Metodi di indagine non distruttiva: il complesso delle prove radiologiche in uso nel campo dell'industria

Sommario 
In questo testo vengono riportati i procedimenti e le tecniche di controllo radiografico, cioè 
mediante radiazioni penetranti, che vengono normalmente effettuati da molte industrie e 
laboratori di controllo non distruttivo per investigare lo stato di componenti meccanici, la 
qualità di particolari lavorazioni o processi tecnologici, e fornire infine un giudizio di 
accettabilità o meno sul campione in esame. 
La trattazione dell’argomento è principalmente teorica, sono tuttavia riportati molti esempi 
tratti da casi reali; le informazioni qui contenute sono comunque di facile accessibilità anche 
per chi non sia mai entrato in contatto con il campo dei controlli non distruttivi. 
L’intero lavoro è suddiviso in quattro capitoli, il primo dei quali contiene un’introduzione 
generale all’argomento dei controlli non distruttivi (CND): in esso è possibile apprendere 
alcuni concetti base, comuni a tutte le tecniche CND, che risulteranno utili per comprendere il 
resto della trattazione. 
Il secondo capitolo è la parte più corposa del testo e contiene la maggior parte delle 
informazioni relative all’esecuzione di radiografie mediante l’uso di raggi X. Poiché questa è 
appunto la modalità più usata è sviluppata, nel secondo capitolo sono esposti i concetti 
fondamentali della produzione di immagini radiografiche che contengono l’informazione 
circa la qualità del campione investigato (radiografia), nonché la descrizione delle tecniche 
che permettono l’analisi in tempo reale dello stesso campione (radioscopia). 
Nel terzo capitolo è descritto il procedimento radiografico che fa uso di raggi gamma, invece 
che raggi X (gammagrafia). Poiché i metodi di sviluppo delle immagini in gammagrafia sono 
pressoché identici al caso con raggi X, nel capitolo terzo si prende in considerazione solo 
l’aspetto delle sorgenti di raggi gamma e la loro interazione con la materia. 
L’ultima parte tratta invece del meno comune ed ancora in via di sviluppo dei metodi di 
radiografia: quella eseguita con fasci di neutroni, detta neutrografia. Anche in questo caso si 
parla di sorgenti e proprietà dei neutroni, nonché delle potenzialità di questo metodo rispetto 
ai precedenti. Nell’ultimo paragrafo vengono esposti i principi della tomografia ricostruttiva, 
che permette di ottenere rappresentazioni tridimensionali dell’oggetto in esame, facendo uso 
di speciali macchinari, ma sempre eseguita con raggi X, gamma, oppure con neutroni. 
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CAPITOLO I 
Breve introduzione ai CND 
1.1 Definizioni 
Definizione secondo ASNT (American Association for Non Destructive Testing): 
“Il controllo Non Distruttivo è la determinazione delle condizioni fisiche di un oggetto 
realizzata in modo tale da non compromettere le funzionalità per le quali l’oggetto stesso è 
stato costruito” 
Definizione secondo Mc Gonnagle: 
“Applicazione di principi fisici per la rivelazione della presenza di disomogeneità nei 
materiali senza che ne sia compromesso l’utilizzo” 
Punto di vista dell’industria: 
Lo scopo dei controlli non distruttivi è quello di emettere un giudizio di accettazione/rifiuto di 
un materiale o di un componente. 
1.2 Sviluppo dei controlli non distruttivi nella storia 
Le prove non distruttive sono il complesso di esami condotti impiegando metodi che non 
alterano il materiale e non richiedono la distruzione o l’asportazione di anche minimi 
campioni della struttura in esame. Da qui, la definizione di “non distruttive”. 
I risultati delle indagini condotte applicando questi metodi, sono alla base della valutazione 
della qualità di un prodotto, dell’esame dell’integrità strutturale di un componente, per la 
diagnosi e la ricerca delle cause di malfunzionamento di macchinari od impianti. Lo sviluppo 
delle tecniche CND è dovuto essenzialmente ad un fattore economico (sicurezza e garanzia di 
qualità sono “sinonimi” di economia). I CND si sono imposti a tal punto nell’industria che, 
attualmente, i progettisti, nel disegnare i particolari di un prodotto, si basano sul sistema di 
controllo non distruttivo che, durante l’esercizio, dovrà essere attuato. È chiaro che, potendo 
verificare nel tempo la “salute” di un impianto, sia esso nucleare, aeronautico, industriale, 
ecc., le strutture possono essere calcolate con fattori di sicurezza più realistici ed 
economicamente più vantaggiosi. 
