Spessimetri - misurare lo spessore di rivestimentri e strati

Guida alla misurazione di spessori: Spessimetri ad ultrasuoni

Breve Storia

Lo Spessimetro a Ultrasuoni è uno strumento comunemente usato per rilevare lo spessore dei materiali conduttori di ultrasuoni in maniera non distruttiva. La creazione del primo strumento del genere risale al 1967, grazie alla brillante intuizione dell’ingegnere polacco Sobek, che al fine di individuare lo spessore di un materiale noto, utilizzò come parametro la velocità di propagazione del suono nel succitato campione.

Gli attuali Spessimetri ad Ultrasuoni, pur essendosi evoluti rispetto al loro predecessore, continuano a sfruttare il medesimo principio fisico e riescono a raggiungere precisioni nell’ordine del centesimo di millimetro, mentre quelli ancor più evoluti possono “Dialogare” con i Personal Computer e discriminare rivestimenti sovrastanti grazie a funzioni che sfruttano altri principi fisici.

Principi di funzionamento

Il principio di funzionamento di questo tipo di spessimetro è lo stesso del SONAR: viene emesso un impulso sonoro ultrasonico e si rileva il ritardo dell'eco di ritorno; conoscendo la velocità del suono nel mezzo, si può calcolare la distanza dalla superficie che ha riflesso l'impulso sonoro. Nel caso specifico lo spessimetro rileva l'eco di ritorno generata dalla superficie opposta rispetto a dove è stato posizionato il trasduttore ultrasonico.
Gli strumenti basati sul prototipo dell’Ing. Sobek determinano lo spessore di un campione tramite un’accurata misurazione del tempo impiegato da un impulso ultrasonico, generato da un trasduttore, ad attraversare lo spessore di un materiale e ritornare alla sua fonte. Il percorso di andata e ritorno dell’onda sonora viene diviso a metà e poi moltiplicato per la velocità di propagazione del suono in riferimento a quel particolare materiale.

Ambiti di utilizzo e principali applicazioni

Questo tipo di spessimetro è particolarmente utile:
- quando si deve misurare lo spessore in punti distanti dal bordo del pezzo;
- quando vi è la necessità di misurare lo spessore in punti dove non è possibile accedere a tutte e due superfici esterne del pezzo.

Gli Spessimetri Ultrasonici possono essere usati in tutto e per tutto come un normale calibro, con la differenza di poter operare in maniera non distruttiva anche su superfici problematiche come scatolati, tubature o al centro di grosse lamiere, semplificando e velocizzando notevolmente il lavoro nelle officine meccaniche, nei laboratori e nell’ambito del controllo di qualità in una qualsiasi linea di produzione.

Una delle principali applicazioni di questo genere di strumentazione è quella di poter verificare lo stato di usura o corrosione di elementi dei quali si può accedere a un solo lato o di difficile raggiungimento, tutto ciò senza necessità di smontare, distruggere o portare in altra sede le parti oggetto dell’indagine.

Spessimetri per Materiali

Questi strumenti consentono di effettuare misure di spessori, corrosioni, sdoppiature materiali e lamiere da 0.13 a 500mm ad altissima risoluzione e semplicità d'uso. Con una sola mano, senza dover danneggiare il particolare misurato, è sufficiente appoggiare la sonda su un lato del pezzo da controllare per leggerne lo spessore, leggeri ed ergonomici consentono controlli in qulasiasi zona di difficile accesso ed in qualsiasi condizione.
Indispensabili nei controlli qualità, accettazioni materiali, manutenzione impianti nelle varie industrie.

Spessimetri per Rivestimenti

Spessimetri per rivestimenti portatili completamente automatici, in grado di misurare ogni tipo di rivestimento (verniciatura, zincatura, anodizzazione, plastificazione, cromatura ecc.) sia su supporti di materiale ferroso che non ferroso.
Trovano una particolare collocazione in svariati settori, tra cui principalmente nelle verniciature industriali e galvaniche.

I parametri di base per la scelta della sonda
Gli spessimetri ad ultrasuoni si compongono in due parti:
1. apparecchiatura di lettura, che comprende almeno
1. il generatore di ultrasuoni;
2. il condizionatore di segnale per il trasduttore;
3. l'elaboratore della misura;
2. trasduttore ultrasonico, una testina che contiene almeno un cristallo piezoelettrico per la generazione e la lettura degli ultrasuoni.

