Analisi critica dei requisiti della norma SAE-AMS-STD 2154

1. Analisi critica dei requisiti di SAE-AMS-STD-2154
“Inspection, Ultrasonic, Wrought Metals, Process for”

2. Analisi critica dei requisiti di SAE-AMS-STD-2154
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
ASTM E2375
AMS-STD2154
ASTM B594
MIL-STD2154
1968 1982
MIL-I-8950B
1998
2004
2004
D
2016
2019
1974
Sequenza temporale

3. Analisi critica dei requisiti di SAE-AMS-STD-2154
Aspetti valutati:
• AMS2154D, para. 5.4.13.1, 6.3.3:
Verifica dinamica e sua valutazione.
• AMS2154D, para. 5.3.1.2, Figura 3 e tabella 7:
Campioni di riferimento con superficie curva.
• AMS2154D, para. 5.4.11, 5.4.2.2:
Copertura delle curve TCG/DAC.
• AMS2154D, para. 5.2.1, Tabella 2:
Requisiti della strumentazione elettronica.
• AMS2154D, para.5.4.12, 6.3.1:
Determinazione dell’index e schema di copertura.
• AMS2154D, para.5.4.16, 5.4.16.2:
Livello di riferimento primario e livello di valutazione.
• AMS2154D, tabella 6:
Classe di qualità AAA

4. Verifica dinamica e sua valutazione
Quando possibile, è necessario effettuare una verifica dinamica per determinare le velocità di scansione operativa, la
frequenza di ripetizione degli impulsi, e gli incrementi dell’index, per garantire che il sistema di allarme o di
acquisizione dati sia in grado di rilevare tutti i difetti rigettabili in queste condizioni operative.
Il requisito descritto dalla specifica:
- Non definisce un criterio di accettabilità (in quale caso una
verifica dinamica può considerarsi riuscita?)
- In apparenza non sembrerebbe sempre necessaria, ma durante
gli audit Nadcap ho sempre eseguito le verifiche dinamiche per i
jobaudit eseguiti.
- Inoltre …

5. Verifica dinamica e sua valutazione
Per le ispezioni in cui la misura della larghezza del fascio nella direzione di scansione non può essere eseguita, viene
utilizzato il controllo dinamico di 5.4.13.1 per verificare la copertura adeguata della direzione di scansione. Un
esempio potrebbero essere alcuni sistemi di prova elicoidali per le barre in cui la larghezza del fascio può essere
misurata per la direzione di index, ma la larghezza del fascio nella direzione circonferenziale non è encoderizzata e
non può essere misurata.
Purtroppo, nelle note al para.6:
- Impone la verifica per alcuni tipi di equipaggiamento per i quali
non è possibile la determinazione dell’index sia nel senso di
scansione, sia nel senso di avanzamento.
- In generale quando non è possibile determinare l’index secondo
la procedura descritta al para.5.4.12, la verifica dinamica diventa
obbligatoria

6. Verifica dinamica e sua valutazione
Alcuni esempi: Blocco per la verifica dinamica
Dynamic verification block
Posizione del blocco sul pezzo
Block position on the part
T
X
Impianto in immersione
monocanale a 7 assi (X-Y-Z-T-R-A-B)
- AMS2154 Classe A
- Tipo I
- Scansione T (rotazione della
tavola), index asse X
- DNe=400mm
- ASTM E428 4340-3-0012
(FBH1.2mm, prof. 3.2mm)
- Vmax 300mm/sec
- PRF automatico (minimo 300Hz)
- WP 50mm
- Sonda Ø 6,4mm, 5Mhz
- EBW min. a -6dB 2,2mm
(prof.3,2mm)
- Index 1x1mm

7. Verifica dinamica e sua valutazione
FBH 1,2mm
FBH 1,2mm
BWE
FBH 1,2mm
C-Scan con soglia a -6dB
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
X
(index)
T (scansione)
Dettaglio C-scan
Gate 1 FBH 1,2mm

