corso - esame radiografico - ita

Fabbricazione, aspetti applicativi

Istituto Italiano della saldaturaENTE MORALE

Esame radiografico (RT)

Esame radiografico


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Introduzione• Il metodo radiografico impiega un

fascio di radiazioni ionizzanti dirette contro il pezzo in esame

• Il pezzo assorbe parte della radiazione incidente in funzione del proprio spessore e della densità locale

• L’assorbimento differenziale delle radiazioni si traduce, sulla pellicola, in differenti gradazioni di grigio

• In alternativa alle tradizionali pellicole sono ormai comunemente utilizzati sistemi di acquisizione delle immagini di tipo elettronico

Esempio di esame RT nel settore avio

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Radiazioni elettromagnetiche• Le onde elettromagnetiche utilizzate in radiografia sono caratterizzate

da alti livelli di energia (bassa lunghezza d’onda)• Si tratta di onde analoghe a quelle che caratterizzano lo spettro

elettromagnetico, anche nella finestra del visibile

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• Il pezzo in esame è interposto tra la sorgente e la pellicola

• Spessori maggiori o zone a maggiore densità hanno maggiore assorbimento radiografico

• L’annerimento della pellicola (densità) dipende dalla dose di radiazioni che l’ha raggiunta

= esposizione maggiore

= esposizione minore

Vista della pellicola

Pellicola

Principi fisici

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Area a minore spessore

Radiazioni molle Radiazioni dure

Principi fisici• L’energia associata ale radiazioni influenza la loro capacità

di penetrazione– radiazioni a maggiore energia (dure) sono in grado di penetrare

spessori maggiori e/o materiali radiologicamente più densi

• L’energia del fascio e la sua intensità devono essere finemente regolate per ottenere una buona qualità radiografica

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• La giacitura delle discontinuità è fondamentale per la sensibilità del controllo

• Ad esempio, una cricca è vista in funzione della variazione di spessore attraversato che determina: maggiore la variazione, maggiore la sua visibilità

• Per giaciture non parallele alla direzione del fascio, la visibilità risulta molto modesta

Inclinazione ottimale

Orientamento delle discontinuità

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10o0o 20o

• Data la criticità dell’angolo tra la direzione dei raggi ed il piano della discontinuità è fondamentale la conoscenza della morfologia delle discontinuità

Orientamento delle discontinuità

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• Le due sorgenti più diffuse sono certamente i radioisotopi (generatori di raggi gamma) e le macchine radiogene (per la generazione di raggi X)

Sorgenti radiogene

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• I raggi gamma sono ottenuti con radioisotopi appunto

• Un radioisotopo è una sostanza nuclearmente instabile, che tende spontaneamente ad evolvere verso uno stato più stabile, caratterizzato da minori livelli di energia

• Per la (cosiddetta) gammagrafiasono utilizzati radioisotopi che generano (anche) raggi gamma per raggiungere una forma stabile

Radioisotopi: raggi gamma

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• La maggior parte dei radioisotopi utilizzati oggi è prodotta artificialmente

• Ciò è possibile sottoponendo il materiale a bombardamanento con neutroni

• Il processo è detto attivazione


Un reattore nucleare

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• A differenza dei raggi X, per i gamma la sorgente non può essere spenta

• Le procedure di incapsulamento delle pastiglie sono estremamente rigorose e mirate a prevenire fughe radioattive


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Radioisotopi: raggi gamma• Le sorgenti incapsulate sono posizionate in contenitori specifici,

opportunamente schermati e dotati di rigorosi dispositivi di sicurezza

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Radioisotopi: raggi gamma• La pastiglia viene movimentata

verso il punto d’esposizione con una guida flessibile cava (guide tube), collegata al contenitore mediante una porta d’uscita

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Radioisotopi: raggi gamma• La movimentazione è possibile grazie

ad un cavo flessibile (drive cable) che porta la pastiglia dentro la guida

• Tale cavo flessibile entra nel contenitore dalla parte opposta rispetto al primo cavo

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Sorgenti radiogene: raggi X• Per la generazione dei raggi X

sono utilizzata vere e proprie macchine radiogene

• Trascurando apparecchiature speciali (come gli acceleratori lineari ed, in genere, le macchine per la produsione di raggi ad altissima energia) si può fare riferimento ai tubi radiogeni, composti in sintesi da:

– il tubo vero e proprio– un generatore di tensione– un quadro di controllo

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Sorgenti radiogene: raggi X• I raggi X sono prodotti attraverso un generatore dotato di un

anodo e di un catodo, cui è applicata un’elevata differenza di potenziale

• Per evitare la formazione di archi elettrici, all’interno del tubo è praticato un adeguato livello di vuoto

