Le radiografie industriali secondo il Codice ASME
Una garanzia per produttore e cliente

1. Scopo e campo di applicazione

La Sezione V, articolo II del codice ASME descrive il metodo radiografico applicabile alla costruzione di componenti in pressione per il controllo di materiali, fusi, saldature. I requisiti della suddetta sezione sono adottati dai fabbricanti quando richiamati dalle specifiche contrattuali o quando imposti da regolamenti e/o norme cogenti. Nella fattispecie le costruzioni saldate, con saldature a piena penetrazione, devono essere controllate col metodo radiografico ad esse applicabile (raggi X o gamma).

Scopo di questo articolo è di illustrare in modo sintetico i contenuti dell'articolo II, al fine di fornire al lettore una panoramica sulle principali prescrizioni del Codice relative all'esame radiografico.

2. Definizioni

Radiazione retrodiffusa. È la radiazione secondaria generata dalle riflessioni multiple del fascio primario contro pareti e oggetti situati dietro l'oggetto da radiografare.

Densità. La densità ottica di una pellicola è il logaritmo decimale del rapporto tra l'intensità del fascio luminoso emesso dal visore (negativoscopio) e quella del fascio emesso dalla pellicola:

Sensibilità. Per sensibilità radiografica si intende convenzionalmente la minima differenza di spessore del materiale in esame percepibile sul radiogramma, valutata nella direzione del fascio primario.

Macchia focale.

• Raggi X. Per macchia focale si intende la proiezione delle dimensioni effettive del fascio di elettroni provenienti dall'anticatodo del tubo radiogeno, sul piano perpendicolare alla direzione di propagazione dei raggi X.
• Raggi gamma. Per macchia focale si intende la dimensione dell'area della pastiglia dell'isotopo radioattivo.

Penombra geometrica. In un'immagine radiografica è definita come l'incapacità di riprodurre fedelmente i bordi di un dato oggetto. Lo stesso termine penombra è anche usato per indicare la distanza minima che ci può essere tra due oggetti radiografati distinguibili ed è quindi una misura della sensibilità o risoluzione dell'immagine. La penombra dipende dalle dimensioni della macchia focale.

Tecniche di esposizione radiografica.

• Tecnica a parete singola. La radiazione attraversa una sola parete della saldatura, che è visibile sulla radiografia per la relativa accettazione.
• Tecnica a parete doppia. La radiazione attraversa due pareti della saldatura. Nella tecnica con visione a parete singola la radiazione attraversa due pareti e solo una saldatura è visibile sulla radiografia; nella tecnica con visione a parete doppia la radiazione attraversa due pareti e sono visibili entrambe le pareti della saldatura.

3. Requisiti procedurali

L'esame radiografico deve essere sempre eseguito in riferimento ad una procedura scritta, che deve contenere almeno le seguenti informazioni:

1. tipo di materiale e campo di spessori da radiografare;
2. isotopo utilizzato (gammagrafia) o massimo voltaggio usato (raggi X);
3. distanza minima sorgente-oggetto,
4. distanza massima dell'oggetto dalla pellicola, misurata a partire dalla superficie dell'oggetto rivolta verso la sorgente;
5. dimensione massima della sorgente (macchia focale);
6. marca della pellicola e designazione;
7. schermi usati.

La predisposizione di una procedura documentata assicura la ripetibilità dell'esame e la sistematicità nella sua applicazione. Peraltro, il soddisfacimento dei requisiti relativi alla densità e alla qualità dell'immagine, specificati nella suddetta procedura, attesta la conformità del metodo utilizzato.

4. Preparazione della superficie

Le saldature. Le irregolarità sulla superficie della saldatura devono essere rimosse su ambo i lati (quando possibile), in modo che la risultante immagine radiografica dovuta a una superficie irregolare non nasconda o venga confusa con l'immagine di eventuali discontinuità del materiale radiografato. La superficie finita di tutti i giunti saldati di testa può essere livellata con il materiale di base o avere una cresta ragionevolmente uniforme, purché il sovrametallo della saldatura non ecceda quello specificato.

La radiazione retrodiffusa. Al fine di limitare l'effetto della radiazione retrodiffusa, nel retro di ogni pellicola, durante ogni esposizione, deve essere attaccata una lettera "B" in piombo, di dimensione minima di 13 mm in altezza e 1,6 mm di spessore, per determinare se la radiazione retrodiffusa ha impressionato la pellicola.

