servizio del componente o essere conseguenza dell’esercizio. Dopo aver rilevato la presenza di un difetto si cerca di definirne la natura. E’ compito dell’operatore stabilire se il difetto rilevato è interno o affiorante, se planare o volumetrico, se allungato o tondeggiante. In funzione dell’accuratezza consentita dal metodo di Controllo non Distruttivo utilizzato, è possibile caratterizzare il difetto.

In alcuni casi la caratterizzazione è sufficiente a stabilire se un difetto è accettabile o meno. Nei casi di saldature molto sollecitate o comunque critiche, difetti come cricche o incollature non sono mai giudicate accettabili dalla normativa indipendentemente dalle dimensioni. In altri casi, e per altri tipi di difetti, l’accettabilità dipende dalle dimensioni dei difetti stessi.

Metodi di Controllo Non Distruttivo (CND)

Controllo Visivo (VT): Il controllo Visivo è il primo e più importante controllo che deve essere eseguito su di un qualsiasi pezzo / manufatto. Deve essere condotto con opportune tecniche, sia con l’ausilio di sistemi ottici sia in maniera diretta osservando la superficie. Lo scopo dell’esame Visivo è quello di ricercare i difetti presenti in superficie, la loro caratterizzazione e dimensionamento.
Liquidi Penetranti (PT): La superficie di un pezzo viene irrorata di un liquido che ha alte capacità di penetrazione. L’impiego dei liquidi penetranti richiede una modesta attrezzatura e permette una facile interpretazione dell’osservazione effettuata. Sono applicabili a tutti i materiali, essendo limitate solo dai più grossi spessori e dai più elevati assorbimenti. Viene impiegato per la ricerca di cricche o cavità.
Ultrasuoni (UT): Sfrutta la propagazione e la riflessione, all’interno di un pezzo, di onde di frequenza superiore a quelle percepibili dall’udito.
Correnti Indotte (ET): La tecnica utilizza le correnti indotte in un pezzo di materiale magnetico da un campo elettromagnetico indotto da una o più bobine eccitatrici esterne. Poiché le linee correnti parassite possono essere alterate da eventuali difetti presenti nel pezzo, tali difetti inducono, indirettamente, un’ alterazione dell’impedenza delle bobine eccitatrici.
Termografia infrarossi: È un metodo ottico che permette la visualizzazione nell’infrarosso termico degli oggetti inquadrati.

Esame Radiografico: Un Metodo Fondamentale

L'esame radiografico è un metodo fondamentale per il controllo della qualità delle saldature e di altri manufatti metallici. Viene ampiamente utilizzato per la messa a punto dei procedimenti di saldatura e la qualificazione dei saldatori, nonché per individuare difetti e discontinuità metalliche nelle saldature. Con l'esame radiografico è possibile rilevare diversi difetti, come porosità, cricche, mancanza di penetrazione e fusione, inclusioni solide e gassose, e altri difetti di natura bidimensionale. Tuttavia, affinché i difetti bidimensionali siano rilevati correttamente, è necessario orientare correttamente il fascio di radiazione.

Per ottenere immagini radiografiche di qualità, è importante che il fascio di radiazione sia perpendicolare alla superficie da radiografare, al fine di evitare distorsioni e differenze di annerimento sulla pellicola. L'attrezzatura utilizzata per l'osservazione e l'interpretazione delle radiografie deve fornire una visione chiara dei penetrametri, chiamati anche "Indicatori della Qualità dell'Immagine" (IQI). Tra i penetrametri più comuni utilizzati ci sono gli IQI, i penetrametri a placche (ASTM E-1025), i penetrametri a fili (EN 462-1) e i penetrametri a doppio filo (EN 462-5). Durante l'esame radiografico, i penetrametri vengono posizionati sulla superficie rivolta verso la sorgente di radiazioni, accanto all'area che deve essere radiografata.

L'immagine radiografica fornisce un'indicazione sulla chiarezza con cui un difetto sarà visibile sulla radiografia. Esistono norme e specifiche, come le norme UNI italiane, che forniscono informazioni dettagliate e linee guida sull'esame radiografico. Queste norme sono state sviluppate per garantire la corretta applicazione del metodo.

Difetti Comuni di Saldatura

Nel precedente articolo “Saldature: i controlli di qualità e le certificazioni“, abbiamo esaminato le metodologie di controllo qualità per i giunti saldati (controllo indiretto e diretto), le relative prove e le certificazioni di qualità pertinenti. Discontinuità: si tratta di un’irregolarità o mancanza di coesione o uniformità continua. Indicazione: termine spesso utilizzato nei test non distruttivi delle saldature, come radiografie e ultrasuoni, per indicare un’anomalia riscontrata durante l’esame.

