Nel settore nautico i controlli a ultrasuoni (UT) permettono di rilevare i difetti in modo non distruttivo in barche, yacht e altre mezzi nautici. Le ispezioni UT periodiche contribuiscono ad assicurare che i mezzi nautici soddisfino le esigenze normative e legislative per garantire delle condizioni di sicurezza per l'equipaggio, i passeggeri e il carico.
Un'azienda che considera una priorità i controlli a ultrasuoni è la marineSOLUTIONS, un soggetto internazionale specializzato nei controlli di yacht.
Controlli per mezzi nautici nuovi e usati
La marineSOLUTIONS fornisce dei servizi di controllo, consulenza e gestione di mezzi nautici nel mediterraneo orientale. Situata nella penisola di Bodrum a Turgutreis (Turchia), l'azienda esegue controlli su mezzi nautici nuovi e usati per verificare le loro condizioni e il loro valore, oltre a determinare e valutare i danni. Questi controlli possono fornire delle informazioni di ispezione di dettaglio per una società assicuratrice, in modo da determinare la copertura di un sinistro, oppure per uno studio legale, in modo da preparare un una richiesta di risarcimento per un'imbarcazione.
Foto di Cem Baykent
I controlli delle imbarcazioni eseguiti da questa azienda includono controlli a ultrasuoni mediante il nostro rilevatore di difetti EPOCH™ 650. Le ispezioni UT di imbarcazioni includono:
Abbiamo incontrato Cem Baykent, un ingegnere delle scienze dei materiali e addetto ai controlli per marineSOLUTIONS, per raccogliere maggior informazioni sui controlli a ultrasuoni nel settore nautico. |  |
Le problematiche dell'ispezione e della manutenzione di imbarcazioni
La IACS (International Association of Classification Societies [associazione internazionale delle istituzioni di classificazione]) sviluppa un sistema per promuovere la sicurezza, la regolamentazione, la conformità e la manutenzione di navi e unità offshore. Ogni istituzione stabilisce una regolamentazione mediante norme tecniche.
Nonostante queste norme, l'applicazione di controlli non distruttivi (NDT - nondestructive testing) non è obbligatoria nel settore nautico come nel caso del settore aerospaziale. Inoltre la documentazione di ispezione non è inclusa per uno yacht o un'imbarcazione da diporto se un membro IACS non provvede alla sua classificazione. A causa dell'approccio artigianale della maggior parte di produttori di yacht, la maggior parte delle competenze costruttive non sono standardizzate.
Inoltre la maggior parte degli yacht non sono costruiti tenendo in considerazione le operazioni di ispezione. Nella parte interna delle imbarcazioni sono spesso sistemati rivestimenti, apparecchiature, serbatoi, tubazioni e macchinari. Questa disposizione evita l'accessibilità allo scafo e ne permette il rinforzo dall'interno. Di conseguenza, un'operazione di smontaggio è spesso giustificabile solamente dopo che si ipotizza con una certa sicurezza la presenza di un difetto o di un'alterazione.
I materiali delle imbarcazioni possono inoltre risultare complessi da ispezionare. Per ridurne il peso, numerose imbarcazioni moderne sono costruite da materiali compositi che combinano fibre e matrici di resina. Le fibre possono essere disposte casualmente e in seguito stese su un telo (chopped strand mat [mat di fibra]) o intrecciate in un tessuto. Il materiale delle fibre è spesso vetro, aramide o carbonio; la matrice è spesso basata su polimeri come poliestere, vinilestere o resine epossidiche.
A causa dei materiali compositi rinforzati da fibre comunemente usati in imbarcazioni e ai minori margini di sicurezza delle strutture e dei materiali delle imbarcazione (es: scafi più stretti dei moderni yacht), è aumentata la necessità di caratterizzare e individuare difetti nei materiali.
