Su un giunto saldato il difetto non sta quasi mai in superficie: sta nella sezione, dove nessun esame visivo può arrivare. In carpenteria pesante, nella costruzione di impianti in pressione, nella cantieristica e nelle strutture portanti, una mancanza di fusione lunga pochi centimetri basta a innescare una rottura per fatica in esercizio. Il controllo ultrasonoro delle saldature è il metodo volumetrico che permette di individuare queste discontinuità interne senza tagliare il pezzo, senza radiazioni ionizzanti e senza interdire l’area di lavoro.
Il principio è la riflessione di un’onda elastica ad alta frequenza, tipicamente fra 2 e 5 MHz, su una superficie di separazione fra due mezzi con impedenza acustica diversa. Una cricca, una inclusione di scoria o una porosità interrompono la continuità del metallo e rimandano indietro parte dell’energia. Il tempo di volo dell’eco, nota la velocità di propagazione nel materiale, si traduce nella posizione del riflettore; l’ampiezza dell’eco, confrontata con un riflettore di riferimento, ne indica il rilievo.
La qualità del risultato non dipende dallo strumento ma dalla catena procedurale: angolo della sonda scelto in funzione dello spessore, taratura su blocco campione, curva di riferimento costruita prima della scansione, superficie preparata e accoppiante idoneo. Ogni anello trascurato sposta l’eco, ne altera l’ampiezza o la confonde con un segnale generato dalla geometria del giunto. Nelle sezioni che seguono sono descritti la sequenza operativa completa e i criteri con cui si decide se un’indicazione è un difetto reale.
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Che cosa si cerca in un giunto saldato
Le discontinuità tipiche si distinguono per origine e per forma. La mancanza di penetrazione al vertice lascia il cianfrino non riempito: è planare, orientata perpendicolarmente alla superficie e fra le più severe perché agisce da intaglio. La mancanza di fusione laterale, sulla parete del cianfrino, è anch’essa planare ma inclinata secondo l’angolo di preparazione. Le inclusioni di scoria sono volumetriche, irregolari, spesso allineate lungo le passate; la porosità è volumetrica e diffusa, con echi numerosi e di ampiezza modesta. Le cricche a caldo nascono in solidificazione al centro del cordone, quelle a freddo dipendono da idrogeno e tensioni residue e possono comparire ore dopo la saldatura, di norma nella zona termicamente alterata. I sottosquadri, infine, riducono la sezione resistente al piede del cordone. Distinguere difetti planari e volumetrici è il presupposto per impostare correttamente il controllo.
Perché serve la sonda ad angolo e non la sonda retta
Un difetto planare riflette bene solo se il fascio lo incontra quasi perpendicolarmente: una mancanza di fusione laterale investita di taglio rimanda un’eco trascurabile e può passare inosservata. Con una sonda retta il fascio scende verticale, incontra di striscio le discontinuità orientate secondo lo spessore e deve attraversare il sovrametallo del cordone, che quasi mai viene asportato. Per questo il controllo si esegue con sonde ad angolo, che introducono onde trasversali a 45, 60 o 70 gradi dal metallo base adiacente al giunto. L’angolo si sceglie in funzione dello spessore e dell’inclinazione del cianfrino: angoli maggiori sugli spessori sottili, per allungare il percorso utile, angoli minori sugli spessori elevati. Il fascio raggiunge la saldatura direttamente, cioè al primo salto, oppure dopo riflessione sulla superficie opposta, al secondo salto: le due condizioni coprono porzioni diverse della sezione.
Controllo ultrasonoro saldature: preparazione, taratura e scansione
La preparazione precede sempre lo strumento: si rimuovono spruzzi, scaglie e residui di verniciatura, si rende liscia la zona di scansione su entrambi i lati del cordone e si sceglie un accoppiante compatibile con la temperatura del pezzo, perché oltre i 50 °C i gel comuni evaporano e l’accoppiamento si perde. Si determinano poi, su blocco campione, il punto di uscita del fascio e l’angolo reale della sonda: entrambi si scostano dai valori nominali per effetto dell’usura del cuneo. Sullo stesso blocco, con fori laterali o intagli di riferimento a profondità nota, si tara la base dei tempi e si costruisce la curva DAC, oppure si imposta il metodo DGS che compensa per via analitica l’attenuazione con la distanza. Solo allora si calcola la larghezza della zona di scansione e si procede a zig-zag, alternando rotazione e oscillazione della sonda per intercettare difetti con orientamenti diversi.
Leggere l’A-scan: eco di difetto o eco di geometria
L’A-scan riporta l’ampiezza in funzione del percorso sonoro: ogni indicazione va interpretata, non semplicemente registrata. Un eco di geometria, generato dal piede del cordone, dal sovrametallo alla radice o da un disallineamento fra i lembi, compare in una posizione ripetibile lungo tutto il giunto e si comporta in modo prevedibile quando la sonda avanza o arretra. Un eco di difetto segue invece la propria collocazione reale nella sezione e cambia ampiezza con la rotazione della sonda. Dal percorso sonoro e dall’angolo si ricavano la distanza proiettata dal punto di uscita e la profondità del riflettore, da confrontare con il disegno in scala del cianfrino. La lunghezza dell’indicazione si determina spostando la sonda lungo il cordone fino al calo convenuto di ampiezza; per l’altezza si usano la tecnica dei 6 dB o, sui difetti planari, la diffrazione dal bordo.
Norme, qualifica dell’operatore e confronto con la radiografia
Il metodo è interamente normato. La ISO 17640 definisce tecniche, livelli di prova e modalità di esecuzione dell’esame ultrasonoro sui giunti saldati, mentre la ISO 11666 fissa i livelli di accettazione, cioè le soglie di ampiezza e di lunghezza oltre le quali un’indicazione diventa un difetto da respingere. L’operatore deve essere qualificato secondo la ISO 9712, con livello adeguato al compito: il livello 2 esegue e interpreta, il livello 3 redige e approva le istruzioni operative. Rispetto alla radiografia, gli ultrasuoni rilevano molto meglio i difetti planari, che sono i più critici, non richiedono zone interdette né sorgenti radioattive, forniscono la profondità del riflettore e consentono l’accesso da un solo lato; la radiografia resta più leggibile sulle porosità e produce un documento visivo immediato.
Per approfondire la strumentazione impiegata in questo tipo di esame, consulta la pagina dedicata ai rilevatori di difetti a ultrasuoni (flaw detector).
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