I CND permettono, infatti, di scoprire eventuali difetti nelle strutture durante le normali 
operazioni di manutenzione ed evitare i fermi macchina improvvisi “per avaria”. In 
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aeronautica le strutture subiscono sollecitazioni molto gravose e la necessità che queste siano 
anche leggere, fa sì che la struttura stessa non sia progettata per resistere indefinitamente a 
queste sollecitazioni; si ammette, anzi, che la struttura stessa sia destinata ad avere una vita 
utile limitata nel tempo. Di conseguenza, l’esigenza di metodi CND, che siano in grado di 
rilevare ogni possibile indizio di avaria e di seguirla nel suo progredire, si è fatta sempre più 
grande e, nello stesso tempo, la maggiore affidabilità dei CND ha permesso di cambiare i 
criteri di progettazione dal “ SAFE-LIFE” al “DAMAGE-TOLERANCE”. 
Il primo criterio, il “SAFE-LIFE”, presupponeva che la struttura fosse in grado di impedire 
che il danno si verificasse prima che la sua utilizzazione avesse raggiunto un prefissato 
periodo di tempo. L’adozione di questo criterio comportava vantaggi nelle operazioni di 
manutenzione e nella determinazione del livello delle scorte. Gli svantaggi erano dovuti al 
fatto che i componenti dovevano essere sostituiti nonostante la loro perfetta efficienza e che il 
livello delle scorte era ugualmente notevole; inoltre, la probabilità di avere avarie infantili era 
alta per il gran numero di sostituzioni effettuate. Questo principio è ancora usato nei 
particolari in cui non è possibile individuare il danno prima che la resistenza residua del pezzo 
stesso sia ridotta sotto i limiti accettabili. 
Un altro criterio, che tuttora è applicato sugli aeromobili civili e militari, è il “FAIL-SAFE”. 
Secondo questo principio si ammette la possibilità dell’inizio del danno, grazie alla sua 
resistenza residua, nei limiti di sicurezza, sino alla sua scoperta visiva durante le operazioni di 
manutenzione. Con questa filosofia, quindi, una struttura lavora in presenza di un danno 
finché questo non raggiunge dimensioni tali da essere visto dall’operatore. Il vantaggio 
principale è quello dello sfruttamento più esteso dei componenti, contro un aumento di peso 
dovuto alla duplicazione della struttura (ridondanza) e, di conseguenza, ad un incremento dei 
costi. 
Al criterio del “DAMAGE-TOLERANCE” si è arrivati con il progredire della conoscenza sul 
comportamento dei materiali sotto sollecitazione. Conoscendo le leggi della meccanica della 
frattura, si può stabilire, con sufficiente approssimazione, il tempo occorrente perché l’avaria 
si sviluppi completamente e il minimo intervallo di tempo per eseguire le ispezioni 
periodiche, mediante naturalmente opportuni CND, i quali assicurano un determinato 
rilevamento del difetto minimo. Con questa filosofia, infatti, oltre ad avere una struttura con 
un’elevata resistenza residua, si deve avere la possibilità di identificare il danno prima che la 
resistenza sia ridotta al di sotto dei limiti stabiliti. 
In conclusione, i CND sono tecniche che consentono di rilevare discontinuità nel materiale in 
esame o modifiche rispetto ad un “campione originale”, permettendo quindi di tenerne sotto 
osservazione i danni fino al momento in cui si avvicina il limite di sicurezza. I metodi di 
indagine sono molteplici e, solo per esempio, si possono citare la radiografia, gli ultrasuoni, le 
correnti indotte, l’endoscopia, i liquidi penetranti, la magnetoscopia, l’emissione acustica, la 
termografia, l’olografia, l’olografia ultrasonica, la radiografia neutronica e protonica, la 
tecnica a microonde, ecc.. 
1.3 Applicazioni 
I campi di applicazione sono numerosi, ma i principali sono quello industriale, quello medico 
e quello di restauro e conservazione delle opere d’arte. Il campo in cui rientrano gli argomenti 
che saranno trattati in seguito è quello dell’industria in genere, tenendo in considerazione il 
settore specifico dell’aeronautica. 
I controlli non distruttivi nell’industria si applicano in due fasi particolari: la fase produttiva e 
la fase di ispezione in servizio. Ciò significa che i primi impieghi sono già in fase di 
accettazione delle materie prime e dei semilavorati, qualora queste non siano certificate, 
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altrimenti per controllare la qualità di getti, forgiati, estrusi, ecc.. Gli altri impieghi durante la 
fase produttiva riguardano i processi tecnologici: saldature, lavorazioni meccaniche, 
trattamenti termici, trattamenti superficiali, ecc.. 