Delaminazioni e difetti in strati di fibre di materiali compositi
I difetti interni nascosti in una struttura di materiale composito possono avere numerose origini: anomalie di produzione, sollecitazioni applicate, cedimenti, incidenti o riparazioni erronee. I difetti possono influenzare significativamente l'integrità strutturale delle imbarcazioni.
I soggetti specializzati nei controlli come marineSOLUTIONS utilizza i controlli ad ultrasuoni NDT per posizionare e misurare con precisione difetti, cricche, cavità, delaminazioni e altri difetti in barche, yacht, e altre imbarcazioni nautiche.
Applicazione dei controlli a ultrasuoni al settore nautico
In termini semplici, il controllo a ultrasuoni utilizza un'energia ultrasonora a alta frequenza per realizzare dei controlli e effettuare delle misure. Gli UT possono essere usati per: rilevare e valutare i difetti; acquisire delle misure dimensionali; eseguire la caratterizzazione dei materiali; altre operazioni.
Un rilevatore di difetti a ultrasuoni utilizza un trasduttore che genera le onde ultrasonore e misura il tempo impiegato per essere trasmesse dal trasduttore, passare attraverso un materiale, essere riflesse da un riflettore e ritornare al trasduttore.
Un impulso ultrasonoro generato da un trasduttore viene trasmessa attraverso una componente da ispezionare e viene riflessa dalla superficie interna (in questo caso la superficie inferiore).
Un rilevatore di difetti può essere usato per individuare e misurare discontinuità come cricche, cavità porosità e perdite di adesione in diversi materiali e giunzioni saldate. Il rilevamento di difetti può essere applicato a qualsiasi materiale da costruzione. La maggior parte delle ispezioni si effettuano sull'acciaio e altri metalli, tuttavia è possibile usare i rilevatori di difetti sulla plastica, i materiali compositi, la fibra di vetro e la ceramica.
Un rilevatore di difetti può inoltre misurare lo spessore del materiale in modo abbastanza efficiente, tuttavia non è progettato per la misura di spessori di precisione. Per maggior informazioni, consultare il nostro Tutorial di rilevamento di difetti ad ultrasuoni.
Avvalersi della tecnologia NDT come quella di un rilevatore di difetti rappresenta un modo efficiente per determinare l'integrità di componenti e strutture di imbarcazioni e per individuare difetti senza causare alterazioni. Visto che i controlli NDT non alterano, sollecitano o degradano i materiali, permettono un risparmio in termini di tempi e costi per l'ispezione di strutture e componenti di imbarcazioni.
I controlli NDT possono essere eseguiti durante le fasi di costruzione, pre-consegna, pre-acquisto, controllo periodico, ispezione dei danni o ispezioni post-riparazione di imbarcazioni. Nel settore nautico commerciale le ispezioni NDT a ultrasuoni vengono eseguite periodicamente su imbarcazioni in acciaio o alluminio per rilevare e quantificare la corrosione. Allo stesso modo, i controlli a ultrasuoni NDT possono essere usati per misurare lo spessore e l'integrità di strutture composite.
L'ispezione di saldature strutturali in componenti metalliche rappresenta una comune applicazione NDT nel settore nautico. I tipi di difetti delle saldature includono: cricche, fusione incompleta, penetrazione incompleta, porosità e inclusioni di scorie. Tutti questi difetti sono potenzialmente rilevabili mediante i controlli a ultrasuoni.
Combinazione delle competenze UT e NDT per le ispezioni di imbarcazioni
Senza un programma di ispezione NDT nella fase produttiva, spesso non esistono nome di riferimento per le modalità di costruzione di barche o imbarcazioni da diporto non commerciali. Questo rende i controlli a ultrasuoni più complessi.
I soggetti come marineSOLUTIONS devono avvalersi della propria conoscenza e esperienza. Tenendo in considerazione questo aspetto, marineSOLUTIONS ha allestito un piccolo laboratorio per controllare diversi materiali di imbarcazioni da diversi tipi di materiali compositi a diversi tipi di metalli.
