Ultrasuoni su materiali non metallici

La misura a ultrasuoni su materiali non metallici estende il controllo di spessore oltre i metalli, a plastiche, vetro, gomma, compositi e altri materiali. Il principio resta lo stesso, l’onda ultrasonica attraversa il materiale e torna come eco dalla parete opposta, ma i materiali non metallici hanno proprietà acustiche molto diverse dai metalli: una velocità del suono spesso più bassa e una attenuazione più alta, cioè assorbono di più l’onda. Questo cambia la taratura, la scelta della sonda e i limiti della misura. Capire come i materiali non metallici si comportano rispetto agli ultrasuoni permette di misurarli correttamente e di sapere quando la misura è affidabile e quando è al limite.

Questa pagina spiega perché la velocità del suono cambia tra i materiali, perché i non metalli attenuano di più, e cosa comporta per la misura di spessore. È una guida per il tecnico che misura plastiche, compositi e materiali non metallici.

La velocità del suono cambia con il materiale

Lo spessore a ultrasuoni si ricava dal tempo di volo dell’onda moltiplicato per la velocità del suono nel materiale. Questa velocità dipende dal materiale, ed è molto diversa tra metalli e non metalli: nelle plastiche e nelle gomme è tipicamente molto più bassa che nell’acciaio, nel vetro è intermedia, nei compositi dipende dalla composizione e dalla direzione. Se lo strumento non è tarato sulla velocità corretta del materiale, la misura di spessore è sbagliata: usare la velocità dell’acciaio su una plastica darebbe un valore completamente errato. Per questo la taratura sulla velocità del suono del materiale specifico, spesso fatta misurando un campione di spessore noto, è il primo passo per misurare correttamente i materiali non metallici. Ogni materiale ha la sua velocità, e va impostata prima di misurare.

Perché i non metalli attenuano di più

Molti materiali non metallici attenuano l’onda ultrasonica più dei metalli: assorbono e disperdono l’energia dell’onda, che quindi si indebolisce di più lungo il percorso. Plastiche morbide, gomme, materiali porosi o carichi e compositi con fibre e cariche disperdono l’onda, riducendo l’ampiezza dell’eco di ritorno. Questo significa che l’eco può essere debole e difficile da leggere, e che oltre un certo spessore l’onda si estingue prima di tornare. Per contrastare l’attenuazione si usano frequenze più basse, che penetrano meglio, e sonde adatte, accettando una minore risoluzione. Nei compositi, inoltre, la struttura a strati e le fibre possono generare eco multiple e disperse che complicano la lettura. Conoscere l’attenuazione del materiale aiuta a scegliere frequenza e sonda e a capire fino a che spessore la misura è possibile.

Aspetto	Nei non metalli
Velocità del suono	Spesso più bassa, va tarata
Attenuazione	Più alta, eco più debole
Frequenza consigliata	Più bassa sui materiali attenuanti

Cosa comporta per la misura

Misurare materiali non metallici richiede quindi alcuni accorgimenti. Prima di tutto la taratura sulla velocità del suono corretta, senza la quale il valore è sbagliato. Poi la scelta della frequenza e della sonda in funzione dell’attenuazione: frequenze basse sui materiali molto assorbenti, frequenze più alte su plastiche dure e poco attenuanti quando serve risolvere spessori piccoli. Conta anche l’accoppiamento, perché alcune superfici non metalliche richiedono accoppianti adatti. Sui compositi la misura può essere resa difficile dalla struttura interna, e va interpretata con attenzione. In generale la misura ultrasonica su non metalli è possibile e utile, ma va impostata conoscendo le proprietà acustiche del materiale. Con la taratura giusta e la sonda adatta si ottengono misure affidabili anche su plastiche, vetro e molti compositi.

• Tarare sempre sulla velocità del suono del materiale.
• Usare frequenze basse sui materiali attenuanti.
• Scegliere la sonda in base a spessore e attenuazione.
• Curare l’accoppiamento sulle superfici non metalliche.
• Interpretare con attenzione le eco nei compositi.

Limiti e affidabilità

Non tutti i materiali non metallici sono misurabili a ultrasuoni: materiali molto porosi, molto attenuanti o fortemente disomogenei possono estinguere o disperdere l’onda al punto da rendere la misura impossibile o poco affidabile. Conoscere questi limiti evita di fidarsi di valori privi di senso. Contano la taratura sul materiale reale, la scelta di frequenza e sonda e la verifica su campioni di spessore noto. Documentare velocità impostata, sonda e condizioni garantisce misure ripetibili. Adattare la misura alle proprietà acustiche del non metallo permette di sfruttare gli ultrasuoni ben oltre i metalli, entro i limiti del materiale.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Ultrasuoni del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato alla velocità del suono e taratura sui materiali. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo la misura di spessore fa capo agli spessimetri a ultrasuoni, con le sonde nella pagina sonde e trasduttori a ultrasuoni, nella famiglia controlli non distruttivi e spessimetri di materiale. Se devi misurare plastiche, compositi o altri non metalli, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.