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Gli strumenti portatili possono ora misurare lo spessore del rivestimento con gli ultrasuoni, rendendo disponibili i controlli non distruttivi per le industrie che utilizzano la tecnologia di polimerizzazione UV/EB. Questo articolo descrive il principio di funzionamento e i vantaggi dei test a ultrasuoni.
Gli spessimetri per rivestimenti che utilizzano tecniche di misurazione a ultrasuoni stanno diventando sempre più popolari nelle industrie che lavorano con substrati rigidi, come legno, plastica e materiali compositi. Questi strumenti supportano o sostituiscono i metodi distruttivi per la misurazione dello spessore dei rivestimenti polimerizzati con raggi UV/EB di spessore superiore a 15 micron (0,5 mil) in diversi settori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, della produzione di prodotti in legno e della finitura industriale.
I rivestimenti hanno diverse funzioni. Alcuni sono progettati per resistere a graffi, abrasioni, umidità e altre sostanze chimiche. Alcuni ripristinano, proteggono, impermeabilizzano e abbelliscono le strutture. Altri sono specificamente formulati per sigillare e riempire i pori e per fornire una texture superficiale esteticamente gradevole.
Perché misurare lo spessore?
I rivestimenti sono progettati per svolgere al meglio la loro funzione quando vengono applicati entro uno stretto intervallo di spessori, come specificato dal produttore. Ciò garantisce prestazioni ottimali del prodotto. Esempi di situazioni in cui la misurazione dello spessore è importante:
La misurazione precisa dello spessore di finitura presenta altri vantaggi, sia per soddisfare i requisiti ISO, di qualità e dei clienti per il controllo dei processi, sia per controllare i costi. Quando le aziende non controllano e verificano la qualità del rivestimento del materiale in entrata, sprecano denaro per rilavorare il prodotto. Controllando le attrezzature di applicazione, si assicura che il rivestimento venga applicato in conformità alle raccomandazioni del produttore. Inoltre, l'applicazione di uno spessore eccessivo del film comporta il rischio di una polimerizzazione incompleta e può ridurre drasticamente l'efficienza complessiva. Infine, un controllo regolare può ridurre il numero di rilavorazioni interne e di resi dei clienti dovuti a difetti di finitura.
Come testare al meglio?
Sui metalli, la verifica dello spessore dei rivestimenti è una prassi comune per il controllo di qualità e l'ispezione. Quando il metallo di base è l'acciaio al carbonio, si utilizza un metodo magnetico. Per gli altri metalli, come il rame e l'alluminio, si utilizzano dispositivi a correnti indotte. Tra questi strumenti portatili si possono scegliere molti modelli. Alcuni hanno la sonda incorporata per misurare con una sola mano superfici di grandi dimensioni. Altri hanno una piccola sonda posta all'estremità di un cavo corto per consentire all'operatore di misurare su parti piccole o su aree difficili da raggiungere. Molti strumenti sono dotati di funzioni opzionali che facilitano il lavoro di misura, come l'esecuzione di calcoli medi e la memoria per scaricare le misure memorizzate su una stampante o un computer.
Per quanto popolari, tuttavia, gli strumenti magnetici e a correnti parassite non possono misurare lo spessore delle finiture su substrati non metallici. Per questo motivo, le industrie hanno utilizzato tecniche alternative per misurare lo spessore, tra cui:
Questi test richiedono tempo, sono difficili da eseguire e sono soggetti all'interpretazione dell'operatore e ad altri errori di misurazione. Per gli applicatori i metodi distruttivi sono poco pratici. Per ottenere un campione statisticamente rappresentativo, potrebbe essere necessario scartare diversi prodotti da un lotto come parte del processo di test distruttivo. Il metodo gravimetrico fornisce una struttura media del film sul pezzo, ma non un profilo dello spessore del film su aree specifiche.
Con l'arrivo degli strumenti a ultrasuoni, molti finitori sono passati all'ispezione non distruttiva dei rivestimenti spessi polimerizzati UV/EB.
Una scoperta a ultrasuoni
I professionisti della qualità conoscono già i vari aspetti delle prove a ultrasuoni, che utilizzano l'energia sonora ad alta frequenza per condurre esami ed effettuare misurazioni. I test a ultrasuoni sono in grado di rilevare e valutare i difetti dei metalli, misurare le dimensioni, accertare la caratterizzazione dei materiali e altro ancora.
La misurazione dello spessore delle pareti è forse il più comune e semplice dei test a ultrasuoni. I calibri di precisione a ultrasuoni per lo spessore delle pareti consentono di misurare rapidamente lo spessore degli oggetti senza dover accedere a entrambi i lati. Per la misurazione del rivestimento, tuttavia, questi calibri non sono ideali. Non hanno una sensibilità sufficiente per misurare lo spessore di fondi acrilici, primer industriali, lacche, finiture UV, vernici in polvere e altri materiali utilizzati su prodotti non metallici.