Lo spessimetro ultrasonico è in grado di misurare un’ampia gamma di materiali quali metalli, vetri e plastiche. Differenti tipi di materiali necessiteranno di differenti sonde. Tale scelta è fondamentale per effettuare delle misurazioni accurate. Di seguito vengono evidenziati i principali elementi da considerare in sede di selezione della sonda.

In generale la miglior sonda per ciascun tipo di lavorazione è quella che riesce a inviare una sufficiente energia ultrasonica nel materiale considerato in maniera che lo strumento possa ricevere l’eco di ritorno. I fattori che influenzano la propagazione degli ultrasuoni sono molteplici:

Forza del segnale in uscita: Più forte è il segnale in uscita e più forte sarà l’eco di ritorno. Tale parametro dipende principalmente dalla grandezza del componente della sonda che emette l’ultrasuono. Un’ampia superficie di emissione invierà una maggior quantità di energia nel materiale rispetto a un’area di emissione più ridotta.


Assorbimento e dispersione: quando un ultrasuono attraversa un materiale viene in parte assorbito. Se il materiale campione ha una struttura granulare l’onda ultrasonica subirà un effetto dispersione. Entrambi i fenomeni causano una riduzione dell’energia ultrasonica e di conseguenza la capacità dello strumento di percepire l’eco di ritorno. Gli ultrasuoni ad alta frequenza subiscono maggiormente gli effetti da dispersione rispetto alle onde di frequenza minore. Bisogna comunque sottolineare che non sempre è meglio utilizzare queste ultime, in quanto soggette a una minor direzionalità rispetto alle frequenze più elevate. Pertanto l’utilizzo delle più elevate sarà da preferire nel caso si vogliano identificare l’esatta posizione di piccole cavità o imperfezioni.


Geometria della sonda: In alcuni casi i vincoli fisici dell’ambiente entro il quale si effettua la misurazione determinano il grado di funzionalità di un tipo di sonda. In alcuni casi le sonde possono avere dimensioni troppo grandi per lo spazio entro il quale si deve effettuare la misurazione, in altri la superficie di contatto del campione può essere talmente ridotta da pregiudicare un corretto accoppiamento sonda/materiale. In questi casi si dovranno rispettivamente utilizzare sonde con un corpo più contenuto e con una superficie di appoggio meno ampia. Altro discorso ancora riguarda la misurazione di superfici curve, come le pareti di un cilindro, per le quali si renderà necessario l’uso di una sonda con un profilo di appoggio coincidente.


Temperatura del materiale: La velocità di propagazione del suono all’interno di un materiale è inversamente proporzionale alla sua temperatura, pertanto quando è necessario misurare campioni con una temperatura elevata, fino a un massimo di 300C°, andranno equipaggiate sonde concepite per rilevamenti ad alta temperatura. Questi sonde particolari sono costruite usando lavorazioni e materiali speciali, che consentono di farle resistere agli stress fisici delle alte temperature senza danneggiarsi.

Accoppiamento sonda/superficie

Un altro parametro molto importante è l’accoppiamento tra la superficie indagata e quella della sonda. Una buona aderenza tra le due superfici garantisce che lo strumento operi al meglio e fornisca una misurazione attendibile e realistica. Per tale ragione è consigliato accertarsi prima di ogni misurazione che la superficie e la sonda siano esenti da polveri, residui e sporcizia.
Per garantire un ottimo accoppiamento ed eliminare il sottile strato d’aria che si interpone fra sonda e superficie è necessario impiegare un liquido d’accoppiamento. Gli strumenti più moderni sono in grado di fare contatto anche con della semplice acqua, anche se è maggiormente indicato l’utilizzo di mezzi più densi quali glicerina o gel da ultrasuoni.