Cem Baykent utilizza il rilevatore di difetti EPOCH 650 con il trasduttore M2008 per controllare i materiali compositi di mezzi nautici.
Cem Baykent afferma: "I controlli a ultrasuoni su materiali compositi sono ancora un ambito inesplorato, non sfruttato e ristretto della realtà NDT in quanto non esistono norme o standard che regolamentino i tempi e i modi di esecuzione. Pertanto marineSOLUTIONS sta fondamentalmente stabilendo delle proprie procedure e trasmettendo le competenze NDT specifiche ai tecnici".
Per la costruzione dei mezzi nautici, oltre ai materiali compositi, viene utilizzato l'alluminio o l'acciaio. Praticamente qualsiasi metallo è soggetto a corrosione, specialmente in ambiente marino.
Cem ha notato che sottovalutare le ispezioni di scafi metallici è inaspettatamente comune, anche se l'integrità compromessa di uno scafo rappresenta un notevole rischio per la sicurezza. In termini semplici, lo scafo rappresenta l'involucro strutturale esterno di un'imbarcazione parzialmente immerso nel mare. Protegge l'area di carico, dei macchinari e di alloggio di un'imbarcazione da eventi meteorici, allagamenti e danni strutturali.
Cem Baykent ispeziona lo scafo di un mezzo nautico mediante il rilevatore di difetti a ultrasuoni EPOCH 650
Le barche vengono periodicamente portate a terra per ispezionare le lamine dello scafo dall'esterno, anche solo per effettuare un controllo visivo e una verifica con tapping (battitura). Tuttavia i riempitivi, i rivestimenti e gli strati di vernice sull'esterno di uno scafo dello yacht possono rendere complesse le ispezioni visive.
In modo particolare l'ispezione visiva rappresenta solo un controllo limitato. Spesso la corrosione si sviluppa dall'interno. Solo dopo che la maggior parte del materiale è stato interessato dalla corrosione possono essere rilevate le alterazioni interne dall'esterno mediante i metodi convenzionali.
La corrosione interna si sviluppa principalmente in aree difficilmente da rilevare visivamente durante le ispezioni dell'area di sentina. L'accesso all'area di sentina per l'effettuazione di un'ispezione visiva è spesso limitata a causa di serbatoi, macchinari e altre componenti e strutture interposte. Se non viene individuata e gestita, la corrosione può indebolire le lamine dello scafo portando al verificarsi di infiltrazioni pericolose e, successivamente, cedimenti strutturali. L'ispezione periodica delle lamine dello scafo è importante per migliorare la sicurezza e minimizzare i costi.
Un rilevatore di difetti a ultrasuoni affidabile per i controlli degli yacht
Oltre a avvalersi di un team di tecnici specializzato, marineSOLUTIONS può contare su una completa gamma di apparecchiature e di campioni di riferimento per soddisfare numerose esigenze. Come elemento di base dell'apparecchiatura, viene impiegato dal team di tecnici il rilevatore di difetti EPOCH 650 per la combinazione delle prestazioni e della praticità d'uso.
Rilevatore di difetti a ultrasuoni EPOCH 650 Olympus
Di seguito vengono riportati tre modi attraverso i quali marineSOLUTIONS utilizza il rilevatore di difetti:
1. Controlli a ultrasuoni di imbarcazioni e pennoni in materiali compositi
Per l'ispezione di componenti e strutture di imbarcazioni in materiali compositi, marineSOLUTIONS si combina il rilevatore di difetti EPOCH 650 con un trasduttore a linea di ritardo M2008 (0,5 MHz, 2,54 cm [1 in.] di diametro). Questo trasduttore è ideale per le strutture in materiale composito a alta attenuazione.