Il primo strumento portatile progettato specificamente per la misurazione dello spessore del rivestimento è apparso sul mercato 14 anni fa ed è ora alla sua quarta generazione. Utilizza un trasduttore a singolo elemento e tecniche numeriche advanced per filtrare e migliorare gli echi digitalizzati. Gli attuali spessimetri a ultrasuoni per rivestimenti sono semplici da usare, economici e affidabili (Figura 3).
Una tecnica di misurazione del suono
Il test a ultrasuoni funziona inviando una vibrazione a ultrasuoni in un rivestimento utilizzando una sonda (trasduttore) con l'assistenza di un accoppiatore applicato alla superficie.
La vibrazione attraversa il rivestimento fino a incontrare un materiale con proprietà meccaniche diverse, in genere il substrato o forse un altro strato di rivestimento. La vibrazione, parzialmente riflessa da questa interfaccia, torna al trasduttore. Nel frattempo, una parte della vibrazione trasmessa continua a viaggiare oltre l'interfaccia e subisce ulteriori riflessioni in tutte le interfacce di materiale che incontra (Figura 4).
Poiché potrebbe verificarsi un numero potenzialmente elevato di echi, il calibro è progettato per selezionare l'eco massimo o "più forte" da cui calcolare la misura dello spessore. Anche gli strumenti che misurano i singoli strati in un'applicazione multistrato privilegiano gli echi più forti. L'utente deve semplicemente inserire il numero di strati da misurare, ad esempio tre, e il calibro misura i tre echi più forti. Il calibro ignora gli echi più morbidi dovuti alle imperfezioni del rivestimento e agli strati del substrato.
Precisione di misura
L'accuratezza di qualsiasi misura a ultrasuoni corrisponde direttamente alla velocità del suono della finitura da misurare. Poiché gli strumenti a ultrasuoni misurano il tempo di transito di un impulso ultrasonico, devono essere calibrati per la "velocità del suono" in quel particolare materiale.
Da un punto di vista pratico, i valori di velocità del suono non variano molto tra i materiali di rivestimento UV/EB. Pertanto, gli spessimetri a ultrasuoni per rivestimenti di solito non richiedono alcuna regolazione delle impostazioni di calibrazione di fabbrica.
La misurazione dello spessore del rivestimento a ultrasuoni è oggi una routine di test accettata e affidabile per i rivestimenti polimerizzati con raggi UV/EB. Per verificare la calibrazione del calibro, sono disponibili standard di spessore rivestiti in resina epossidica con certificazione riconducibile alle organizzazioni nazionali di standardizzazione.
Dove il rivestimento incontra il substrato
Un fattore che influenza l'accuratezza e la ripetibilità delle misure a ultrasuoni è il modo in cui questi rivestimenti si interfacciano con il substrato. I prodotti in legno, ad esempio, possono avere superfici sia lisce che ruvide su cui testare lo spessore del rivestimento. La Figura 5 mostra un esempio di legno rivestito. Questa foto, scattata con una risoluzione più elevata di quella che la maggior parte dei test distruttivi sul campo è in grado di ottenere, mostra il confine tra la finitura e il legno. La finitura può sembrare liscia, ma lo spessore può essere incoerente. I substrati di legno sono spesso granulosi, con vari gradi di rugosità superficiale e di penetrazione del primer. Tali porosità e rugosità possono favorire l'adesione, ma aumentano la difficoltà di ottenere misure di spessore ripetibili con qualsiasi mezzo.
I calibri a ultrasuoni sono progettati per calcolare la media di piccole irregolarità per produrre un risultato significativo. Su superfici o substrati particolarmente ruvidi, dove le singole letture potrebbero non sembrare ripetibili, il confronto di una serie di risultati mediati fornisce spesso una ripetibilità accettabile.
Un'eco finale
Un metodo di prova standard per questa tecnologia è descritto in ASTM D6132-04 "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2004, ASTM). In un recente sforzo di aggiornamento di questo standard, otto aziende hanno completato uno studio a rotazione in cui una varietà di pannelli di legno rivestiti sono stati misurati a ultrasuoni. I pannelli includevano rivestimenti a polimerizzazione UV su hickory e acero. I risultati, che saranno pubblicati nel corso dell'anno, mostrano una buona ripetibilità e riproducibilità con piccole deviazioni standard .
È ora possibile effettuare misure di spessore rapide e non distruttive su materiali che in precedenza richiedevano test distruttivi, analisi di laboratorio o costose apparecchiature non distruttive. Questa nuova tecnologia migliora la coerenza e la produttività della sala di finitura. Le potenziali riduzioni dei costi includono:
Oggi questi strumenti sono semplici da utilizzare, economici e affidabili.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex presidente di DeFelsko Corporation, un'azienda di New York produttrice di strumenti di prova portatili per rivestimenti venduti in tutto il mondo. Laureato in ingegneria civile, ha maturato oltre 25 anni di esperienza nella progettazione, produzione e commercializzazione di questi strumenti di prova in diversi settori internazionali, tra cui la verniciatura industriale, l'ispezione della qualità e la produzione. Ha condotto seminari di formazione ed è stato membro attivo di varie organizzazioni tra cui NACE, SSPC, ASTM e ISO.
