Poiché le pressioni del mercato costringono i produttori di tubi a trovare modi per aumentare la produttività pur rispettando rigorosi standard di qualità, la scelta del metodo di ispezione e del sistema di supporto più adatti è più importante che mai. Sebbene molti produttori di tubi si affidino all'ispezione finale, in molti casi utilizzano test a monte del processo produttivo per individuare tempestivamente materiali o processi difettosi. Questo non solo riduce gli scarti, ma anche i costi associati alla gestione dei materiali difettosi. In definitiva, questo approccio si traduce in una maggiore redditività. Per questi motivi, l'aggiunta di un sistema di controlli non distruttivi (CND) a uno stabilimento rappresenta una scelta economicamente vantaggiosa.
Molti fattori – tipo di materiale, diametro, spessore della parete, velocità del processo e metodo di saldatura o formatura del tubo – determinano il test più appropriato. Questi fattori influenzano anche la scelta delle caratteristiche del metodo di ispezione utilizzato.
Il test a correnti parassite (ET) è utilizzato in molte applicazioni per tubazioni. Si tratta di un test relativamente economico, utilizzabile anche su tubazioni a parete sottile, tipicamente fino a 0,250 pollici di spessore. È adatto sia a materiali magnetici che non magnetici.
I sensori o le bobine di prova si dividono in due categorie principali: avvolgenti e tangenziali. Le bobine avvolgenti ispezionano l'intera sezione trasversale del tubo, mentre le bobine tangenziali ispezionano solo l'area saldata.
Le bobine avvolgenti rilevano i difetti nell'intera striscia in ingresso, non solo nella zona di saldatura, e tendono ad essere più efficaci quando si testano dimensioni inferiori a 2 pollici di diametro. Sono inoltre tolleranti alla deriva del tampone. Uno svantaggio principale è che il passaggio della striscia in ingresso attraverso il laminatoio richiede passaggi aggiuntivi e maggiore attenzione per farlo passare attraverso la bobina di prova. Inoltre, se la bobina di prova è troppo stretta rispetto al diametro, una saldatura difettosa può causare l'apertura del tubo, danneggiando la bobina di prova.
Le bobine tangenziali esaminano una piccola porzione della circonferenza del tubo. Nelle applicazioni con tubi di grande diametro, l'utilizzo di bobine tangenziali anziché di bobine avvolgenti generalmente offre un rapporto segnale/rumore migliore (una misura dell'intensità del segnale di prova rispetto a un segnale statico di fondo). Le bobine tangenziali inoltre non richiedono filettature e sono più facili da calibrare al di fuori del laminatoio. Lo svantaggio è che controllano solo la zona di saldatura. Sono adatte per tubi di grande diametro e possono essere utilizzate anche per dimensioni ridotte se la posizione della saldatura è ben controllata.
Entrambi i tipi di bobina possono essere utilizzati per testare la presenza di discontinuità intermittenti. Il test dei difetti, noto anche come test di vuoti o discrepanze, confronta continuamente la saldatura con una porzione adiacente del metallo base ed è sensibile alle piccole variazioni causate dalle discontinuità. Ideale per rilevare difetti di breve durata come fori o saldature di salto, è il metodo principale utilizzato nella maggior parte delle applicazioni dei laminatoi.
Il secondo test, il metodo assoluto, ha rilevato difetti prolissi. Questa forma più semplice di ET richiede all'operatore di bilanciare elettronicamente il sistema su materiali di buona qualità. Oltre a rilevare cambiamenti generali e continui, individua anche variazioni nello spessore della parete.
L'utilizzo di questi due metodi ET non deve essere particolarmente problematico. Se lo strumento ne è dotato, possono essere utilizzati simultaneamente con una singola bobina di prova.
Infine, la posizione fisica del tester è fondamentale. Caratteristiche come la temperatura ambiente e le vibrazioni del laminatoio (trasmesse al tubo) possono influenzare il posizionamento. Posizionare la bobina di prova vicino alla scatola di saldatura fornisce all'operatore informazioni immediate sul processo di saldatura. Tuttavia, potrebbero essere necessari sensori resistenti alle alte temperature o un raffreddamento aggiuntivo. Posizionare la bobina di prova vicino all'estremità del laminatoio può rilevare difetti introdotti dal processo di dimensionamento o sagomatura; tuttavia, vi è una maggiore probabilità di falsi positivi perché questa posizione avvicina il sensore al sistema di taglio, dove è più probabile che rilevi vibrazioni durante il taglio o la tranciatura.
Il controllo a ultrasuoni (UT) utilizza impulsi di energia elettrica convertendoli in energia sonora ad alta frequenza. Queste onde sonore vengono trasmesse al materiale in esame attraverso mezzi come acqua o liquido di raffreddamento. Il suono è direzionale; l'orientamento del sensore determina se il sistema sta cercando difetti o misurando lo spessore della parete. Un insieme di trasduttori può creare il contorno della zona di saldatura. Il metodo UT non è limitato dallo spessore della parete del tubo.