Cem Baykent spiega: "I materiali compositi per yacht sono anisotropi, rendendo i controlli ancora più complessi. È possibile ottenere maggiori informazioni sui materiali anisotropi attraverso il trasduttore M2008". "L'M2008 è molto efficiente per i materiali compositi con polimeri rinforzati da fibre (FPR) a elevato spessore. Il suo funzionamento è straordinario e fornisce dei risultati affidabili. Abbiamo provato altri trasduttori di aziende specializzate progettati per lo stesso scopo ma non siamo riusciti nemmeno ad avvicinarci a questi risultati".
Nei materiali compositi i controlli a ultrasuoni possono essere usati per rilevare:
- Uniformità dello spessore dei laminati
- Presenza e tipo di delaminazioni
- Presenza di cavità e/o porosità
- Qualità e adesione dei laminati, oltre all'integrità delle riparazioni
- Presenza di inclusioni e materiali estranei nei laminati
I controlli a ultrasuoni di imbarcazioni e pennoni in materiali compositi ha numerosi vantaggi come:
- Sufficiente l'accessibilità da un lato
- Apparecchiatura portatile per le ispezioni in luoghi distanti e per operare in altezza
- Nessuna o minima preparazione della superficie
- Alta precisione nella determinazione dell'esatto punto di anomalia nascosta e delle relative caratteristiche principali come profondità, dimensioni e forma
- Risultati e dati forniti istantaneamente
Cem Baykent esegue i controlli a ultrasuoni di imbarcazioni e pennoni in materiali compositi mediante il rilevatore di difetti EPOCH 650
2. Misura della corrosione di lamine dello scafo mediante i controlli a ultrasuoni
Un altro modo attraverso il quale marineSOLUTIONS utilizza il rilevatore di difetti EPOCH 650 è la misura della corrosione sulle lamine dello scafo.
Cem Baykent spiega: "È abbastanza comune la presenza di alterazioni su scafi e pennoni. I controlli a ultrasuoni permettono di definire l'estensione di queste alterazioni. Queste informazioni consentono ai soggetti interessati di ottenere delle risposte rassicuranti e forniscono degli elementi importanti per la stima dei costi di riparazione. Entrambi rappresentano dei vantaggi notevoli".
Lo spessore delle lamine metalliche possono essere controllate in modo non distruttivo attraverso i misuratori di spessore a ultrasuoni senza riempitivi, strati di vernice o altri rivestimenti. È importante considerare che quando si controllano delle lamine soggette a vaiolatura, questi strumenti determinano lo spessore minimo della lamina attraverso algoritmi predefiniti che possono condurre talvolta a delle valutazioni erronee.
Per l'ispezione della corrosione su metalli marineSOLUTIONS si è orientata sul rilevatore di difetti EPOCH 650 in combinazione con un trasduttore a doppio elemento DL4R-6X20 (4 MHz). Questo permette di visualizzare lo spettro dell'eco a ultrasuoni. Da forme d'onda, attenuazione e sfasamento un operatore NDT di esperienza può ottenere molte informazioni su una lamina o una struttura. L'operatore deve inoltre distinguere tra echi reali, riflessi falsi, diffrazioni false e altro.
Il rilevatore di difetti a ultrasuoni EPOCH 650 mostra uno spettro su una lamina dello scafo in alluminio soggetto a vaiolatura progressiva. La doppia gobba con il picco maggiore a sinistra indica la presenza di una grave corrosione da vaiolatura. A destra l'ispezione visiva della relativa sezione della lamina dello scafo non rivela nessuna evidenza di corrosione da vaiolatura. Le alterazioni sono nascoste dalla superficie esterna rivestita e protetta, oltre a serbatoi e altre strutture interne che occupano l'interno.
3. Controlli a ultrasuoni di saldature
Anche per ispezionare saldature marineSOLUTIONS utilizza il rilevatore di difetti EPOCH 650 in combinazione con un trasduttore a fasci angolari AM4R-8X9-70 Olympus
Mentre le tecniche d'ispezione con sonde a fasci dritti sono molto efficaci nelle operazioni di rilevamento di difetti laminari, esse non sono efficaci per l'ispezione di numerose saldature comuni nelle quali le discontinuità non sono in genere parallele alla superficie. La combinazione della forma della saldatura, dell'orientazione delle indicazioni e della presenza di una corona o di un cordone della saldatura necessita l'ispezione da un lato della saldatura mediante un fascio angolare.