8. Verifica dinamica e sua valutazione
Alcuni esempi:
Blocco per la verifica dinamica
Dynamic verification block
R
Z
Impianto in immersione monocanale a
6 assi (X-Y-Z-R-A-B)
- AMS2154 Classe AA
- Tipo I
- Scansione R (rotazione della tavola),
index asse Z
- DNe=220mm
- Simulacro con FBH0,8mm
- Vmax 300mm/sec
- PRF automatico (minimo 300Hz)
- WP 25mm
- Sonda Ø 9,5mm, 10Mhz, FCS3"
- EBW min. a -6dB 1,6mm
(prof.6,4mm)
- Index 1x1mm

9. Verifica dinamica e sua valutazione
2 FBH 0,8mm
2 FBH 0,8mm
C-scan soglia a -6dB
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
Gate 1
2 FBH 0,8mm
Dettaglio C-scan
Gate 2
1 FBH 0,8mm
1 FBH 0,8mm
Dettaglio C-scan
1 FBH 0,8mm
C-scan soglia a -6dB
Z
(index)
R (scansione)
Z
(index)
R (scansione)
1 FBH 0,8mm

10. Verifica dinamica e sua valutazione
Possibile criterio di valutazione della riuscita della verifica dinamica:
- Per AMS2631 para. 3.5.5
Quando possibile, una verifica dinamica deve essere effettuata per determinare le velocità di scansione operative,
prf, e index, e per assicurare che il sistema di allarme sia in grado di rilevare tutti i difetti da scartare a queste
condizioni operative. Una verifica dinamica ha successo quando il riflettore di riferimento viene rilevato con la più
piccola larghezza effettiva del fascio un minimo di due volte di due index consecutivi durante la scansione dello
standard di riferimento alla velocità di scansione operativa.
Valutando i casi precedenti …

11. Verifica dinamica e sua valutazione
FBH 1,2mm
C-Scan con soglia a -6dB
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
X
(index)
T (scansione)
4 pixels
3 pixels
Verifica dinamica riuscita

12. Verifica dinamica e sua valutazione
2 FBH 0,8mm
C-scan soglia a -6dB
Paletta di colori
Profondità
Ampiezza
1 FBH 0,8mm
C-scan soglia a -6dB
Z
(index)
R (scansione)
Z
(index)
R (scansione)
4 pixels
5 pixels
Verifica dinamica riuscita
3 pixels
4 pixels
Verifica dinamica riuscita

13. Blocchi di riferimento con superficie curva
Per eseguire l'ispezione a fascio dritto di superfici di ingresso curve su prodotti a forma cilindrica o irregolare, devono
essere utilizzati speciali blocchi di prova ad ultrasuoni, contenenti raggi di curvatura specifici e fori a fondo piatto di
diametro standard. Per l'ispezione di parti con raggi convessi fino a 4 pollici (8 pollici di diametro), possono essere
utilizzati blocchi conformi alla Figura 3. Configurazioni alternative dei blocchi possono essere utilizzate. Per barre
tonde e billette è consigliabile la configurazione standard di riferimento della Tabella 7. Per parti con raggi convessi
oltre i 4 pollici, possono essere utilizzati blocchi piani standard. Fattori di correzione per setup eseguiti su blocchi
piani per l'ispezione di superfici curve fino a 4 pollici di raggio (diametro da 8 pollici) devono essere utilizzate solo se
supportate da dati di prova accettabili per il cliente. La curvatura della superficie d'ingresso delle configurazioni
alternative dei blocchi e del materiale da controllare deve essere tra il ±10%.
I requisiti sembrano molto chiari, ma:
- Costruendo un campione con lo schema di figura 3 non si
dimostra la minima risoluzione superficiale!