Sistema di identificazione. Per associare la radiografia al componente radiografato, alla saldatura o al singolo cordone di saldatura, deve essere usato un sistema di identificazione permanente. Inoltre deve essere inserito nella radiografia, in modo chiaro e permanente, il logo del costruttore o la ragione sociale, nonché la data di esecuzione della radiografia.

In generale, si opera attribuendo alle saldature un numero identificativo, alle posizioni radiografiche dei numeri sequenziali (p.e. giunto n.x, posizioni n, n+1), e al manufatto un numero del disegno (p.e. numero del disegno d'assieme). Le suddette identificazioni si esplicano tramite l'utilizzo di marcature (numeri o lettere in piombo), applicate sulla saldatura prima dell'esecuzione della radiografia.

Le marcature devono comparire come immagine radiografica sulla pellicola e devono essere disposte sul pezzo, non sulla pellicola. La loro posizione deve essere indicata in modo permanente (p.e. mediante stampigliatura delle posizioni radiografiche a lato cordone) sulla superficie del pezzo da radiografare, quando sia possibile, o su una mappatura, in modo da permettere che l'area radiografata sia rintracciabile sul pezzo.

Indicatori della qualità dell'immagine. Il termine "sensibilità radiografica" si riferisce alla nitidezza con la quale la radiografia mette in risalto le discontinuità nel pezzo radiografato. Per esaminare la sensibilità radiografica si usano i penetrametri. Esistono diversi tipi di penetrametri, anche detti Indicatori della Qualità dell'Immagine (IQI), costituiti dello stesso materiale del pezzo da radiografare o di un materiale radiologicamente simile.

Tra i penetrametri più usati ricordiamo gli IQI a fili, costituiti da una serie di sette fili di diametro diverso; la sensibilità percentuale viene valutata come rapporto tra il diametro del filo più sottile visibile sulla radiografia e lo spessore del pezzo radiografato. Questo tipo di penetrametro viene posto generalmente a cavallo della zona di interesse che deve essere radiografata. La figura 1 mostra un penetrametro a fili prescritto dalle norme ISO.

Un altro tipo di penetrametro molto utilizzato è quello a piastra forata. Esso è composto da una piastrina di spessore "T", dove T è una certa percentuale dello spessore del pezzo da radiografare, con tre fori di diametri T, 2T, 4T: la sensibilità è valutata in base a quale dei tre fori è meglio visibile sull'immagine radiografica. In figura 1 è presentato un penetrametro a piastra forata prescritto dalle norme ASME.

Quando viene fatta una radiografia i penetrametri a piastra forata sono generalmente posti sulla superficie rivolta verso la sorgente di radiazioni e accanto all'area che deve essere radiografata. Se è difficile o impossibile posizionare i penetrametri sul provino essi possono essere posti sulla pellicola. Se il profilo del penetrametro è visibile sulla radiografia e lo spessore del penetrametro è, per esempio, il 2% dello spessore del provino, questo indica che la sensibilità radiografica è almeno del 2 per cento.

L'immagine dei fori o dei fili fornisce un'indicazione sulla chiarezza con la quale un difetto sarà visibile sulla radiografia. Gli IQI standard previsti dall'ASME sono riportati in apposite tabelle.

GLI AUTORI.
L'ingegnere Gianluca Arru è responsabile dei Sistemi Qualità e Sicurezza per la Remosa S.p.A., Cagliari
cell. 328.6878.694
telefono 070.2020.211
g.arru@remosa-valves.com

L'ingegnere Paola Lorrai
è impegnata in un periodo di tirocinio presso la Remosa S.p.A., area Sistemi Qualità e Sicurezza
cell. 328.4868968
telefono 070.280936
plorrai@inwind.it

Scelta e posizionamento degli IQI.

