La comparsa delle ferrovie risale a circa 200 anni fa, rappresentando uno dei primi metodi di trasporto moderno. Con un ampio e datato sistema infrastrutturale le ferrovie richiedono una costante manutenzione per conservare la loro integrità e per operare in sicurezza.
Molti tipi di tecniche di controllo non distruttivo (NDT) sono stati usati per assicurare la qualità del sistema ferroviario e delle numerose componenti che costituiscono un treno. Questi metodi spaziano dal controllo denominato “car knocker”, il quale utilizza la risonanza acustica per rilevare le ruote soggette a cricche, al controllo denominato “oil and whiting” usato per rilevare le cricche da sforzo negli assi e nei perni della locomotiva. Attualmente il controllo a ultrasuoni (UT) rappresenta il metodo NDT preferenziale nell'ambito del settore ferroviario.
I controlli a ultrasuoni utilizzano l'alta frequenza, le onde sonore direzionali per misurare lo spessore dei materiali, individuare i difetti nascosti o analizzare le proprietà materiali. Gli UT richiedono l'uso di un trasduttore che trasmette e/o riceve i segnali a ultrasuoni penetrati all'interno del metallo e un rilevatore di difetti per elaborare i risultati. Sebbene gli UT siano utilizzati in numerose applicazioni, risultano particolarmente importanti per i controlli sulle rotaie.
Controlli sulle rotaie
Con il passare del tempo le rotaie possono sviluppare delle discontinuità originate da un difetto di fabbricazione o dall'attività in servizio. Queste discontinuità possono risultare disastrose se non vengono rilevate e devono essere monitorate attraverso i programmi di sicurezza o le operazioni periodiche di manutenzione. Attualmente la maggioranza dei controlli sulle rotaie viene realizzato mediante il metodo "chase car process", il quale consiste in un veicolo di testa che esegue il controllo dei difetti seguito da un veicolo che esegue le verifiche. Quando il veicolo di testa rileva un difetto potenziale, la posizione viene comunicata al veicolo per le verifiche che segue. L'operatore del veicolo per le verifiche ha la responsibilità di controllare se un difetto esiste e di comunicare tutti i risultati positivi alla società di gestione delle ferrovie per risolvere il problema.
Un altro comune metodo di controllo delle rotaie è il "portable test process", il quale consiste di un operatore che sposta un dispositivo di controllo mobile su una rotaia o entrambe le rotaie simultaneamente, con un'andatura a passo d'uomo, interpretando su un monitor i dati del controllo. Entrambi i metodi "chase car process" e "portable test process" utilizzano fasci dritti e fasci angolari per rilevare dei difetti o delle discontinuità potenziali nelle rotaie.
Rilevamento di discontinuità
Le comuni discontinuità che si verificano dall'attività in servizio nelle sezioni delle rotaie sono: fratture tra il fungo e il gambo della rotaia, fratture orizzontali del fungo, fratture puntuali, fratture trasversali, cricche termiche da frizione delle ruote (engine burn), deformazioni da ruote e cricche dei fori di fissaggio. Le fratture fungo-gambo e le fratture orizzontali del gambo possono essere facilmente rilevate mediante un rilevatore di difetti UT con un trasduttore a fasci dritti di 0,50 in. da 2,25 MHz (come l'A106S) posizionato sull'asse centrale della rotaia. Osservando il segnale di ritorno, le fratture fungo-gambo possono essere confermate attraverso la perdita dell'eco di fondo, il quale rappresenta il riflesso del segnale UT fuori dalla base della rotaia.
Le discontinuità trasversali e dei fori di fissaggio sono in genere rilevati mediante i trasduttori a fasci angolari di 0,50 in. da 2,25 MHz (come l'A540S associato con l'ABSA-5T-X). Le cricche dei fori di fissaggio tendono a propagarsi con un angolo a 45 gradi, rendendole particolarmente sensibili al rilevamento quando si usa un trasduttore a fasci angolari a 45 gradi. Tuttavia il rilevamento delle fratture puntuali e delle discontinuità trasversali richiede dei trasduttori a fascio angolare con maggiori angoli di rifrazione (in genere da 60 a 80 gradi). La rilevabilità migliora per le discontinuità che sono angolate verso il basso, nella stessa direzione orizzontale del flusso del traffico pesante.
Un trasduttore a fasci angolari orientati lateralmente in modalità trasmissione diretta è in genere efficace per localizzare le fratture puntuali. I trasduttori sono nominalmente del tipo a fasci angolari da 60 gradi, con il trasduttore trasmittente orientato verso il lato da misurare della rotaia di 30 gradi e il trasduttore ricevente posizionato in prossimità del lato da misurare della rotaia. Con questa soluzione un segnale in arrivo al trasduttore ricevente indica una rotaia senza discontinuità. Un segnale interrotto potrebbe indicare una discontinuità. Per assicurare la massima affidabilità del rilevamento, la scansione a fasci angolari deve essere applicato in entrambe le direzioni.
Conclusione
I controlli a ultrasuoni forniscono un modo veloce e affidabile per ispezionare rotaie e numerose componenti che costituiscono un treno. Questa tecnologia aiuta a mantenere il sistema ferroviario efficiente e sicuro.