14. Blocchi di riferimento con superficie curva
R A D T Min.ris.sup. Tabella 5
0,50" 0,25" 0,20" 1,0" 0,125"
T fino a 1,25": 1/8"
T da 1,25" a 2,5": 1/10T
T da 2,5": 1/10 T o ½"
0,75" 0,375" 0,30" 1,5" 0,150"
1,00" 0,50" 0,425" 2,0" 0,200"
1,25" 0,625" 0,425" 2,5" 0,250"
1,50" 0,75" 0,425" 3,0" 0,300"
R A D T Min.ris.sup. Tabella 5
0,50" 0,25" 0,20" 1,0" 0,125"
T fino a 1,25": 1/8"
T da 1,25" a 2,5": 1/10T
T da 2,5": 1/10 T o ½"
0,75" 0,375" 0,30" 1,5" 0,150"
1,00" 0,50" 0,425" 2,0" 0,200"
1,25" 0,625" 0,425" 2,5" 0,250"
1,50" 0,75" 0,425" 3,0" 0,300"

15. Blocchi di riferimento con superficie curva
Un campione di riferimento costruito secondo la figura 3 potrebbe essere usato
soltanto in combinazione con una serie di campioni di riferimento piani su cui
costruire una curva DAC/TCG completa, compresi i percorsi per la dimostrazione
della minima risoluzione superficiale, corretta con la differenza di sensibilità
ottenuta sui riflettori del campione curvo e quelli piani ed eventuale trasferimento.
Verifica su blocco figura 3
A=1"
B=2"
C=3"
TCG su blocchi piani
Setup finale TCG +4dB
+ eventuale trasferimento
+4dB
Esempio:
Barra DN4", riflettori di riferimento per figura 3 A=1", B=2" e C=3"
Risoluzione superficiale per tabella 5 pari a 1/10T=0,4"

16. In alternativa, la costruzione di un campione di riferimento con l’aggiunta di due
riflettori per la dimostrazione della minima risoluzione superficiale potrebbe essere
una soluzione adeguata già applicata da alcuni Prime internazionali.
Blocchi di riferimento con superficie curva

17. Blocchi di riferimento con superficie curva
La figura 3 è anche parzialmente in contrasto con la tabella 7 dove
la richiesta dei percorsi ultrasonori per dimostrare la minima
risoluzione superficiale è corretta rispetto ai requisiti della tabella 5.
La tabella 7 contrasta anche con il requisito del para.5.3.1.2 che
permette l’uso di blocchi piani per diametri maggiori di 8 pollici.
360° 360°
180°

18. Blocchi di riferimento con superficie curva
La nota della tabella 7 ci ricorda anche che il campione di
riferimento dovrebbe essere realizzato per poter eseguire la verifica
dinamica.

19. Blocchi di riferimento con superficie curva
Esempio di campione di riferimento
adatto alla verifica dinamica su rulliere.

20. Blocchi di riferimento con superficie curva
Esempio di campione di riferimento adatto alla verifica dinamica su
rulliere per ASTM E127-19 con pre-fori, e 4 FBH.
NOTA 1: tutti i fori hanno lo stesso diametro.
FIGURA. X2.1 Configurazione tipica del blocco di riferimento distanza-ampiezza per il controllo ad ultrasuoni di billette metalliche e barre in
leghe metalliche Barre con diametro da 1 a 10 pollici (da 25,4 a 254,0 mm) e capacità di rotazione dinamica per la standardizzazione

21. Copertura dello spessore con curve TCG/DAC
Sembra chiaro che è permesso coprire lo spessore controllato fino al
75%!
La mancata copertura del 100% dello spessore spesso lascia stupiti
ispettori abituati ad usare altri codici internazionali.
Ma abbiamo già visto che ci sono delle incongruenze nella
copertura fra la figura 3 e tabella 7 ….
Aumento dello spessore della parte
Quando si verifica un aumento dello spessore della parte che riduca il percorso ultrasonoro nel campione di
riferimento a meno del 75% dello spessore del materiale in prova, la curva distanza-ampiezza deve essere estesa o
la sensibilità deve essere ristabilita.

