Analisi e simulazione
Valutazione della vita residua di componenti saldati in presenza di difetti
Come è noto negli acciai al carbonio o basso legati la presenza di un difetto di 1,2 mm può degenerare in cricca quando la struttura, ove è presente il difetto, è sottoposta a sollecitazione. La velocità di crescita della discontinuità dipende ovviamente dalla temperatura di esercizio del componente e dalla presenza di cicli di carico variabili nel tempo. Nasce quindi l'esigenza di monitorare la crescita del difetto e contestualmente di determinare la vita residua del componente specie in quei casi dove l'intervallo di tempo, tra una fermata impianto e la successiva, è di diversi mesi.
A questo riguardo la NDE da oltre un decennio ha sviluppato una considerevole esperienza nella meccanica della frattura con particolare riguardo alla caratterizzazione della discontinuità, con tecniche di controllo non distruttivo, e nella modellizzazione della crescita del difetto mediante analisi agli elementi finiti. Tale approccio ha permesso la determinazione della vita residua del componente a tutto vantaggio di una migliore politica di fermo impianto per consentire l'eliminazione del difetto; ulteriori vantaggi devono essere ascritti ad una maggiore affidabilità del componente e/o alla determinazione delle condizioni in cui la struttura deve essere esercita (pressione, temperatura, cicli di carico) per garantire una durata minima prefissata senza incorrere nel collasso strutturale. La metodologia sviluppata consente l'analisi di difetti presenti sia sul materiale base che in zona fusa o in zona termicamente alterata.
Valutazione del grado di invecchiamento degli acciai e valutazione non distruttiva delle proprietà meccaniche
Come è noto il fenomeno dell'invecchiamento è dovuto alla presenza di elementi in sovrasaturazione che nel corso degli anni migrano all'interno della matrice metallica provocando la deformazione della struttura cristallina. Tale fenomeno comporta una riduzione del carico unitario di rottura e della resilienza. A questo proposito è stata sviluppata una metodologia non distruttiva che consente di valutare la variazione delle proprietà meccaniche dell'elemento esaminato per confronto. Più in particolare il metodo consiste nel prelievo di carote da sottoporre ad un successivo esame metallografico ed ultrasonoro (tecnica degli echi multipli). L'esame metallografico viene mirato alla determinazione della dimensione del grano ed alla valutazione dei precipitati, oltre all'individuazione di eventuali microcavità (mediante microscopio elettronico a scansione - SEM) al bordo del grano. Causa una diversa velocità di migrazione degli elementi in sovrasaturazione, tra la superficie esterna e le zone interne del materiale, si opera un successivo controllo ultrasonoro per la stima del coefficiente di attenuazione.
Valutazione della vita residua di elementi eserciti in regime di creep
Il fenomeno del creep è stato a lungo studiato seguendo sia un approccio teorico che uno di tipo sperimentale, in quanto molteplici sono le variabili che influenzano, per dato materiale, il suo comportamento ad elevata temperatura. Più complessa è la stima della vita residua di un componente poiché generalmente si possono avere condizioni di esercizio variabili rispetto ai dati di progetto, mal funzionamenti nell'impianto o anche sensibili variazioni nella composizione chimica del materiale. La valutazione viene inoltre eseguita in relazione ai meccanismi che causano il fuori servizio per creep.
Meccanismi di creep:
Frattura transgranulare da creep
Frattura intergranulare da creep
Nucleazioni di cavità
Crescita di cavità
Criteri di valutazione:
Metodo di Naubauer
Criterio di Needleman-Rice
Esami metallografici
L'esame metallografico può essere eseguito sia con tecnica di replicazione che con esame su carota. La prima metodologia, in quanto non distruttiva, viene in generale applicata su più punti utilizzando particolari fogli di acetato di cellulosa in cui si riproduce la morfologia in "negativo" della superficie. In tal modo la replica presenta rilievi in corrispondenza delle cavità superficiali e depressioni in corrispondenza dei precipitati. L'osservazione viene condotta mediante microscopio ottico o microscopio elettronico a scansione (SEM). Quest'ultimo permette di distinguere i dettagli in depressione rispetto al piano della replica (carburi) da quelli in rilievo (cavità). Un ulteriore osservazione può essere condotta mediante microscopio ottico portatile permettendo, in situ, sia di controllare il buon esito della procedura di replicazione (specie quando la replica deve essere analizzata al SEM), sia per segnalare tempestivamente eventuali situazioni di danneggiamento avanzato. Possono infatti essere pre-registrate le micrografie relative alla curva di Naubauer e procedere per sovrapposizione di immagini per una prima valutazione del livello di creep; in relazione al livello di microvuoti o di micro-cricche; l'analisi metallografica può essere spinta per un corretto rilievo della dimensione e numero delle discontinuità presenti, a tutto vantaggio della tempistica di controllo.