Per utilizzare il processo UT come strumento di misurazione, l'operatore deve orientare il trasduttore in modo che sia perpendicolare al tubo. Le onde sonore entrano nel tubo dalla superficie esterna (OD), rimbalzano sulla superficie interna (ID) e ritornano al trasduttore. Il sistema misura il tempo di volo, ovvero il tempo impiegato da un'onda sonora per viaggiare dalla superficie esterna a quella interna, e converte tale tempo in una misurazione dello spessore. A seconda delle condizioni di lavorazione, questa configurazione può misurare lo spessore della parete con una precisione di ± 0,001 pollici.
Per individuare i difetti del materiale, l'operatore posiziona il trasduttore con un'angolazione obliqua. Le onde sonore entrano dal diametro esterno (OD), si propagano verso il diametro interno (ID), si riflettono verso il diametro esterno e si propagano lungo la parete in questo modo. La discontinuità della saldatura provoca la riflessione dell'onda sonora, che percorre lo stesso tragitto per tornare al sensore, il quale la riconverte in energia elettrica e crea un segnale visivo che indica la posizione del difetto. Il segnale passa anche attraverso il dispositivo di rilevamento difetti, che attiva un allarme per avvisare l'operatore oppure attiva un sistema di verniciatura che contrassegna la posizione del difetto.
I sistemi UT possono utilizzare un singolo trasduttore (o più trasduttori a cristallo singolo) oppure trasduttori a schiera di fase.
I tradizionali test a ultrasuoni utilizzano uno o più trasduttori a cristallo singolo. Il numero di sensori dipende dalla lunghezza prevista del difetto, dalla velocità della linea e da altri requisiti di prova.
I trasduttori a ultrasuoni phased array utilizzano più elementi trasduttori in un unico corpo. Il sistema di controllo gestisce elettronicamente le onde sonore senza riposizionare gli elementi trasduttori per scansionare l'area di saldatura. Il sistema può svolgere diverse attività, come il rilevamento di difetti, la misurazione dello spessore delle pareti e il monitoraggio delle variazioni nella pulizia della zona di saldatura. Queste modalità di ispezione e misurazione possono essere eseguite in modo sostanzialmente simultaneo. È importante sottolineare che l'approccio phased array può tollerare una certa deriva di saldatura poiché l'array può coprire un'area più ampia rispetto ai tradizionali sensori a posizione fissa.
Un terzo metodo di controllo non distruttivo (CND), la dispersione magnetica (MFL), viene utilizzato per ispezionare tubi di grande diametro, a parete spessa e di grado magnetico. È ideale per le applicazioni nel settore petrolifero e del gas.
I dispositivi MFL utilizzano un forte campo magnetico in corrente continua che attraversa un tubo o la parete di un tubo. L'intensità del campo magnetico si avvicina alla saturazione completa, ovvero al punto in cui qualsiasi aumento della forza magnetizzante non si traduce in un aumento significativo della densità di flusso magnetico. Quando le linee di campo magnetico incontrano un difetto nel materiale, la conseguente distorsione del flusso magnetico può causarne l'emanazione o la formazione di bolle dalla superficie.
Una semplice sonda a filo avvolto, fatta passare attraverso un campo magnetico, può rilevare tali bolle. Come accade per altre applicazioni di induzione magnetica, il sistema richiede un movimento relativo tra il materiale in esame e la sonda. Questo movimento si ottiene ruotando il gruppo magnete-sonda attorno alla circonferenza del tubo. Per aumentare la velocità di elaborazione, questa configurazione utilizza sonde aggiuntive (anche in questo caso un unico array) o array multipli.
L'unità MFL rotante è in grado di rilevare difetti longitudinali o trasversali. Le differenze risiedono nell'orientamento delle strutture magnetizzanti e nel design della sonda. In entrambi i casi, il filtro del segnale gestisce il processo di rilevamento dei difetti e la distinzione tra le posizioni interne ed esterne.
MFL è simile a ET e i due si completano a vicenda. ET è adatto per prodotti con spessori di parete inferiori a 0,250 pollici, mentre MFL viene utilizzato per prodotti con spessori di parete superiori a questo valore.
Uno dei vantaggi della microfluidica (MFL) rispetto agli ultrasuoni (UT) è la sua capacità di rilevare difetti non ideali. Ad esempio, la MFL può facilmente rilevare difetti elicoidali. I difetti in tali direzioni oblique possono essere rilevati dagli ultrasuoni, ma richiedono impostazioni specifiche per l'angolo previsto.
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