Accorgimenti nell’utilizzo dello spessimetro

Un altro aspetto critico nell'utilizzo dello spessimetro ad ultrasuoni è che si possono effettuare letture corrette solo su spessori omogenei; la presenza di strati di materiale differente, intercapedini o soffiature, generano falsi echi e creano errori di lettura.
Uno dei principali limiti di questo genere di strumenti risiede nell’impossibilità di misurare attendibilmente tutti quei materiali che contengono, seppur in minima parte, delle discontinuità. Tale effetto viene registrato dallo strumento come un’interruzione nel materiale, andando a inficiare la bontà della misurazione.
Un misuratore di spessori ad esempio sarà in grado di misurare con altissima precisione qualsiasi tipo di PVC, mentre non riuscirà nemmeno a creare contatto con la sonda nel caso del PVC espanso a causa delle micro bolle d’aria presenti all’interno della sua struttura.
L’altra faccia di questo limite è che permette, di fronte a spessori noti – o presunti tali -, di rilevare imperfezioni che non dovrebbero essere presenti. In questo caso parliamo di strumenti denominati rilevatori di imperfezioni.

Stroboscopio Professionale

Lo stroboscopio viene da un lato utilizzato per determinare il numero di giri di impianti , macchinari cosi come per determinare oscillazioni e altre transazioni periodiche senza aver contatto.Dall'altro lato è possibile osservare pezzi in movimento ad alta velocità, che sono impossibili
da osservare ad occhio nudo. Lo stroboscopio emette impulsi di luce ad intervalli periodici. Quando la successione dei flash si trova in conformità con la frequenza del movimento dell'oggetto da analizzare , viene fornita un immagine illusoria come se fosse ferma.In seguito sul dispay LCD è possibile leggere il numero di giri o la frequenza del movimento.Viene anche usato per visualizzare difetti su
superfici dei materiali. Viene usato soprattutto nell' industria tipografica. nel
settore tessile, medico, automobilistico e imballaggio industrie, ingegneria meccanica ecc. Si tratta di un dispositivo complesso, avanzato,leggero e
maneggevole. La luce stroboscopica é utilizzata principalmente per : visualizzare vibrazioni e movimenti , determinare il numero dei giri.

Nel momento in cui la velocitá di rotazione dell´oggetto in movimento corrisponde esattamente con quella dei flash, si ha l´impressione che l´oggetto in movimento
sia fermo. Se il momento di rotazione con quella dei flash non corrisponde asattamente, si puo avere l´impressione di un movimento lento. Cosí é possibile osservare l´oggetto in movimento.
Pertanto adeguando i flash nell'esatto arresto dell'oggetto di prova si lascia:
- osservare la sequenza dei movimenti
- misurare senza contatto la frequenza di rotazione e la velocità dell'oggetto di prova

Funzionamento
In genere le superfici di tanti oggetti presentano fessure
o sono ruvide oppure ineguali facendo riflettere la luce
in modo differente , in questo caso potete tracciare questo
punto che si evidenzia come punto fisso di riferimento per
l'osservazione. Se la superficie dell'oggetto è tutta piana
facendo riflettere la luce in modo omogeneo senza
differenze allora potete tracciare l'oggetto in un qualsiasi
punto a mano. Oppure potete contraddistinguere con
nastro adesivo o qualcosa di simile.
Se si conosce la velocità di rotazione approssimativa
dell'oggetto di prova, sarà possibile con questo dispositivo
ottenere risultati più precisi quando misurate e osservate.
La superficie non deve essere fratturata ,grezza e
ineguale e assicurarsi che non ci siano punti evidenti che
riflettano.I flash di luce non debbone essere rivolti verso gli occhi di
persone o animali. Questo può causare danni permanenti.
Per evitare di danneggiare il dispositivo evitare il contatto
con l'acqua o altri liquidi corrosivi.

