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La ferrite è una modifica cubica centrata dello spazio del ferro (α-Fe) presente in determinati tipi di acciaio, soprattutto negli acciai inossidabili duplex e austenitico-ferritici. La ferrite è magnetica e si caratterizza per l'elevata resistenza alla corrosione e la robustezza. Le proprietà di un acciaio dipendono fortemente dal rapporto tra ferrite e austenite. Un contenuto equilibrato di ferrite può, ad esempio, migliorare la resistenza alla corrosione sotto tensione e la saldabilità.
La misurazione precisa del contenuto di ferrite è fondamentale perché:
I misuratori del contenuto di ferrite funzionano solitamente secondo i metodi magnetico-induttivi o ferromagnetici. Questi sono i due principi principali:
Metodo magnetico-induttivo
Un campo magnetico è generato da una bobina. Se in questo campo è presente un materiale di ferrite, la sua induttanza cambia. La variazione dell'induttanza è direttamente correlata alla permeabilità magnetica e quindi al contenuto di ferrite. I dispositivi misurano questa deviazione e la utilizzano per calcolare il contenuto di ferrite in numeri di ferrite (FN) o in percentuale.
Saturazione magnetica
Alcuni misuratori di ferrite sfruttano la proprietà dei componenti in ferrite di essere magnetizzati in saturazione. Il flusso magnetico causato dalla ferrite viene misurato e convertito in contenuto di ferrite.
Nella saldatura di acciai duplex e austenitici, il controllo del contenuto di ferrite nella zona termicamente alterata (ZTA) e nel cordone di saldatura è di fondamentale importanza. Entrambi i gruppi di materiali dipendono da un rapporto equilibrato dei loro componenti microstrutturali per mantenere le loro proprietà speciali, come la resistenza alla corrosione, la tenacità e la forza.
Durante la saldatura, tuttavia, le microstrutture cambiano a causa dell'apporto di calore. Se il contenuto di ferrite è troppo alto o troppo basso dopo la saldatura, può verificarsi un cedimento del materiale, ad esempio per frattura fragile, cricca o ridotta resistenza alla corrosione.
Utilizzo di misuratori del contenuto di ferrite
Dopo la saldatura, i cordoni di saldatura e le zone limitrofe vengono esaminati con misuratori del contenuto di ferrite. La misurazione viene effettuata mediante contatto con una testa di sonda posta direttamente sulla superficie della saldatura. La misurazione è:
I misuratori di ferrite visualizzano il contenuto di ferrite direttamente in numeri di ferrite (FN) o in percentuale, spesso con la possibilità di salvare e documentare i valori misurati.
Requisiti particolarmente severi si applicano a settori come l'industria alimentare, l'industria chimica di processo e l'industria farmaceutica:
Gli acciai inossidabili come l'AISI 304, il 316L o gli acciai duplex sono spesso utilizzati perché sono inerti a molte sostanze. Tuttavia, le loro proprietà protettive dipendono in larga misura dall'esatta microstruttura e quindi dal contenuto di ferrite nel materiale.
Ruolo del contenuto di ferrite nella qualità dell'acciaio inossidabile
Il contenuto di ferrite ha un'influenza significativa sulla resistenza alla corrosione e sulla microstruttura degli acciai inossidabili utilizzati:
Uso dei misuratori del contenuto di ferrite nel controllo di qualità
I misuratori di ferrite sono utilizzati nei seguenti punti di prova nella lavorazione industriale dell'acciaio inossidabile:
Controllo del contenuto di ferrite nei semilavorati o nelle lamiere di acciaio inossidabile consegnati per rilevare le deviazioni dalle specifiche.
Rilevamento di trasformazioni ferritiche dopo processi di formatura, piegatura o saldatura.
Documentazione della struttura del materiale, in particolare per i componenti del sistema di alta qualità come reattori, serbatoi, valvole o tubazioni.
Verificare se si sono verificati cambiamenti indesiderati nella struttura, ad esempio durante il trattamento termico, l'autoclave o la sterilizzazione a vapore caldo.