22. Copertura dello spessore con curve TCG/DAC
La figura 3 mostra le dimensioni del percorso ultrasonoro del riflettore
di riferimento più lontano (C) che è sempre il 75% del diametro.
Invece la tabella 7 ….
DN "
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0

23. Copertura dello spessore con curve TCG/DAC
La tabella 7 richiede sempre la copertura al 100% secondo le 3
tecniche possibili: per la scansione del diametro intero, del raggio
dalla superficie di ingresso al centro barra o del raggio dal centro
barra al fondo.
Alcuni prime internazionali richiedono già l’estensione della
copertura al 100% dello spessore!
360° 360°
180°
T/2
T-1/8"
T-1/8" oppure
T-1/10T

24. Copertura
Invece il requisito sulla copertura, anche letto con il precedente
requisito del 75% dello spessore risulta incomprensibile …
Quando lo spessore trasversale in una qualsiasi delle direzioni di ispezione supera i 18 pollici, possono
essere necessarie ispezioni addizionali e i requisiti di scansione ultrasonora devono essere stabiliti di comune
accordo tra il reparto NDT e il cliente. Per ispezioni superiori a 456mm di sezione i requisiti di scansione
devono essere stabiliti in accordo con il cliente.
ASTM E127 5/0600 ASTM E127 5/0600
6" 6"
8"
8" 8"
18"
2"

25. Copertura
Forse è meglio avvertire il cliente già da 16" di spessore, e se ne vale
la pena, estendere la copertura con la costruzione di alcuni blocchi
aggiuntivi alla serie ASTM E127, magari con un diametro maggiorato
di 60-70mm.
ASTM E127 5/0600 ASTM E127 5/0600
6" 6"
8" 9"
18"
7" 7"
9"
ASTM E127 5/0700 ASTM E127 5/0700

26. Verifica della Strumentazione elettronica
La seguente tabella 2 riporta i requisiti minimi che deve raggiungere la
strumentazione elettronica.
Per la risoluzione delle superfici di ingresso e di riflessione le note 1, 2 e 3 richiedono
i blocchi ASTM E127 che non hanno i percorsi ultrasonori necessari alla verifica.

27. Verifica della Strumentazione elettronica
I blocchi ASTM E127 permettono la verifica della risoluzione dalla
superficie di ingresso, non della superficie di riflessione.
Il blocco 3/0150 di tabella 2 nota 2/ risulta inutile alla verifica della risoluzione
superficiale, i blocchi 1/0300 di nota 3/ e 2/0300 di nota 1/ serviranno alle verifiche
della sensibilità e del rapporto segnale-rumore.
D=0,75 pollici

28. Verifica della Strumentazione elettronica
Esempio di campione di prova per la verifica della risoluzione
superficiale (ASTM E317 figura 6)

29. Verifica della Strumentazione elettronica
Già dalla revisione C sono stati introdotti alcuni requisiti per la
strumentazione Phased Array, al para.5.2.4.1 per i trasduttori, ma
nessuno per la strumentazione elettronica; vale quindi il seguente
paragrafo.
L'apparecchiatura elettronica, quando utilizzata con i trasduttori appropriati, deve essere in grado di produrre
frequenze di prova ultrasonora nell'intervallo di almeno 2,25 a 10 MHz e deve essere in grado di soddisfare o
superare i requisiti minimi della Tabella 2 come determinato dalle procedure definite in ASTM E317, o deve essere in
grado di soddisfare i requisiti originali del costruttore. L'apparecchiatura elettronica deve essere verificata dopo
qualsiasi riparazione o sostituzione di parti/componenti che possano influire sulle sue caratteristiche di risposta o
annualmente, a seconda di quale si verifica prima e deve soddisfare i requisiti minimi della Tabella 2. I dati della
valutazione secondo ASTM E317 devono essere conservati.
Che lascia due strade …