• Materiale. Gli IQI devono essere del materiale specificato nell'apposita normativa (non riportata nel presente articolo) o di materiale con assorbimento di radiazioni minore di quello del materiale radiografato.
• Dimensione. Gli IQI a fori o a fili devono essere come specificato nella tabella T-276 (di cui si riporta un estratto). I criteri per la valutazione degli spessori sui quali sono basati gli IQI sono specificati nella tabella T-276.
• Saldature con sovrametallo. Lo spessore sul quale sono basati gli IQI è lo spessore nominale a parete singola più il sovrametallo stimato, che non deve eccedere il massimo permesso dal codice. Nella scelta degli IQI il piatto o l'anello di sostegno (backing) non deve essere considerato come parte dello spessore. Non è richiesta la misura del sovrametallo.
• Saldature senza sovrametallo. Lo spessore sul quale si basano gli IQI è lo spessore nominale della parete singola. Nella scelta degli IQI il sostegno (backing) non deve essere considerato come parte dello spessore della saldatura.
• IQI lato sorgente. Gli IQI devono essere sistemati sul lato sorgente dalla parte che deve essere esaminata. Quando, a causa della forma del componente o della configurazione della saldatura o della dimensione, non è possibile sistemare gli IQI sul pezzo o sulla saldatura, gli IQI possono essere posizionati in blocchi separati. I blocchi separati devono essere dello stesso materiale o di uno radiologicamente simile rispetto al materiale da radiografare.
• IQI lato pellicola. Quando l'inaccessibilità impedisce di posizionare manualmente gli IQI sul lato sorgente, è possibile posizionarli sul lato pellicola a contato con la parte che deve essere esaminata. In tal caso deve essere posta a contato dell'IQI, o sullo stesso, una lettera di piombo "F"che non deve coprire i fori dell' IQI.
• Posizionamento degli IQI sulle saldature: IQI tipo foro. Gli IQI possono essere posti accanto o sulla saldatura. Il numero di identificazione e, quando usata, la lettera di piombo "F", non devono trovarsi nell'area di interesse, eccezion fatta quando la configurazione geometrica lo impedisca.
• Posizionamento degli IQI sulle saldature: IQI tipo filo. Gli IQI devono essere posizionati sulla saldatura in modo che la lunghezza dei fili sia perpendicolare alla lunghezza della saldatura. Il numero di identificazione e, quando usata, la lettera di piombo "F", non devono essere nell'area di interesse, eccezion fatta nel caso in cui la configurazione geometrica lo impedisca.

5. Visione delle radiografie

Gli apparecchi per la visione delle radiografie devono fornire una illuminazione di fondo tenue, di un'intensità tale da non causare fastidiose riflessioni, ombre, o bagliori sulla radiografia. L'attrezzatura usata per osservare e interpretare le radiografie deve fornire una sorgente di luce variabile sufficiente per la visione degli IQI tipo foro e tipo filo che devono essere visti nell'intervallo di densità specificata. Le condizioni visive devono essere tali che la luce proveniente dal bordo esterno della pellicola o che passa attraverso le zone a bassa densità non debbano interferire con l'interpretazione.

6. La tecnica radiografica

Per l'esecuzione delle radiografie deve essere usata, quando possibile, la tecnica a parete-singola. Quando non è possibile usare tale tecnica deve essere usata quella a parete-doppia. Per dimostrare che è stato radiografata tutta l'area di interesse, deve essere fatto un adeguato numero di esposizioni.

A titolo di esempio si riportano alcuni esempi di configurazioni relative alla tecnica a parete-singola. La configurazione A illustra una tecnica a parete-singola con la visione radiografica a parete singola. Il posizionamento degli IQI può essere fatto sul lato sorgente o sul lato pellicola. Il posizionamento delle marcature può essere fatto da ambo i lati. La configurazione B illustra una tecnica a parete-singola con visione radiografica a parete singola. Il posizionamento degli IQI può essere su entrambi i lati come nella configurazione A.

Quando non è possibile usare la tecnica a parete-singola si deve usare una delle seguenti tecniche a parete-doppia, con visione a parete singola o doppia.

La configurazione D rappresenta una tecnica a parete-doppia con visione radiografica di una sola parete. Gli IQI possono essere su ambo i lati come nella configurazione A.

La configurazione F illustra una tecnica di esposizione a parete-doppia con la visione radiografica di entrambe le pareti della saldatura (doppia parete). Gli IQI devono essere posti sul lato sorgente. Il posizionamento delle marcature può essere fatto su entrambe i lati.

La penombra geometrica di una radiografia deve essere determinata con la seguente formula:

dove Ug = penombra geometrica,
F = dimensione lineare della sorgente;
D = distanza tra la sorgente radiante e la saldatura o l'oggetto radiografato, in pollici,
d = distanza dalla saldatura (misurata dal lato sorgente) alla pellicola, in pollici,
O = oggetto da radiografare,
A = contorno dell'oggetto,
C = immagine sul piano della radiografia.

7. Valutazione

Qualità della radiografia. Le pellicole radiografiche devono essere esenti da difetti meccanici, chimici o altro in modo da non nascondere, o essere confusi, con l'immagine di discontinuità presenti nella zona di interesse dell'oggetto radiografato. Tra i difetti si possono ricordare:

1. annebbiamento;
2. difetti di processo come rigature, filigrane, macchie chimiche;
3. graffi, impronte delle dita, sporcizia, macchie statiche, sfumature o gocce;
4. false indicazioni date da difetti dello schermo.