Mancanza di Penetrazione: Solitamente, si manifesta come una discrepanza tra la penetrazione desiderata dal progettista (detta nominale) e quella effettivamente ottenuta. Questo difetto può derivare da diversi fattori, come una preparazione inadeguata dei bordi da saldare (ad esempio, angolo di apertura del cianfrino troppo stretto, spalla eccessiva, distanza tra i bordi insufficiente o slivellamento), una scarsa ripresa del processo di saldatura, o dall’abilità del saldatore, soprattutto nei processi di saldatura non automatici.
Mancanza di Fusione: Si verifica quando la saldatura non si fonde completamente con il metallo di base o con altre passate di saldatura. Generalmente, essa si verifica a causa di parametri elettrici non corretti, come una corrente troppo bassa, una velocità di saldatura eccessivamente elevata, una tecnica operativa inadeguata o una preparazione dei bordi non adeguata. Quando si parla di mancanza di fusione o incollatura ci si riferisce a una mancanza di collegamento tra il metallo depositato e il metallo di base, o tra strati adiacenti di metallo depositato. Questo difetto è comune negli acciai al carbonio o a bassa lega, specialmente nei processi come la saldatura MAG (con un apporto termico limitato), così come nei materiali con una buona conduzione del calore (leghe di alluminio e rame).
Sottotaglio: Si verifica quando il metallo di base viene “scavato” dalla saldatura, ovvero non viene completamente colmato dal materiale di riempimento durante il processo di saldatura. Questo può essere causato da diversi fattori, tra cui eccessivo calore, velocità di avanzamento troppo elevata, preparazione inadeguata del giunto o l’uso di una tecnica di saldatura non corretta.
Inclusioni di Scoria o Tungsteno: Le prime due sono tra le imperfezioni più comuni nei cordoni di saldatura eseguiti con elettrodi rivestiti (inclusioni di scoria) o con il processo ad arco sommerso (inclusioni di flusso), soprattutto in saldature a più passate. Le inclusioni di tungsteno sono tipiche del processo TIG e possono essere causate da un errato utilizzo della torcia, da una protezione gassosa insufficiente, da una corrente troppo elevata o dall’uso di una potenza non adatta per la saldatura dell’alluminio.
Porosità: È caratterizzata da assenza di materiale, fori simmetrici o irregolari nella saldatura (in superficie o sotto la superficie della saldatura) e può essere causata da diversi fattori, inclusa un’inadeguata protezione dell’arco durante il processo di saldatura o la presenza di contaminanti come umidità, sporco, grasso, oli e vernici presenti nel metallo di base. Anche la conservazione impropria degli elettrodi può causare porosità nella saldatura.
Bruciatura: A causa di un eccessivo calore o di una velocità di avanzamento troppo bassa, la seconda passata di saldatura può fondere parzialmente o completamente la prima passata.
Saldatura Sottodimensionata: Se il profilo della saldatura nella passata finale di una saldatura scende al di sotto del metallo di base e/o la saldatura è più sottile del metallo di base, questa potrebbe essere considerata una saldatura sottodimensionata.
Overlap (Sovrapposizione): Può verificarsi quando l’eccesso di metallo fuso della saldatura non si fonde adeguatamente con il metallo di base.
Cricche: Sono imperfezioni prodotte da una rottura locale allo stato solido, che può formarsi per effetto del raffreddamento o di tensioni. Esse possono verificarsi nel metallo base o nella saldatura (o in entrambi) a causa di sollecitazioni nel giunto o mancanza di preriscaldamento del metallo base.
- Cricche a Freddo: Si formano soprattutto durante la saldatura di acciai con materiali d’apporto bassolegati a bassa temprabilità, a causa della formazione di strutture di tempra associate alla presenza di elevati livelli di idrogeno diffusibile e alle tensioni di ritiro.
- Cricche di Liquazione: Comuni nelle leghe di Nichel ed Alluminio, esse si formano con modalità simili alle cricche a caldo.
- Cricche da Trattamento Termico: Si verificano a causa della fragilizzazione del materiale in seguito al riscaldamento e alla presenza di deformazioni plastiche.
- Cricche di Cratere: Imperfezioni legate alla condizione metallurgica in prossimità della fine di una passata o di un tratto di saldatura, causate dal ritiro del metallo durante il raffreddamento.

Quando si valuta il rischio associato a un’irregolarità in una saldatura e si stabilisce un criterio per determinarne l’accettabilità, considerare il contesto in cui si trova l’irregolarità è essenziale. I criteri di accettabilità dei difetti di saldatura stabiliti nei codici e nelle normative più comunemente utilizzati sono arbitrari e convenzionali. La rilevazione e la valutazione di tali dimensioni possono richiedere l’uso di uno o più metodi di controllo non distruttivo.

