Controllo Ultrasonoro

Le Prove non distruttive con ultrasuoni (CND), o in altre parole, con termine inglese, Not Destructive Testing (NDT), sfruttano i fenomeni della propagazione nei solidi, liquidi o gas, di fasci d'onde elastiche, cioè onde di compressione e decompressione della materia, con frequenza superiore a quella dei suoni udibili dall'orecchio umano. Le onde ultrasonore, che sono inviate nel sistema spaziale da esaminare, sono attenuate dalla materia che incontrano e da essa riflesse, deviate o assorbite per causa dalle discontinuità presenti nella stessa.

Ognuno conosce cosa sia l'eco: il fenomeno dipende dalla riflessione delle onde sonore che rimbalzano contro la superficie dell'ostacolo, che è di natura diversa da quella del mezzo di propagazione (aria), fino al ritorno all'orecchio dell'ascoltatore. Il metodo di rivelazione dei difetti con Ultrasuoni è l'applicazione tecnologica di questo principio. Il fascio d'onde ultrasonore, ovvero il segnale, è generato sfruttando le proprietà piezoelettriche o magnetostrittive di alcuni cristalli, cioè la loro capacità di contrarsi ed espandersi sotto l'azione d'un campo elettrico o d'un campo magnetico alternato. Le vibrazioni del cristallo producono onde elastiche, di frequenza ultrasonora dipendente dal rapporto spessore - diametro del cristallo piezoelettrico. Gli ultrasuoni così generati sono trasferiti direttamente nel materiale da controllare grazie al contatto, o più propriamente al semplice accostamento del generatore (trasduttore) alla superficie del pezzo, purché esista un mezzo di impedenza acustica adeguata tra le due interfacce, infatti un'eccessiva differenza d'impedenza rende da difficile ad impossibile il trasferimento degli ultrasuoni da un mezzo all'altro (l'acqua risulta essere il miglior accoppiante ed in alternativa si possono utilizzare sospensioni o soluzioni acquose sature di colle cellulosiche). Il fascio d'onde ultrasonore si propaga nel materiale da esaminare, con la stessa frequenza con cui è stato generato del cristallo, e con una velocità che dipende dal materiale attraversato. Quando il fascio incontrerà un ostacolo verrà riflesso, assorbito, deviato o diffratto, secondo le leggi comuni a tutti i fenomeni di propagazione delle onde. Le onde riflesse possiedono la stessa frequenza di quelle incidenti, ma sono sfasate rispetto ad esse, anche in funzione del cammino percorso, cioè della distanza del trasduttore dai vari punti della superficie dell'ostacolo.


Analoga sorte spetta alle onde diffratte. L'energia assorbita dal difetto colpito dalle onde incidenti fa sì che esso possa vibrare emettendo a sua volta onde elastiche di frequenza tipica della sua risonanza e variamente sfasate. Dunque il segnale che ritorna verso il trasduttore è molto complesso perché è la risultante della sommatoria di molte onde di uguale frequenza, ma sfasate, e di altre di frequenza diversa, pure sfasate fra loro. Tale segnale si definisce "tempo di volo" ed esprime, attraverso la semplice equazione spazio/tempo, la distanza percorsa dal treno di onde ultrasonore per colpire l'indicazione e tornare al cristallo. Le informazioni riguardanti il posizionamento geometrico di tale difetto e la sua natura vengono quindi ricavate con semplici calcoli trigonometrici e con la valutazione dinamica del comportamento del segnale. Va da sé che questa ultima valutazione richiede un lungo addestramento ed un'adeguata esperienza.