Densità radiografica. La densità della pellicola trasmessa attraverso l'immagine radiografica degli IQI a foro o a filo, nell'area di interesse, deve essere almeno di 1,8 per radiografia fatta con sorgente a raggi X e 2,0 per radiografia fatta con sorgente a raggi gamma.

Per la visione di pellicole a esposizione multipla, ogni pellicola che compone la serie deve avere una densità minima di 1,3. La massima densità deve essere di 4,0 sia per l'esposizione singola sia per la serie composta. È consentita una tolleranza di 0,05 nella lettura delle densità.

Requisiti di sensibilità degli IQI. La radiografia deve essere eseguita con una tecnica di sensibilità tale da mostrare l'immagine dei fori 2T degli IQI a foro, o i fili degli IQI a filo. Nella radiografia devono inoltre essere presenti i numeri e le lettere di identificazione degli IQI. Se nella tecnica delle esposizioni multiple, l'immagine dei fori 2T degli IQI a foro o i fili degli IQI a filo non sono presenti su ciascuna pellicola, ma sono presenti nell'immagine complessiva, l'interpretazione deve essere eseguita solo attraverso la visione di quest'ultima.

Eccesso di radiazioni retrodiffuse. Se sullo sfondo annerito di una radiografia appare un'immagine chiara della lettera "B" di piombo, la protezione per le radiazioni retrodiffuse non è stata sufficiente e la radiografia è da considerarsi inaccettabile. Un'immagine nera della lettera "B" su uno sfondo chiaro non è causa di eliminazione. Limitazioni della penombra geometrica. La penombra geometrica di una radiografia non deve oltrepassare i seguenti valori:

Lo spessore del materiale è quello utilizzato per la scelta degli IQI.

8. Esame della radiografia a cura del costruttore

Il costruttore è responsabile del riesame, dell'interpretazione, della valutazione e dell'accettabilità della radiografia per assicurare la conformità con i requisiti dell'articolo 2 del Codice.

La documentazione (modulistica) relativa ai dettagli della tecnica radiografica adottata e al riesame delle radiografie deve accompagnare le stesse. L'accettazione deve essere completata prima della presentazione della radiografia al cliente e deve essere accompagnata dalla documentazione suddetta.

9. Documentazione

Documentazione e dettagli della tecnica radiografica. Il costruttore deve preparare e documentare i dettagli della tecnica radiografica adottata. Devono essere fornite le seguenti informazioni:

1. numero di identificazione, per esempio, numero di commessa, del contratto, numero di colata (se applicabile),
2. la mappatura (se usata) del posizionamento delle marcature,
3. numero di esposizioni radiografiche (numero di pellicole usate per radiografare una saldatura di data lunghezza),
4. voltaggio usato per la produzione dei raggi X o tipo di isotopo usato,
5. dimensione della macchia focale (Rx) o dimensione fisica dell'isotopo sorgente,
6. tipo di materiale base e spessore, spessore della saldatura e spessore del rinforzo della saldatura,
7. minima distanza sorgente-oggetto,
8. massima distanza, misurata dal lato sorgente, dell'oggetto dalla pellicola,
9. produttore e designazione della pellicola,
10. numero di pellicole (pellicola singola o doppia),
11. esposizione a singola o doppia parete,
12. visione a singola o doppia parete.

Modulo di revisione radiografica. Il costruttore deve presentare un modulo di riesame della radiografia, che deve contenere almeno le seguenti informazioni:

1. lista di ogni posizione radiografica,
2. le informazioni richieste nel precedente paragrafo, incluse o richiamate,
3. valutazione e disposizione dei materiali o della saldatura esaminata,
4. nome del rappresentante del costruttore che ha accettato le radiografie,
5. data della valutazione delle radiografie eseguita del produttore.

10. Conclusioni

Le commesse che un costruttore di serbatoi in pressione può acquisire in diverse parti del mondo impongono l'esecuzione dei controlli radiografici quasi sempre in accordo al codice ASME, universalmente riconosciuto.

Il vantaggio che il costruttore può trarre dalla applicazione del codice consiste sostanzialmente nella prescrizione agli addetti all'esame radiografico degli strumenti operativi da adottare per la sua esecuzione, rendendo sistematico e ripetibile tale esame tramite la codifica della tecnica radiografica e dei criteri per la valutazione della qualità di una radiografia.

Rispettando le suddette prescrizioni il costruttore si trova infatti nella condizione di poter presentare al cliente i risultati di una radiografia, con la sicurezza di vedere accettati tali risultati senza la riserva dipendente dall'interpretazione soggettiva.

Gianluca Arru
Paola Lorrai