L’altra fase di impiego dei CND, è quella di ispezione, cioè vengono usati per sorvegliare il 
livello di degrado del pezzo in condizioni di servizio: questo comprende la valutazione di 
corrosione, usura, erosione, danni termici ed eventualità di rotture incipienti. 
In sostanza, come già detto, si tratta di controlli di qualità e di affidabilità di un prodotto dal 
punto di vista della sua integrità fisica. Con essi si possono individuare le discontinuità che 
per tipo, dimensione e orientamento possono comportare una situazione di pericolo durante 
l’impiego del pezzo. Compito dei CND è anche quello di classificare tali discontinuità e 
fornire un’adeguata documentazione, in modo da poter confrontare ispezioni diverse ed avere 
eventualmente prove da esibire in sede legale. 
1.4 Classificazione dei CND 
I controlli non distruttivi possono essere classificati seguendo diversi principi: una prima 
suddivisione può essere in “metodi diretti” e “metodi indiretti”. Nei primi, il risultato è 
visibile ad occhio nudo, e questa categoria comprende la maggior parte delle tecniche 
principali, come radiografia, magnetoscopia e liquidi penetranti; nei secondi rientrano invece 
quei metodi nei quali i difetti sono rilevati solo in seguito ad un’analisi dei dati raccolti. 
Un’altra suddivisione importante è fatta in base al tipo di difetto rilevato, cioè tra tecniche di 
rilevamento di difetti superficiali, oppure volumetrici. Nella prima categoria ricadono 
magnetoscopia, liquidi penetranti, correnti indotte ed esami visivi, mentre nella seconda, 
radiografie, tecniche ad ultrasuoni e termoscopia. 
Un’ulteriore suddivisione si può fare in base al materiale testato; questo perché, ad esempio, 
alcune tecniche si prestano solo per materiali ferromagnetici o conduttori (magnetoscopia, 
correnti indotte), mentre altre si adattano a qualsiasi mezzo, persino liquido (ultrasuoni). 
Si riporta sotto una tabella riassuntiva di classificazione dei principali CND: 
Ultrasuoni Raggi X Correnti indotte Magnetoscopia Liquidi 
penetranti 
Costo medio-alto alto medio-basso medio basso 
strumentazione 
Costo molto basso alto basso basso basso 
consumabili 
Tempo immediato medio immediato basso basso 
necessario per i 
risultati 
Effetti della importante importante importante non molto non molto 
geometria importante importante 
Problemi di importante importante importante importante importante 
accessibilità 
Difetti rilevabili interni interni e superficiali e sub superficiali e sub superficiali 
superficiali 
Sensibilità alta media alta bassa bassa 
Automatizzabile si con difficoltà si quasi nulla quasi nulla 
Dipendenza dal alta media alta solo bassa 
materiale ferromagnetici 
Portabilità alta bassa medio-alta medio-alta alta 
Abilità alta alta media bassa bassa 
dell’operatore 
Tab. 1 
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I mezzi utilizzati per un CND costituiscono un sistema di controllo composto da due 
componenti: 
1) L’elemento penetrante (radiazione penetrante per raggi X e gamma, fascio d’onde 
ultrasoniche per gli ultrasuoni, campo magnetico per le polveri magnetiche, fluido per i 
liquidi penetranti, corrente elettrica per le correnti indotte). 
2) L’elemento rivelatore (pellicole radiografiche per i raggi x o gamma e le moderne CCTV 
con elaboratore digitale, segnale su un tubo a raggi catodici per gli ultrasuoni, polveri 
magnetiche per il metodo magnetoscopico, il rivelatore per i liquidi penetranti, il segnale su 
un tubo a raggi catodici o l’indicazione di uno strumento per le correnti indotte). 
1.5 Classificazione dei difetti 
I difetti tipici che si riscontrano mediante un controllo non distruttivo possono essere 
genericamente classificati in tre grandi categorie: 
Difetti di natura intrinseca: sono introdotti nel materiale base o nel semilavorato durante il 
processo di fabbricazione; 
Difetti di lavorazione: sono causati da lavorazioni o processi tecnologici eseguiti sul pezzo 
nel corso della realizzazione del manufatto (saldature, trattamenti termici ecc.); 
Difetti di esercizio: sono originati dal normale funzionamento del componente durante il suo 
ciclo di vita utile (corrosione, cricche da fatica ecc.). 
