CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 1 CND: Esame radiografico Questa tecnica si basa sul diverso assorbimento che le radiazioni elettromagnetiche penetranti (raggi X) subiscono quando incontrano un difetto nel loro percorso all'interno del materiale. Quando un fascio di onde elettromagnetiche di elevatissima energia fotonica (elevatissima frequenza: MHz) e fortemente ionizzanti (raggi X o raggi gamma), passa attraverso l'oggetto da esaminare, viene assorbito con legge esponenziale in funzione dello spessore e della densità della materia attraversata.

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 2 I raggi X o "gamma" passanti e variamente attenuati impressionano una lastra fotografica posta dietro l'oggetto da esaminare. Lo sviluppo della pellicola produce un'immagine bidimensionale dell'oggetto radiografato. In questa immagine le variazioni di spessore, densità, composizione del pezzo vengono visualizzate come variazioni di densità dell'immagine (in pratica variazioni in una scala di grigio). Radiografia della mano della moglie di Röntgen (1895) CND: Esame radiografico

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 3 Mediante le tecniche radiografiche e gammagrafiche risulta possibile evidenziare discontinuità quali:  porosità;  inclusioni;  soffiature;  cricche;  tarli;  inclusioni di scoria;  mancanza di penetrazione. La valutazione viene eseguita per confronto con immagini dell'oggetto stesso o con standard radiografici prodotti precedentemente. CND: Esame radiografico  Saldatura;  Getti di fusione;  Forgiati;  Strutture;  Semiconduttori.

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 4 Produzione di raggi X  alto vuoto in tubo di vuoto  alta tensione tra catodo e anodo (intenso campo elettrico)  accelerazione degli elettroni (generati al catodo) mediante intenso campo elettrico  collisione con anodo (placca metallica)  trasformazione dell’energia cinetica in radiazioni elettromagnetiche (solo l’1%, il 99% viene dissipato in calore)  l’anodo deve smaltire rapidamente il calore: sistemi di raffreddamento CND: Esame radiografico

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 5 Controlli non distruttivi: tubo di Crookes (Coolidge ) Elevatissima differenza di potenziale dell’ordine di 20 ÷ 200 KV Corrente dell’ordine di qualche mA Catodo (-) Spirale in tungsteno (T f =3410 °C) Anodo (+) Piastra in Tungsteno o molibdeno (T f =2610 °C) Sistema di raffreddamento (99% di Ec) Serve a generare gli elettroni e a focalizzarli per formare una sorgente quasi puntiforme Ne segue maggiore nitidezza dell’immagine

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 6 Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge I = intensità delle radiazioni (roentogen/sec) K = costante dipendente dalla lampada mA = corrente di alimentazione del filamento (mA) kV = tensione tra gli elettrodi (kV) D = distanza dal fuoco ottico n = esponente dipendente dalla tensione (6 ÷ 7) t = tempo di irraggiamento in sec Determina l’esposizione radiografica

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 7 Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge b) Corrente alta a) Corrente media c) Corrente bassa a c b Intensità Lunghezza d’onda λ minλ max Caratteristiche dello spettro di emissione Effetto della corrente di filamento Effetto della tensione

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 8 Controlli non distruttivi: Funzionamento del tubo di Coolidge λ = lunghezza d’onda (1 A = mm) c = velocità della luce ( m/s) f = frequenza

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 9 Esame radiografico: propagazione dei raggi I = intensità delle radiazioni alla distanza x I 0 = intensità iniziale delle radiazioni µ = coefficiente di assorbimento dipendente dal materiale e da λ x = distanza di misura Intensità Distanza x I0I0 Attenuazione dell’intensità: legge esponenziale

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 10 Esame radiografico: caratteristiche dei raggi X Alte tensioni producono raggi a più bassa lunghezza d’onda detti RAGGI DURI Basse tensioni producono raggi a più alta lunghezza d’onda detti RAGGI MOLLI kV La tipologia dei raggi condiziona la qualità dell’immagine > frequenza = > penetrazione

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 11 Una radiografia è una rappresentazione bidimensionale di un oggetto tridimensionale, ne consegue che l'immagine radiografica della maggior parte degli oggetti risulta distorta sia nelle dimensioni che nella forma. Nella radiografia convenzionale la posizione di un difetto presente nel volume del pezzo non può essere determinata mediante una singola esposizione. A volte qualche indicazione può essere dedotta dalla definizione dell'immagine: immagini di difetti situati in prossimità della pellicola risultano meglio definite delle immagini di difetti posizionati vicino alla sorgente. Esame radiografico: posizione del difetto

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 12  Posizione del difetto rispetto al fascio favorevole.  Difficoltà a leggere piccoli difetti (differenza di assorbimento 2%)  Elevati costi di impianto  Elevati costi di funzionamento (personale addestrato)  Pericolosità del funzionamento  Costi requisiti di sicurezza Esame radiografico: caratteristiche della tecnica

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 13 Gammagrafia I raggi gamma sono di natura elettromagnetica ed hanno lunghezza d’onda più breve di quella dei raggi X (maggiore penetrazione, spessori maggiori). Esistono sorgenti di due tipi: Naturali ed Artificiali a) Contenitore della sorgente in Pb (aperture nel contenitore permettono la fuoriuscita dei raggi) b) Pezzo in esame c) Film sensibile

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 14 Gammagrafia Sorgenti radioattive naturali  Radio, (tempo di dimezzamento, per disintegrare la metà degli atomi che lo costituiscono, 1622 anni).  Radon (tempo di dimezzamento ca. 93 ore)  Mesotorio. Tutti e tre emettono una radiazione dura idonea all'esame di oggetti spessi. Impossibilità di presentarle in dimensioni abbastanza piccole per ottenere intensità adeguate. Non sono quasi più utilizzate. In alcuni paesi ne è vietato l'uso. Sorgenti radioattive artificiali I prodotti radioattivi artificiali si ottengono per fissione o per irraggiamento in un reattore nucleare.

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 15 Raggi gamma: vantaggi Non richiedono né energia elettrica, né sistema di raffreddamento, pertanto sono molto facili da utilizzare. La sorgente è disponibile in diversi diametri: si può dunque utilizzare una sorgente di diametro ridotto quando occorre una distanza tra la sorgente e la pellicola il più ridotta possibile, ad esempio all'interno di un tubo. Alcuni isotopi radioattivi emettono radiazioni con un potere di penetrazione elevatissimo, permettendo così di ottenere radiografie soddisfacenti di pezzi di grande spessore

CND: Radiografia Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Università di Napoli “Federico II” Tecnologia dei materiali e sistemi di lavorazione 16 Raggi gamma: svantaggi Per la maggior parte degli oggetti da esaminare gli isotopi radioattivi più frequentemente utilizzati (Co-60, Ir-192), rispetto ai raggi X danno immagini meno contrastate a causa dell'alta energia di irradiamento. La sola sorgente di raggi gamma che permette di ottenere buone radiografie di oggetti sottili in acciaio è Yb-169, il cui periodo di dimezzamento è relativamente breve. Non è possibile interrompere la radiazione emessa dalle sorgenti radioattive. Esse debbono quindi essere isolate in contenitori di Pb. Per le sorgenti con radiazione molto penetrante e/o intensa, la corazza necessaria può essere molto pesante. L'irraggiamento delle sorgenti radioattive non può essere regolato.