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Sorgenti radiogene: raggi X• Gli elementi essenziali per il

funzionamento del tubo radiogeno sono:

• il catodo

• l’anodo

• il filamento

• la coppa focalizatrice

• il target (anticatodo)

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Metodi radiografici• I metodi radiografici

maggiormente diffusi oggi sono– Film Radiography– Digital Radiography (DR)– Computed Radiography (CR)– Real Time Radiography– Computed Tomography (CT)

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Film radiography (radiografia convenzionale)

• E’ il metodo più antico e diffuso• La pellicola contiene una

emulsione microscopica a base di alogenuri d’argento

• Tali composti sono convertiti in argento metallico, dopo trattamento in camera oscura, una volta esposti alle radiazioni

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• Le pellicole sono protette dalla luce, che li impressiona

• Per questa ragione sono utilizzate in apposite confezioni, fatte a cura del radiologo o già predisposte dal costruttore

• In molti casi sono dotate di schermi di rinforzo

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• Il trattamento in camera oscura è analogo a quello effettuato sulle pellicole fotografiche

• Si adottano sistemi di sviluppo manuali o automatici

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Computer radiography• La definizione è riferita ai metodi di acquisizione dell’immagine

radiografica• In queste tecniche non è previsto l’impiego di pellicole ma l’acquisizione

delle immagini in forma digitalizzata mediante• speciali schermi al fosforo oppure• pannelli piani contenenti appositi microsensori

• Non sono previsti trattamenti in camera oscura ed è possibile il trattamento digitale delle immagini

• L’archiviazione risulta enormemente semplificataLe principali applicazioni sono:

– Computed Radiography (CR)– Real-time Radiography (RTR)– Direct Radiographic Imaging (DR)– Computed Tomography (CT)

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Computed Radiography (CR)• E’ una tecnica che prevede l’impiego di speciali

schermi al fosforo

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• I raggi che arrivano sulla superficie dello schermo eccitano i cristalli di fosforo, che permangono in questo stato

Struttura degli schermi al P

Raggi X

Strato al P

Strato protettivo

SubastratoGrani di P

Computed Radiography

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Lo schermo viene quindi scannerizzato e resettato per i successivi impieghi


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Motor

A/D

Converter

Imaging Plate

Optical Scanner Photo-multiplier Tube

110010010010110

Laser Beam

• Lo scanner è uno scanner laser• Quando i cristalli sono colpiti da raggi laser emettono luce nel visibile in

funzione della dose di radiazione assorbita• Quindi, il segnale luminoso analogico viene convertito in digitale


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• Le immagini digitalizzate sono quindi inviate ad un software dedicato per la loro elaborazione, interpretazione ed archiviazione.


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Computed Radiography: esempi

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Real time radiography• Real-Time Radiography (RTR) è la definizione utilizzata per quei

sistemi radiografici che consentono l’acquisizione e la visione in tempo reale di immagini elettroniche

• Attreverso la movimentazione dei pezzi, dato che l’acquisizione è quasi istantanea, è possibile ottenere immagini di varie viste

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• L’equipaggiamentominimo prevede• tubo radiogeno• intensificatore di

immagine• camera

Real time radiography

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Real time radiography• L’intesificatore di immagine è

un dispositivo che converte in segnale luminoso la radiazione che lo attraversa

• Il principio su cui si basa è quello della fluorescenza

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• Il segnale luminoso in uscita è raccolto da una speciale camera ad alta sensibilitàposta in prossimità dell’intensificatore

• Alla camera è collegato un monitorche rende visibile l’immagine

• Nel caso sia previsto un sistema di movimentazione del pezzo, è possibile gestirlo via computer


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Confronto tra radiografia classica e Real-Time Radiography

Nella radiografia real-time, le aree più chiare corrisondono ad una maggiore dose di radiazioni

Nella radiografia classica, le aree più scurecorrisondono ad una maggiore dose di radiazioni


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• La Direct radiography (DR) è una tecnica speciale che utilizza particolari schermi piatti

• La radiazione proveniente dal pezzo viene convertita dal pannello in cariche elettriche

• Gli schermi contengono numerosi capacitori microelettronici, il cui segnale in uscita è convertito in altrettanti pixel per formare l’immagine finale

Direct radiography

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• Si tratta di un sistema di ispezione real-time che prevede un dispositivo di movimentazione dei pezzi ed un sistema elettronico di acquisizione ed elaborazione delle immagini

Tomografia computerizzata (CT)

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• Componendo varie esposizioni immagini radiografiche è possibile dare luogo ad una sola rappresentazione a 2D

• A loro volta, le rappresentazioni a 2D possono essere elaborate per dar luogo a rappresentazioni a 3D

