Controllo ad ultrasuoni

Il controllo a ultrasuoni è una procedura di controllo non distruttiva che può essere utilizzata per trovare difetti e disomogeneità nel materiale. Vengono utilizzate onde sonore con una frequenza superiore a quella percepibile dall'orecchio umano (> 16 kHz) che sono definite come onde ultrasonore. Queste onde ultrasoniche si possono creare in diversi modi.

Effetto piezoelettrico

Il metodo più diffuso è la loro creazione tramite effetto piezoelettrico. A tale scopo viene sfruttata la capacità di alcuni materiali di modificare le proprie dimensioni geometriche se vengono sottoposti ad una tensione elettrica.

Se il cosiddetto materiale piezoelettrico viene eccitato periodicamente con tensione alternata, è possibile creare onde ultrasonore.

Il cosiddetto piezoelemento è il componente principale di una testina ad ultrasuoni. Per il controllo ad ultrasuoni, gli ultrasuoni creati nella testina di controllo devono essere trasportati verso il materiale da controllare. Poiché qui l'aria non è un mezzo idoneo, occorre utilizzare un altro mezzo di accoppiamento, come acqua, olio o, come noto dal settore medico, gel.

Un altro metodo per la creazione di onde ultrasonore è costituito dalla procedura EMAT, con cui gli ultrasuoni sono creati in modo elettrodinamico sul materiale da controllare, rendendo così inutile il ricorso ad un mezzo di accoppiamento. Al fondo di questa pagina si tratterà in modo preciso della procedura EMAT.

Procedura impulso-eco

Per il controllo a ultrasuoni è particolarmente importante la procedura impulso-eco. Con essa viene creato un breve impulso ad ultrasuoni, in cui viene accoppiato il materiale da controllare e si attende poi l'eco di tale impulso. La ricezione dell'eco può avvenire con lo stesso piezoelemento che è stato utilizzato per creare l'impulso a ultrasuoni. Si possono però anche utilizzare le cosiddette testine di controllo SE, con cui i due piezoelementi, l'elemento di ricezione e quello di trasmissione, sono riuniti in un unico alloggiamento.

Nel caso di inserzione verticale le eco delle onde ultrasonore si formano dal riflesso sulla parte posteriore di una lamiera, di un tubo o di una guida, per esempio. La cosiddetta immagine A mostra l'ampiezza dell'onda ultrasonora ricevuta nel corso del tempo dall'elemento di ricezione Nel caso descritto si forma dall'impulso di invio e dalla sequenza decrescente dell'eco della parete posteriore. Succede che l'impulso ad ultrasuoni tra la parete posteriore e la superficie della lamiera o del tubo rimbalza come una pallina da tennis e viene quindi attutito.

La posizione dell'eco della parete posteriore può essere utilizzata per determinare lo spessore della parete del tubo o della lamiera. Se nel materiale sono presenti difetti come per esempio doppiature, inclusioni o separazioni queste possono causare un ulteriore riflesso dell'ultrasuono. Nell'immagine A si presenta un'altra eco che viene utilizzata per la rilevazione dei difetti.

Funzionamento EMAT

1. Per prima cosa vengono create correnti indotte tramite una
bobina di eccitazione. Questo avviene in presenza
di un campo magnetico idoneo.
2. Vengono così a formarsi le cosiddette forze di Lorentz
.
3. Correnti indotte periodiche creano forze di
Lorentz periodiche.
4. Le forze di Lorentz periodiche creano
onde acustiche con la stessa frequenza
(ultrasuono).
 
5. Le onde sonore vengono riflesse sulla
parete posteriore.
6. Le eco della parete posteriore inducono un segnale nella
bobina ricevente. In base al tempo dell'
eco della parete posteriore è possibile determinare lo spessore della parete.