30. Verifica della Strumentazione elettronica
Opzione 1.
Uso delle procedure ASTM E317 (la guida ASTM E2491 per strumenti PA non è
citata, ma può essere di aiuto) e criteri di tabella 2:
Requisito AMS2154D tab.2 Strumenti PA portatili con
canale convenzionale e sonde
con array lineare
Strumenti PA in istallazioni fisse
senza canale convenzionale e
sonde dedicate
Linearità e limite orizzontale Si, con blocco V1 Si, con blocco dedicato o
sostituzione 1 sonda e blocco V1
Linearità e limite verticale Si, metodo A (blocco E317 fig.1)
e B (attenuatori calibrati)
Si, metodo A con blocco dedicato o
sostituzione 1 sonda e blocco E317
fig.1
Accurat. regolatori guadagno Si, con attenuatori calibrati No
Risoluzione superficiale* Si, con 3 frequenze e blocco
E317 FIG.7
Si, con sostituzione 3 sonde e blocco
E317 Fig.7 o 1 frequenza e blocco
dedicato
Rapporto segnale-rumore*
Sensibilità ultrasonora*
Si, con 3 frequenze e blocchi
standard E127
Si, con sostituzione 3 sonde e blocco
standard E127 o 1 frequenza e
blocchi dedicat1
*: almeno alle frequenze 2,25-5-10MHz

31. Verifica della Strumentazione elettronica
Opzione 2.
Verifica dei requisiti originali del costruttore:
- È necessario affidarsi al costruttore per l’acquisizione dei dati, il
confronto con quelli originali e per stabilire delle tolleranze.
- Non sempre i costruttori sono propensi a condividere le
procedure e/o le informazioni sulla strumentazione elettronica
- Non sono verifiche ultrasonore, ma verifiche elettroniche
- Costi e tempistiche tutte da verificare!

32. Determinazione dell’indice di scansione
Determinazione dell’indice di scansione (tipo I)
Usare i campioni di riferimento selezionati in 5.4.8 per determinare il massimo indice di scansione come segue:
Utilizzando lo stesso guadagno selezionato in 5.4.9.1, determinare la distanza totale di attraversamento nei blocchi
di prova attraverso cui è ottenuto non meno del 50% della risposta di riferimento primario. L'indice di scansione
massimo usato deve essere dalla metà all'80% della minima distanza determinata (larghezza effettiva del fascio o
EBW).
… è introdotto un nuovo schema di scansione par.6.3 e figura 12
Il requisito per la determinazione dell’index determinato a -6dB
impone un indice di sicurezza dal 50% al 80% del minimo EBW, ma
l’ultima riga rimanda al para.6.3 e figura 12.

33. Schema di copertura per trasduttori focalizzati
Nel capitolo 6, fra le note e i commenti, troviamo il resto del requisito
per la copertura di scansione:
Commento sulla copertura della scansione
La Figura 12 è uno schema di copertura per i trasduttori focalizzati sferici che presenta inaccettabili vuoti di
sotto-ispezione e coperture accettabili, senza alcun vuoto.
Ma sembrerebbe valido solo per sonde focalizzate!

34. Schema di copertura per trasduttori focalizzati
… e in ultima pagina la figura 12 che mette in evidenza il rischio di
vuoti di copertura con un coefficiente di sicurezza dell’80%.

35. Schema di copertura per trasduttori focalizzati
… e una copertura completa con un coefficiente di sicurezza dell’70%.

36. Schema di copertura per trasduttori focalizzati
In definitiva, il requisito non sembra spiegato bene, non si capisce se
un index all’80% del minimo EBW per una sonda piana nelle due
direzioni sia permesso, anche se lascerebbe dei vuoti nella copertura
come mostrato dalla figura 12.
La norma AMS2630 presenta lo stesso schema di copertura ma
impone un coefficiente di sicurezza minimo del 70%; il coefficiente
dell’80% è permesso con la copertura al 100% riducendo l’index nella
direzione di scansione e/o di index. Anche se un index simmetrico è
preferibile per non deformare troppo la forma di eventuali indicazioni
sul c-scan.
Anche la norma AMS2631 e altri Prime internazionali permettono un
coefficiente di sicurezza massimo al 70% del minimo EBW.