Il controllo con onde trasversali (noto anche come ispezione a fasci angolari) rappresenta una tecnica usata principalmente per le ispezioni di saldature. L'ispezione della saldatura viene eseguita trasmettendo delle onde trasversali in una lamina con un determinato angolo e manipolando il trasduttore in modo da scansionare l'intera saldatura.
Nelle tipiche ispezioni il suono si trasmette attraverso il pezzo da ispezionare all'angolo generato per essere in seguito riflesso allo stesso angolo. Spostando al sonda sul pezzo il fascio ultrasonoro passa attraverso l'intera altezza della saldatura Questo movimento di scansione permette d'ispezionare l'intero volume della saldatura e consente di rilevare le discontinuità nelle linee di fusione e nella parte centrale della saldatura.
Una sonda a fascio angolare si compone di un solo elemento trasduttore e viene usata con uno zoccolo che permette di generare un'onda longitudinale o un'onda trasversale rifratta nella componente ispezionata. Nell'immagine è illustrato uno zoccolo a 45°.
L'ispezione UT permette di rilevare i seguenti difetti nelle saldature:
- Cricche nella zona della saldatura
- Discontinuità e penetrazione incompleta di giunzioni saldate
- Fusione incompleta in giunzioni saldate
- Porosità in giunzioni saldate
- Inclusioni di scorie in giunzioni saldate
- Aree con distorsioni
- Stratificazione di metallo della saldatura
Esperienza con Olympus come fornitore di apparecchiatura NDT
Quando marineSOLUTIONS ha deciso di investire in strumenti di ispezione a ultrasuoni, hanno contattato diversi fornitori di strumenti NDT. Olympus si è contraddistinta per la sua reputazione relativamente ai prodotti di alta qualità e la competenza dei tecnici.
Cem Baykent ha fatto riferimento a un controllo eseguito in passato attraverso il quale ha scoperto una delaminazione in un pennone in materiale composito al carbonio mediante il rilevatore di difetti EPOCH 650. Cem Baykent ha informato il cliente della presenza di questo difetto. Considerando la reputazione di marineSOLUTIONS e Olympus, il proprietario ha deciso di ispezionare con modalità distruttiva la componente dello yacht. Ispezionare con modalità distruttiva un pennone in carbonio lo rende inutilizzabile e irreparabile.
Cem Baykent afferma: "Mentre il cliente prendeva la decisione in base ai nostri risultati, è stato abbastanza stressante assistere a un ispezione distruttiva di un pennone di carbonio di alto valore. Tuttavia eravamo sicuri della nostra perizia e dell'affidabilità dell'apparecchiatura Olympus.
Il difetto è stato trovato esattamente nel punto indicato e un'ispezione più approfondita ha determinato l'esistenza di un difetto di fabbricazione. Il controllo ha determinato la sostituzione dell'intero pennone dal valore di $ 250 000 da parte del produttore.
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Un pennone è stato sezionato e levigato per evidenziare un difetto. Il difetto è stato individuato inizialmente mediante il rilevatore di difetti EPOCH 650. |
marineSOLUTIONS continua a investire in prodotti Olympus. Cem Baykent afferma: "Non siamo mai stati delusi dal supporto sul campo e dall'affidabilità dei prodotti".
Cem Baykent aggiunge: "L'apparecchiatura di controllo a ultrasuoni Olympus offre dei risultati indiscutibili e affidabili. Olympus è un marchio affermato e rispettabile nel settore degli NDT a ultrasuoni. I nostri clienti hanno presentato i nostri risultati ottenuti mediante ultrasuoni nei tribunali di diversi paesi con esito positivo".
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