Per i materiali metallici i difetti più comuni si presentano sotto forma di cricche, sia in 
superficie che all’interno. In superficie si possono risentire anche gli effetti delle lavorazioni 
alle macchine utensili (rigature, solchi, sbavature, forature imperfette), mentre all’interno si 
possono presentare vuoti, inclusioni non metalliche o accumuli per invecchiamento. La 
presenza di giunzioni, come nel caso di saldature, incollaggi o giunzioni meccaniche, 
comporta ulteriori verifiche di qualità. 
Per quanto riguarda i materiali compositi, si possono avere: 
- Contaminazioni dovute a particelle esterne, come i residui superficiali dei 
preimpregnati; 
- Rotture di fibre o delaminazioni indotte dal taglio degli utensili e nel processo di 
foratura; 
- Delaminazioni o separazioni di strati, dovute a scarsa compattazione; 
- Non uniforme distribuzione di resina, o già nel preimpregnato stesso, o dovuta a flusso 
non uniforme nel processo di polimerizzazione; 
- Disallineamento delle fibre, già nel preimpregnato o a seguito del processo (problema 
particolarmente sentito nel caso del filament winding); 
- Insoddisfacente grado di polimerizzazione, a seguito di improprio ciclo di cura; 
- Ondularità, superfici non piane, presenza di sacche di accumulo di resina; 
- Vuoti dovuti ad aria rimasta intrappolata all’interno del laminato e/o gas sviluppatisi 
durante il ciclo di cura; 
- Dimenticanza di inserire uno strato nel laminato; 
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- Discontinuità o sovrapposizioni di strati, sia in fase di stesura degli strati, sia nelle fasi 
di dimensionamento e taglio delle tele da stendere; 
- Forti disuniformità di spessore nel laminato stesso. 
1.6 Sintesi delle tecniche principali 
Poiché esula dagli obiettivi di questo testo soffermarsi accuratamente su ciascuna diversa 
tecnica di indagine, viene qui riportata una tabella riassuntiva sulle caratteristiche dei sei 
principali metodi di CND. 
Metodo Caratteristica Vantaggi Limiti Esempi di 
rilevata impiego 
Variazioni di Può penetrare elevati Richiede l’uso di un Cricche nelle 
Ultrasuoni 
impedenza acustica spessori, eccellente mezzo accoppiatore, saldature, verifica 
causate dalla per l’individuazione le superfici devono dell’efficienza delle 
presenza di cricche, di cricche, essere non troppo giunzioni 
interfacce, automatizzabile rugose 
inclusioni, ecc. 
Variazioni di densità Versatile in quanto a Occorre adottare Difettosità interna in 
Radiografia 
originate dalla materiali e spessori precauzioni severe semilavorati, 
presenza di vuoti, testabili. La pellicola per le radiazioni. difettosità nelle 
inclusioni, o fornisce una Difficile individuare saldature 
materiali differenti registrazione cricche orientate 
permanente della perpendicolarmente 
prova al fascio 
Caratteristiche Economico, può Può essere impiegato Carta, legno e 
Ispezione visiva 
superficiali quali essere automatizzato solo per difetti metalli solo per 
graffi, cricche o superficiali o su finiture superficiali 
variazioni materiali trasparenti ed uniformità 
cromatiche. 
Corrosione, 
deformazione nei 
materiali plastici 
Variazioni nella Costo moderato Impiego limitato ai Tubi di scambiatori 
Correnti indotte 
conduttività elettrica materiali conduttori. di calore 
causata da cricche, Scarsa capacità di (assottigliamento 
vuoti o inclusioni penetrazione delle pareti o 
cricche) 
Aperture superficiali Poco costoso, facile I difetti devono avere Pale di turbina 
Liquidi 
causate da cricche, da applicare, sbocco sulla (cricche e porosità) 
penetranti 
porosità, ecc. portatile, sensibile a superficie, non 
piccoli difetti applicabile su 
superficiali superfici porose o ad 
elevata porosità 
Variazioni nel Costo medio-basso, Impiego limitato ai Ruote ferroviarie 
Particelle 
campo magnetico sensibile a difetti materiali (cricche), getti 
magnetiche 
causate da difetti superficiali e sub-ferromagnetici. 
superficiali o sub-superficiali Preparazione della 
superficiali quali superficie laboriosa, 
cricche, inclusioni, può richiedere post-
ecc. smagnetizzazione 
Tab. 2 
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