Durometri Leeb - strumenti per prove di Durezza

Il durometro è uno strumento di misura destinato alla misurazione della durezza dei materiali. Esistono molti tipi di durometri, ognuno destinato ad una specifica applicazione e dotato di una propria scala di misura.
Per misurare la durezza di un materiale, il durometro effettua su di esso una penetrazione, lasciando sul punto testato un'impronta (detta testimone).
La prova può essere definita un test non distruttivo, in quanto l'oggetto in esame potrebbe mantenere la propria integrità e funzionalità. Il durometro lascia comunque un'impronta, pertanto va' usato, o in aree dove il testimone non dia fastidio, oppure su appositi provini realizzati con lo stesso materiale da testare.
È importante notare che la prova non può essere ripetuta nella stessa posizione (o anche in prossimità di altri testimoni): infatti la superficie in prossimità di un testimone viene geometricamente e strutturalmente modificata e la ripetizione della prova comporterebbe grossi errori di misura.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:
Il principio di funzionamento dei durometri è pressoché identico per la varie tipologie: una punta (detta penetratore) di forma varia, viene spinta con una forza nota contro il materiale da testare, a seconda della durezza del materiale e inversamente proporzionale ad essa, questo penetrerà per una certa profondità. Misurando la profondità di penetrazione o la dimensione dell'impronta si ha l'indicazione della durezza del materiale.


Durometro con Scala Shore
La scala Shore è pensata per testare la durezza degli elastomeri o dei plastomeri (esempio gomma o plastica). Il penetratore esercita relativamente poca forza, in quanto basta poco per ottenere una penetrazione rilevabile. Per il rilievo di durezze in questa scala sono sufficienti strumenti relativamente semplici, come ad esempio durometri manuali a quadrante.

Scala Brinell
La scala Brinell è pensata per testare metalli non eccessivamente duri. Il penetratore è costituito da una biglia d'acciaio ad alta resistenza. Il valore di durezza è ricavato come rapporto tra la forza esercitata e la superficie dell'impronta del testimone (quest'ultima proporzionale alla penetrazione della sfera).
Per il rilievo di durezze nella scala Brinell è necessario:
- un durometro vero e proprio per generare l'impronta;
- un microscopio munito di un reticolo graduato, oppure una telecamera per misurare le dimensioni dell'impronta.

Scale Rockwell
Le scale Rockwell sono pensate per testare i metalli. L'unità di misura è una scala convenzionale ricavata direttamente dalla profondità che ha raggiunto il penetratore, quando spinto con una certa forza nel materiale da testare.
Sono usate sostanzialmente due tipi di scale:
- scala B, usata per metalli morbidi, con un penetratore costituito da una sfera di acciaio indurito del diametro di 1/16 di pollice;
- scala C, usata per i metalli duri, con un penetratore costituito da un diamante a punta conica con un'apertura di 120°.
Questa metodologia è molto pratica in quanto, il durometro, oltre a generare l'impronta, ne misura la profondità, presentandone immediatamente la misura nella scala ingegneristica.

Scala Vickers
La scala Vickers è pensata per testare metalli anche molto duri. Il penetratore è costituito da un diamante. Come per la scala Brinell, il valore di durezza è ricavato come rapporto tra la forza esercitata e la superficie dell'impronta del testimone.
Anche per il rilievo di durezze nella scala Vickers è necessario:
- un durometro per generare l'impronta;
- un microscopio con reticolo graduato per rilevare le dimensioni dell'impronta e verificare l'integrità della punta del penetratore.
Oltre alla scala "Vickers" tradizionale esiste anche un'altra tipologia di prova "Vickers" utilizzando lo stesso penetratore ma applicando carichi più ridotti; il valore di durezza si ricava nella stessa maniera della scala "Vickers" tradizionale. Normalmente le prove di durezza in "microVickers" vengono effettuate su materiali molto duri ma estremamente sottili, per testare la durezza di trattamenti superficiali(cromatura,nichelatura ecc.).
[Fonte: Wikipedia]

