Caratterizzazione di fasci ultrasonici per il controllo non distruttivo di leghe aeronautiche = Characterization of ultrasonic beams for the non-destructive testing of aeronautical alloys

Con il seguente riassunto si provvede a sintetizzare l’attività di tirocinio svolta presso Cogne Acciai Speciali S.p.A., in Aosta. I temi seguiti durante il corso del suddetto stage fanno riferimento al controllo non distruttivo di leghe metalliche per il settore aeronautico, mediante l’uso di tecniche ad ultrasuoni (US). In principio sono introdotti i materiali metallici maggiormente utilizzati nel settore aeronautico e aerospaziale. Settore che richiede stringenti vincoli da soddisfare sia in termini di proprietà fisico-chimiche che in termini di sicurezza. Gli acciai ricoprono circa il 10% dei materiali in esame e il loro utilizzo è principalmente concentrato nei sistemi di supporto dei motori e nel carrello di atterraggio, il quale è soggetto alla massima sollecitazione della struttura. Un posto particolarmente importante, tra questa famiglia di materiali, è occupato dagli acciai inossidabili indurenti per precipitazione. A tal proposito, il materiale a cui si farà riferimento in ambito di collaudo è l’acciaio 15-5 PH, di cui verrà presentato il processo produttivo e le criticità ad esso legate. Tenendo conto di quanto appena riportato, e al fatto che tali materiali vengono fabbricati in un ambiente industriale in cui è necessario raggiungere e mantenere un determinato volume produttivo, si rende necessaria una valutazione difettuale che sia in grado di rilevare non conformità con un metodo rapido, automatizzato e che non preveda la distruzione del materiale stesso. Tale valutazione è effettuata presso le facilities ultrasonore dedicate al settore Aerospace di Cogne Acciai Speciali. Le norme introdotte dall’industria aerospaziale (AMS-STD 2154 e AMS-STD 2630) sono estremamente stringenti dal punto di vista della sicurezza e per tale motivo è fondamentale fare affidamento a impianti di controllo dedicati e che siano caratterizzati in modo approfondito. Per far fronte a queste necessità è stata effettuata una campagna di misurazioni che comprende la caratterizzazione degli impianti utilizzati, dei fasci ultrasonici generati e dei trasduttori in uso. I fasci ultrasonici rappresentano il vero e proprio tema del documento quivi introdotto. Infatti, attraverso la determinazione delle proprietà geometriche di questi ultimi, è possibile definire parametri di collaudo che vanno a influire pesantemente sulla standardizzazione e sulla produttività dello stesso. Durante il periodo di tirocinio si è dunque svolta, in prima analisi, la determinazione delle criticità di processo di collaudo, a fronte delle quali sono state attuate prove sperimentali atte alla caratterizzazione della natura fisica dei fasci ultrasonori al variare di condizioni al contorno, quali: geometria del materiale da collaudare, geometria del riflettore atto alla determinazione dei parametri di processo di collaudo. Condensando quanto detto, ciò a cui si mira è la verifica di una possibile relazione funzionale tra le caratteristiche del fascio ultrasonoro di un trasduttore e la geometria del campione di riferimento su cui si basa la determinazione dei parametri di scansione del materiale da collaudare. A tale scopo, in modo da avere una riprova di quanto osservato sperimentalmente, si è deciso di riprodurre il caso studio con una simulazione numerica 2D. Infine, le conclusioni sono costituite da un modello descrittivo basato su un approccio analitico al problema, con il quale è possibile giustificare congiuntamente i risultati ottenuti da riferimenti teorici, sperimentali e infine numerici.