37. Livello di riferimento primario
Soltanto nel paragrafo della valutazione delle discontinuità diventa
chiaro che la curva DAC/TCG deve essere costruita sul più piccolo
FBH della classe di qualità applicabile!
Valutare le discontinuità ripristinando prima la sensibilità all'ampiezza dell’80% del limite verticale (o la risposta di
scarto da 5.4.10, 5.4.10.1) su un blocco di prova con diametro del foro uguale al più piccolo accettabile per la classe
applicabile (vedere 5.5.4). Utilizzare un blocco di prova con percorso nel metallo uguale alla profondità della
discontinuità nella parte con la tolleranza specificata nella Tabella 4 oppure utilizzare la curva distanza-ampiezza
stabilita in 5.4.10. Assicurarsi che l'ampiezza del segnale dalla discontinuità sia massimizzata. Le ispezioni in
immersione che utilizzano onde longitudinali potrebbero dover angolare leggermente il fascio per massimizzare il
segnale.

38. Livello di valutazione
Soltanto nel paragrafo della valutazione delle discontinuità lineari è
definito il livello di valutazione delle indicazioni a -6dB DAC/TCG
Stimare la lunghezza delle discontinuità lineari aventi ampiezze di segnale corrette dalla tecnica di trasferimento, che
sono superiori al 30% della risposta di riferimento primaria o al 50% della curva distanza-ampiezza. Posizionare il
trasduttore su una estremità della discontinuità dove l'ampiezza del segnale viene ridotta al 50% della risposta di
riferimento primario o della curva distanza-ampiezza. Spostare il trasduttore verso l'estremità opposta della
discontinuità finché l'ampiezza del segnale viene nuovamente ridotta al 50%. La distanza tra queste due posizioni
indica la lunghezza della discontinuità lineare. Scartare qualsiasi materiale o parte con discontinuità lineari più lunghe
del massimo consentito nella classe applicabile (vedere 5.5.4). I sistemi che utilizzano la registrazione automatica
della posizione possono sottrarre la larghezza del fascio del trasduttore di valutazione alla profondità della
discontinuità dalla lunghezza complessiva.

39. Classe di qualità AAA
MIL-STD-2154: 1982
Il 25% di FBH3/64" (1,2mm) equivale a FBH0,6mm e
Il 10% di FBH3/64" (1,2mm) equivale a FBH 1/64" (0,4mm)

40. Classe di qualità AAA
AMS2154-98: 2005
AMS2154-98: 2010
AMS2154-A: 2012
AMS2154-B: 2017 (è durata 15 giorni)
AMS2154-C: 2017

41. Classe di qualità AAA
AMS2154-D: 2020

42. Classe di qualità AAA
ASTM E2375:2016

43. Classe di qualità AAA
ASTM B594:2019

44. Analisi critica dei requisiti di SAE-AMS-STD-2154
Conclusioni:
La commissione dell’AMS responsabile di questa importante norma internazionale
ha risolto nel tempo alcuni errori clamorosi, come per esempio l’FBH di riferimento
per la difettosità singola nella classe AAA o alla tabella 2 con un impossibile
requisito per il rapporto segnale rumore di 100:1, ma ne rimangono altri ancora
irrisolti, come per esempio la raccomandazione dei blocchi per la verifica della
risoluzione superficiale palesemente sbagliati.
La recente introduzione di nuovi requisiti non spiegati a sufficienza e/o non
correttamente integrati ai vecchi requisiti, hanno creato delle discrepanze che
potrebbero portare a delle difficoltà di interpretazione o peggio a degli errori nelle
procedure di ispezione. Sarebbe opportuna una migliore integrazione degli stessi.
Lo sforzo della commissione per aggiornare la norma alle nuove tecnologie di
controllo rimuovendo requisiti riguardanti strumentazione obsoleta, come i CRT
(tubi a raggi catodici) o gli attenuatori a passi, e aggiungendo la più recente
strumentazione Phased Array, non sembra ancora sufficiente per regolare l’uso di
queste nuove tecnologie.

45. Analisi critica dei requisiti di SAE-AMS-STD-2154
Grazie per la vostra attenzione !
Qualche domanda?