Luoghi e oggetti di misura tipici
La misurazione viene eseguita in modo non distruttivo, di solito in punti specifici o in uno schema a griglia lungo le zone critiche. I moderni misuratori del contenuto di ferrite offrono un'elevata riproducibilità e sono appositamente progettati per luoghi sensibili dal punto di vista igienico (alloggiamento robusto, facilità di pulizia, funzionamento con una sola mano).
Le installazioni offshore, come le piattaforme petrolifere e del gas, le turbine eoliche o i tubi di trasporto, così come le moderne costruzioni navali, devono far fronte a requisiti estremi in termini di materiali. I componenti utilizzati sono permanentemente esposti a sostanze aggressive, ad esempio:
Per resistere a queste influenze a lungo termine, vengono spesso utilizzati acciai inossidabili (ad esempio acciai duplex, super duplex, acciai austenitici al CrNiMo) con elevati requisiti di resistenza alla corrosione e alle cricche. Il contenuto di ferrite gioca un ruolo decisivo in questo caso. Il corretto contenuto di ferrite contribuisce alla resistenza del materiale alla corrosione e alle cricche:
Un contenuto di ferrite troppo basso, ad esempio a causa di un'eccessiva formazione di austenite nei cordoni di saldatura, può aumentare la suscettibilità, soprattutto con mezzi contenenti cloruro.
Se il contenuto di ferrite è troppo elevato, la stabilità elettrochimica locale può diminuire e, in combinazione con l'acqua di mare, può portare alla corrosione del materiale.
Un giunto saldato controllato con un contenuto di ferrite definito è particolarmente importante per le penetrazioni nelle pareti, le flange, le connessioni ai serbatoi o le strutture di copertura.
Applicazioni tipiche dei misuratori di ferrite
I misuratori del contenuto di ferrite sono utilizzati nei seguenti settori:
Soprattutto per i collegamenti esposti a variazioni di carico termico o meccanico.
Questi componenti non devono essere deformati o corrosi da difetti strutturali non rilevati.
Come parapetti, telai di macchine, punti di ancoraggio e sistemi idraulici, sia per la produzione a terra che per la manutenzione in mare.
In mare: i dispositivi mobili di misurazione della ferrite consentono l'ispezione immediata delle saldature di riparazione.
L'industria aerospaziale pone requisiti eccezionalmente elevati in termini di purezza dei materiali, forza, affidabilità e resistenza alla corrosione. Anche le più piccole modifiche strutturali possono avere un impatto significativo sulla capacità di carico, sulla durata e sulla sicurezza funzionale dei componenti. Per questo motivo, nella scelta e nella lavorazione degli acciai inossidabili, soprattutto quelli austenitici e duplex, si presta particolare attenzione al contenuto di ferrite.
Importanza del contenuto di ferrite per la tecnologia aerospaziale
La microstruttura dell'acciaio inossidabile è determinante:
Un contenuto troppo elevato di ferrite può causare:
Un contenuto di ferrite troppo basso, invece, può essere causa di danni:
Aree di applicazione tipiche dei misuratori di ferrite nell'industria aerospaziale
ad esempio, supporti del motore, staffe, componenti del serbatoio o tubazioni.
ad esempio, alloggiamenti per sensori, recipienti a pressione o supporti per strumenti in acciaio inossidabile.
soprattutto per i componenti realizzati con acciai speciali legati al CrNiMo con specifiche molto severe.
ad esempio, in prossimità di giroscopi, antenne, sistemi di navigazione o di controllo: in questo caso è necessario garantire un contenuto minimo di ferrite (o la massima non magnetizzabilità).
Al momento dell'acquisto di un dispositivo di questo tipo, occorre tenere conto dei seguenti criteri:
Taratura e conformità agli standard
Dimensioni della sonda e accessibilità
Archiviazione dei dati e interfacce
Robustezza e operatività
Certificati di assistenza, supporto e calibrazione