TEST DI DUREZZA A RIMBALZO - DUROMETRI LEEB
Il test di durezza a rimbalzo Leeb è uno dei metodi più utilizzati per misurare la durezza dei metalli. Questo tipo di test è utilizzato per la misura della durezza su pezzi in lavorazione piuttosto grandi.
Il metodo di prova della durezza a rimbalzo tipo Leeb è stato sviluppato nel 1975 da Leeb e Brandestini alla Proceq SA per fornire un durometro portatile per metalli. E' stato sviluppato come alternativa ai tradizionali metodi di misura della durezza, spesso complicati e ingombranti. Il primo misuratore di durezza che sfrutta il principio Leeb del rimbalzo fu chiamato "Equotip", un termine che ancora oggi è usato come sinonimo per il test di durezza a rimbalzo in scala Leeb.
Le prove di durezza tradizionali, come le prove Rockwell, Brinell o Vickers, sono stazionarie, cioè vengono allestite postazioni di lavoro fisse nei laboratori dell'impianto di produzione. La maggior parte delle volte, questi metodi vengono utilizzati in modo selettivo e distruttivo. I campioni vengono "tagliati" da parti selezionate del pezzo in produzione e misurati in laboratorio. I valori di durezza del campione vengono estesi all'intero gruppo da cui il campione viene prelevato. La portabilità dei durometri a rimbalzo può, a volte, aiutare per ottenere misure di durezza più accurate ed estese senza distruggere il pezzo su cui si effettua la prova. Questo vantaggio semplifica i processi di produzione e aiuta a contenere i costi.

Vantaggi
A differenza dei metodi tradizionali, in cui la forza è applicata uniformemente, il metodo dinamico applica un carico istantaneo. Una prova di durezza a rimbalzo si effettua in soli 2 secondi e utilizzando la sonda ad impatto tipo D (per la maggior parte delle applicazioni) viene lasciata una impronta di soli 400/500 micron su un acciaio con durezza di circa 600HLD contro un impronta di 3mm per la prova Brinell (durezza circa 400HBW 10/3000) con un tempo di prova di almeno 15 secondi più il tempo necessario alla misura dell'impronta.

Tipi di sonde e applicazioni
I durometri a rimbalzo per la misura della durezza dei metalli hanno, per la maggior parte, la possibilità di sostituire la sonda con modelli più adatti alle esigenze. Quelli presentati qui sono i modelli più diffusi, che possono coprire la maggior parte delle applicazioni.
Volendo dare una descrizione alle sonde, si potrebbero definire come segue:
• Sonda tipo D: universale standard, ricopre la maggior parte delle applicazioni
• Sonda tipo DC: molto corta per aree ristrette, per la misura ad esempio dell' interno di fori o cavità. Apparte la lunghezza, ha le stesse caratteristiche della sonda tipo D.
• Sonda tipo D+15: con una superficie di contatto ridotta, con la bobina di misurazione spostata più in alto. Viene utilizzata per la misura nei solchi o in cavità.
• Sonda tipo DL: con la superficie di misura estremamente fine, utile per misurare ad esempio piccole saldature o i denti di un ingranaggio.
• Sonda tipo C: a basso impatto (l' energia di impatto è circa il 25% della sonda tipo D), per permettere la misura di parti molto fini o poco pesanti e comunque di parti sensibili ad una maggiore forza di impatto del dardo.
• Sonda tipo G: ad alta forza di impatto, è l' esatto opposto della sonda tipo C, e ha una forza di impatto di circa 9 volte quella della sonda tipo D. Può essere utilizzata per pezzi non sufficientemente lavorati, con una alta rugosità, ma può esprimere la misura solo in Brinell (max circa 650HB).
• Sonda tipo E: da utilizzare per campioni con una elevata durezza, utilizza un dardo al diamante sintetico al posto del solito carburo di tungsteno, può misurare durezze fino a 1050 HV



Misurare la durezza di un metallo con i durometri a rimbalzo è molto comodo in quanto permette di effettuare il test direttamente sui pezzi in lavorazione, anche molto grandi, senza la necessità di portare un campione in laboratorio. Inoltre è possibile effettuare la misura da qualsiasi angolazione e, a seconda della sonda utilizzata, addirittura entro cavità o parti realmente poco accessibili.
Nonostante la comodità di questo tipo di test, è necessario che il campione su cui effettueremo il test risponda a determinate caratteristiche, che dipendono dal tipo di sonda utilizzata:

Non deve presentare una eccessiva rugosità superficiale.
Il provino deve avere un peso e uno spessore idonei.
Il campione deve avere un raggio di curvatura superiore ai 30mm (50mm se si utilizza una sonda di tipo G). In caso contrario è necessario utilizzare gli anelli di supporto. Gli anelli di supporto servono per utilizzare i durometri a rimbalzo all' interno o all' esterno di cilindri o parti sferiche.

Sinergica è in grado di fornire durometri professionali Leeb e durometri analogici shore.