Real-TimeCaptures

Compiled 2-DImages

Compiled 3-D Structure

Tomografia computerizzata

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Qualità dell’immagine• La qualità dell’immagine è un

aspetto critico per assicurare il corretto svolgimento delle indagini

• La sensibilità radiografica(concetto del tutto generale) viene comprovata con l’impiego di appositi IQI

• In funzione del tipo di semilavorato, della tradizione tecnica e degli standard di riferimento esistono numerosi tipi di IQI

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Qualità dell’immagine• Di norma, quando possibile, gli IQI devono essere

posizionati lato sorgente• La qualità dell’immagine è associata al dettaglio (filo, foro

ad esempio) più piccolo individuabile sull’IQI

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Qualità dell’immagine: IQI EN 462-1

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Designazione Materiale Numerod’ordine

Diametri Applicazione

W 1 3.20W 2 2.50W 3 2.00

W 1 FE W 4 1.60W 5 1.25W 6 1.00W 7 0.80W 6 1.00W 7 0.80W 8 0.63

W 6 FE W 9 0.50W 10 0.40W 11 0.32

Acciaio a W 12 0.25 Materialibasso tenore W 10 0.40 ferrosi

di lega W 11 0.32W 12 0.25

W 10 FE W 13 0.20W 14 0.16W 15 0.125W 16 0.100W 13 0.20W 14 0.16W 15 0.125

W 13 FE W 16 0.100W 17 0.080W 18 0.063W 19 0.050


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Qualità dell’immagine: IQI ASTM (primi tre)

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21 0.0820 0.10

ASTM A 19 0.12718 0.1617 0.2016 0.25416 0.25415 0.33

ASTM B 14 0.40613 0.51

Acciaio a 12 0.635basso tenore 11 0.81 Materiali

di lega 11 0.81 ferrosi10 1.00

ASTM C 9 1.278 1.607 2.006 2.546 2.545 3.20

ASTM D 4 5.063 5.082 6.351 8.13

Qualità dell’immagine: IQI ASTM

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H1 0.125H2 0.160

H1 H3 0.200H4 0.250H5 0.320H6 0.400H5 0.320H6 0.400

H5 H7 0.500H8 0.630

Acciaio a H9 0.800basso tenore H10 1.000 Materiali

di lega H9 0.800 ferrosiH10 1.000

H9 H11 1.250H12 1.600H13 2.000H14 2.500H13 2.000H14 2.500

H13 H15 3.200H16 4.000H17 5.000H18 6.300


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Qualità dell’immagine: IQI hole type (steel)

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Qualità dell’immagine: IQI hole type (aluminum)

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Designazione Spessore Foro 1T Foro 2T Foro 4T5 0.005 0.010 0.020 0.0407 0.0075 0.010 0.020 0.040

10 0.010 0.010 0.020 0.04012 0.0125 0.0125 0.025 0.05015 0.015 0.015 0.030 0.06017 0.017 0.017 0.035 0.07020 0.020 0.020 0.040 0.08025 0.025 0.025 0.050 0.08030 0.030 0.030 0.060 0.12035 0.035 0.035 0.070 0.14040 0.040 0.040 0.080 0.16045 0.045 0.045 0.090 0.18050 0.050 0.050 0.100 0.200

Qualità dell’immagine: IQI hole type (steel)

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Esempi di esame radiografico

Esame radiografico


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• Tecnica applicabile a numerosissimi materiali

• Consente l’ispezione di componenti anche assemblati

• Ridotta preparazione delle superfici

• Consente di rilevare variazioni di spessore, stati di corrosione, porosità, cricche, variazioni di densità

• Possono essere rilevate discontinuità superficiali come interne

• Fornisce un report permanente

Vantaggi dell’esame radiografico

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• Il metodo risulta oneroso sul piano della gestione della sicurezza

• L’addestramento degli operatori è complesso

• Il pezzo deve essere accessibileda entrambi i lati

• La giacitura della discontinuità è critica

• Non è possibile determinare la profondità delle discontinuità (a meno di tecniche specifiche)

• I costi delle attrezzature sono significativi

Svantaggi dell’esame radiografico

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Slivellamento Slivellamento e LOP

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Insellamento Eccesso di penetrazione

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Incisioni marginali Incisioni al rovescio

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Insellamento al vertice Sfondamento

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Mancanza di pentrazione Inclusioni di scoria

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Inclusioni di scoria Mancanza di fusione

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Incollatura tra passate Porosità

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Nido di porosità Porosità allineata

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Cricche trasversali Cricche longitudinali

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Cricche longitudinali in prima passata Inclusioni di tungsteno

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