Come visto nei numeri di: Finishing Today, febbraio 2008; Materials Performance Magazine, settembre 2004; Quality Digest Magazine, ottobre 2004.
Gli spessimetri per rivestimenti che utilizzano tecniche di misurazione a ultrasuoni stanno diventando sempre più popolari. Essi affiancano o sostituiscono i metodi distruttivi per la misurazione dello spessore dei rivestimenti su legno e prodotti in legno.
I rivestimenti hanno diverse funzioni. Alcune sono progettate per ripristinare, proteggere, impermeabilizzare e abbellire le strutture in legno. Altre sono specificamente formulate per sigillare e riempire i pori e per fornire una texture superficiale esteticamente gradevole. Le finiture penetranti vengono assorbite dal legno e si induriscono per creare una forte barriera protettiva che non si sfalda.
I rivestimenti sono progettati per svolgere al meglio la loro funzione quando vengono applicati entro uno stretto intervallo di spessori, come specificato dal produttore. Ad esempio, le vernici di conversione sono più dure di altri rivestimenti e non dovrebbero essere utilizzate in spessori superiori a 5 mil a secco per evitare crepe o altri difetti di finitura. La lacca alla nitrocellulosa non dovrebbe superare i 3 mm. Uno spessore uniforme è fondamentale quando si applicano gli strati di base della lacca e gli strati di screpolatura per ottenere l'effetto di finitura crepato desiderato.
Sui pannelli di fibra a media densità (MDF), lo spessore della verniciatura a polvere varia in genere da 3 a 9 mil. Di solito, maggiore è lo spessore, più durevole è la finitura. Le specifiche di fabbrica spesso richiedono una tolleranza dichiarata di ±1 mil. Questo livello di qualità non può essere determinato solo dall'aspetto.
La misurazione precisa dello spessore della finitura presenta altri vantaggi. Quando le aziende non controllano e verificano la qualità del rivestimento del materiale in entrata, sprecano denaro per rilavorare il prodotto. Controllando la tecnica di spruzzatura, gli operatori si assicurano che il rivestimento sia applicato in conformità alle raccomandazioni del produttore. Inoltre, l'applicazione di uno spessore eccessivo del film 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.
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.
Poiché questi strumenti non sono in grado di misurare lo spessore delle finiture sul legno, sono state utilizzate tecniche alternative, tra cui:
Questi test richiedono molto 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 in legno da un lotto come parte del processo di test distruttivo.
Con l'arrivo degli strumenti a ultrasuoni, molti finitori sono passati all'ispezione non distruttiva.
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 sul legno.
Il primo strumento portatile progettato specificamente per la misurazione dello spessore del rivestimento è apparso sul mercato 14 anni fa ed è ora giunto alla 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 1).
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, tipicamente il substrato ma forse anche 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 2).
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.
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 utilizzati nell'industria del legno. Pertanto, gli spessimetri a ultrasuoni per verniciatura di solito non richiedono alcuna regolazione delle impostazioni di calibrazione di fabbrica.
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 di legno. La Figura 3 mostra due esempi di legno rivestito. Queste foto, scattate con una risoluzione superiore a quella della maggior parte dei test distruttivi sul campo, mostrano chiaramente 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.
I test a ultrasuoni apportano notevoli vantaggi all'industria del legno. I produttori di mobili, pavimenti e strumenti musicali spesso applicano diversi strati di vernice o materiali di finitura simili. Alcuni processi richiedono la capacità di identificare lo spessore di singoli strati o serie di strati. Se applicato nello spessore sbagliato, lo strato di vernice che abbellisce e protegge una chitarra di alta qualità, ad esempio, può facilmente comprometterne il suono. Una quantità eccessiva di rivestimento può smorzare la risonanza acustica della chitarra; una quantità insufficiente può avere l'effetto inverso.
I produttori di strumenti musicali utilizzano oggi calibri a ultrasuoni per misurare in modo accurato e non distruttivo la vernice dei loro preziosi prodotti. Grazie a questa nuova tecnologia, non solo hanno diminuito l'uso della lacca, ma sono in grado di effettuare misurazioni significative senza interrompere eccessivamente il processo di produzione. Non è necessario scartare il prodotto per misurare lo spessore del rivestimento, e lo spessore sull'intera superficie può essere facilmente misurato per garantire un rivestimento liscio e uniforme. La rilavorazione è ridotta al minimo grazie alla maggiore capacità di controllare il processo di rivestimento.
La misurazione dello spessore del rivestimento a ultrasuoni è oggi una routine di test accettata e affidabile utilizzata nelle industrie del legno. Il metodo di prova standard è descritto nella norma ASTM D6132-04. "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2004, ASTM). Per verificare la calibrazione del calibro, sono disponibili standard di spessore per rivestimenti epossidici con certificazione riconducibile a organizzazioni nazionali di standardizzazione.
È ora possibile effettuare misure di spessore rapide e non distruttive su materiali che in precedenza richiedevano test distruttivi o analisi di laboratorio. 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.