Controlli Indiretti e Diretti

La saldatura è un processo speciale che impatta significativamente sulle proprietà meccaniche e metallurgiche dei materiali. Pertanto, è essenziale che il Controllo Qualità delle saldature sia ben strutturato e includa verifiche preliminari. Questo tipo di controllo preliminare è noto come Controllo Indiretto, poiché si concentra principalmente sulla revisione dei documenti e sulle qualifiche tecniche necessarie per garantire saldature di alta qualità.

I controlli diretti comprendono i Controlli non Distruttivi (CND), i quali mirano a valutare l’accettabilità di un giunto saldato senza comprometterne l’integrità strutturale e i Test Distruttivi. I CND possono evidenziare difetti affioranti in superficie o presenti appena sotto la superficie, attraverso controlli superficiali come Esame Visivo (VT), Esame con Liquidi Penetranti (PT) e l’Esame con particelle magnetiche (MT), oppure difetti interni al pezzo attraverso controlli volumetrici (che esaminano l’intero spessore della saldatura).

Tabella dei Metodi di Controllo Non Distruttivo

Metodo	Tipo di Difetti Rilevati	Applicazione
Esame Visivo (VT)	Difetti superficiali come crepe, sbavature, distorsioni	Controllo preliminare e superficiale
Liquidi Penetranti (PT)	Cricche superficiali e porosità	Rilevamento di difetti superficiali
Ultrasuoni (UT)	Difetti interni come cricche, inclusioni e porosità	Controllo volumetrico
Correnti Indotte (ET)	Difetti superficiali e sub-superficiali in materiali conduttivi	Rilevamento di micro-cricche
Radiografia (RT)	Difetti interni come porosità, inclusioni, mancanza di fusione	Controllo volumetrico ad alta risoluzione

Controllo Radiografico per Saldature: Funzionamento e Vantaggi

Le tecnologie di radiografia e saldatura possono essere usate in sinergia per rispondere alle necessità di diverse tipologie di lavori, ottimizzando notevolmente i processi. Nello specifico, parliamo dei vari rami dell’industria, in cui il controllo radiografico delle saldature consente di rilevare difetti e problematiche. Si tratta quindi di un controllo non distruttivo, che permette di analizzare l’interno della giunzione saldata: gli operatori possono così individuare le eventuali imperfezioni che possono costituire un rischio in termini di integrità strutturale dei materiali saldati.

La procedura di radiografia per saldatura è strutturata nei seguenti step:

Una sorgente di raggi X o gamma viene impiegata per generare una radiazione in grado di penetrare la saldatura.
La radiazione attraversa il materiale fino a raggiungere un sistema di rilevamento digitale collocato sul lato opposto, che rileva l’attenuazione della stessa sulla base delle caratteristiche del materiale e di eventuali difetti.
Sul rilevatore si forma quindi l’immagine di tale attenuazione, che viene interpretata dai tecnici specializzati.

A tutti gli effetti, si tratta di una tecnologia molto versatile, applicabile a una vasta gamma di materiali e spessori, che tuttavia richiede un set di competenze verticali in radioprotezione.

Il più ovvio è la capacità di produrre un’immagine chiara e dettagliata degli eventuali difetti presenti, come inclusioni, porosità, mancanza di fusioni: tutte le discontinuità che restano invisibili anche allo sguardo più attento. Le tecnologie più moderne consentono inoltre di valutare la dimensione e la posizione dei difetti e di definirne la gravità, anche in relazione all’uso che se ne vuole fare. È un vantaggio scontato ma da non sottovalutare, in quanto si traduce nella possibilità di implementare tutte le misure correttive necessarie a garantire la qualità della saldatura.

Altro vantaggio interessante è la possibilità di creare immagini permanenti, che potranno essere archiviate e confrontate nel tempo. Questo significa la possibilità di un monitoraggio regolare delle opere di saldatura che può essere facilmente trasmesso e analizzato anche a distanza di anni.

Normative e Regolamenti

Come tutte le applicazioni delle tecnologie basate su radiazioni, anche l’uso della radiografia industriale per la saldatura è regolata da una serie di normative orientate a preservare la sicurezza delle persone coinvolte e la qualità dei processi. La normativa di riferimento, in questo senso, è la norma ISO 17636, in cui possiamo trovare indicazioni precise circa le procedure di controllo, i requisiti di qualità delle immagini, le specifiche tecniche dei sistemi di radiografia e i criteri di accettazione per le saldature.