Aspetti critici decapaggio

GIORNATA AEROSPAZIALE – 21 SETTEMBRE 2016 – PRATICA DI MARE
Aspetti critici del decapaggio nella preparazione delle parti metalliche
prima dell’ispezione con penetranti
© 2016 DARES SRLS UNIPERSONALE - PIAZZA UMBERTO I, 7 – 80032 CASAMARCIANO (NA) 1
Aspetti critici del decapaggio nella preparazione delle
parti metalliche prima dell’ispezione con penetranti
D. Campoli – Leonardo Helicopter Division – Sito di Frosinone
M. Capriolo – AERONDI – Sito di Rivalta (TO)
G. Cavaccini – DARES – Casamarciano (NA)
F. Radaelli – Chemetall Italia – Giussano (MB)
A. Domenella – Fucine Umbre - Terni
Ringraziamenti
Un particolare ringraziamento va agli ispettori Carlo Musella di DEMA e Salvatore
Daniso di TESI, nonché al Livello 3 Alfonso Insogna di MOREGGIA, per la cortese
disponibilità e per l’attività svolta sui propri impianti.

PERCHÉ IL DECAPAGGIO È NECESSARIO – 1

PERCHÉ IL DECAPAGGIO È CRITICO? – 1
INNANZITUTTO:
Il decapaggio, rimuovendo uno strato di materiale, costituisce un
processo ai limiti della definizione di CND
Com’è noto, il decapaggio viene eseguito su superfici cosiddette ‘smeared’:
la traduzione in italiano non è standardizzata; nell’articolo ci si riferisce a ‘superfici disturbate
meccanicamente’, ovvero a superfici su cui azioni meccaniche abrasive o di sfregamento
(lavorazione di macchina, levigatura, lappatura, raschiatura, pallinatura, sabbiatura, sbavatura,
pulizia a vapore ad alta pressione, ecc.)
hanno causato la spalmatura degli strati metallici superficiali o, comunque, ossidi, sporco,
macchie, strie e reazioni chimiche di tali strati.

I cambiamenti metallurgici delle superfici disturbate non impattano
eccessivamente sull’applicazione di altri CND, come, ad es., per ET.
• Per i metalli non ferromagnetici gli accumuli e/o le
depressioni di metallo causati dal disturbo possono
rendere difficoltosa la compensazione del lift-off e
causare indicazioni irrilevanti.
• Per i metalli ferromagnetici la penetrazione delle
correnti parassite è minore, per cui ogni irregolarità
della superficie aumenta la difficoltà di ispezione.
In ogni caso, le superfici disturbate possono generare solo la necessità di
affinamento delle tecniche ispettive e di precauzioni interpretative.

È ovvio, invece, che per le tecniche PT, che pretendono che la superficie delle
discontinuità sia assolutamente libera da ogni ostacolo alla penetrazione del
liquido, le superfici disturbate sono un problema di tutto rilievo che può
arrivare alla invalidazione dell’ispezione.
Il problema più serio:
non si ha modo di predefinire, su una superficie disturbata, quale sia la
probabilità che una discontinuità sia rimasta aperta in superficie
ovvero, non si può prestabilire la sensibilità del processo PT

È per tale motivo che, sostanzialmente tutte le specifiche dei
produttori aeronautici, richiedono, pressoché inderogabilmente, di
rimuovere, prima dei PT, le superfici disturbate.
È stato verificato che la POD di una cricca su una piastra macchinata di
alluminio rivelata con PT fluorescenti è del 90% per una lunghezza …
• Di approssimativamente 10 mm,
• di un ordine di grandezza (e più) inferiore dopo decapaggio

UN PO’ DI TERMINOLOGIA VS. PROCESSI
In genere, col termine ‘decapaggio’ sono indicati almeno tre processi
principali:
• ‘Pickling’, anche traducibile con ‘disossidazione’, comunemente utilizzato per descrivere
processi che rimuovono gli ossidi da superfici ossidate o corrose.
• ‘Etching’, più largamente diffuso nella terminologia dei PT, spesso sinonimo di fresatura
chimica (nei processi di fabbricazione) e di attacco chimico, e comunque più vicino al
termine ‘decapaggio’, utilizzato per processi che rimuovono il metallo base in modo
controllato.
• ‘Descaling’, traducibile anche come ‘decalcificazione’ o ‘disincrostazione’, di solito
utilizzato per processi che rimuovono ossidi, incrostazioni e discolorazioni causate da
trattamento termico o saldatura.

PROBLEMATICHE – GENERALE
È corretto dire che, sostanzialmente:
Tutti i metalli sono inclini ad essere disturbati meccanicamente
da quelli più teneri, come le leghe di alluminio, fino al titanio,
all'acciaio ed alle leghe base nichel quali gli Inconel.
McFaul, Cook, McMaster, Onovalov, Germanovich, Whitehorn, Conrad, Caudill
leghe di alluminio (in particolare 2024, 2014, 7075)
McMaster, Malpani, Cargill, Smith
Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr—6Mo, ANSI 1018, Acciaio 4340, 300M, Inconel 718.
Alcuni di questi studi mostrano, tra l’altro, che la sabbiatura in umido leggera (689 kPa, 406-
457 mm, 30 s) non induce disturbo meccanico, ma anzi favorisce l’evidenziazione di cricche sul
Titanio e sull’Inconel 718.

Il decapante, se il
processo non è
strettamente
regolato e
monitorato
(attacco uniforme
della superficie e
inerzia sulle
caratteristiche
microstrutturali)
può avere effetti
negativi sulle
proprietà
meccaniche e
metallurgiche
della parte.
La presenza di
residui di
sostanze
decapanti, in
particolare
acide, sulla
superficie, se
non rimossi,
può avere
effetti dannosi
sulle prestazioni
del penetrante.
Una buona
prassi deve
stabilire il
minimo
materiale
necessario da
rimuovere, in
modo da
garantire
l’apertura in
superficie delle
possibili
discontinuità,
riducendo al
minimo
possibile l’entità
dell’attacco
chimico.
Vi possono
essere aree (es.
fori) che non
possono essere
decapate, per
motivi o di
preservazione di
caratteristiche
strutturali o per
problemi di
tolleranze
dimensionali
(aree a
tolleranza
ristretta).
Naturalmente,
ogni fase
introduce nuovi
costi e tempi di
processo e, se
non
strettamente
motivata,
influisce
negativamente
sull’efficienza e
sulla redditività
produttiva.
PROBLEMATICHE – ASPETTI CRITICI
DANNI MECCANICI
E METALLURGICI
MATERIALE DA
RIMUOVERE
EFFETTI DANNOSI
SUL PENETRANTE
FEA
CTA
TEMPI
COSTI

PROBLEMATICHE – CORROSIONE DA PITTING – 1
(CORROSIONE ALVEOLARE O VAIOLATURA)
Cos’è:
• Il decapaggio, potendo attaccare preferenzialmente i bordi dei
grani (in particolare per le leghe di alluminio), può generare
corrosioni localizzate, espresse normalmente da piccole cavità (di
qualche m)
• Il fenomeno è autocatalitico: la velocità della reazione chimica
dipende dal materiale stesso, che funge da catalizzatore: una volta
partito, il pitting è alimentato dal metallo stesso e continua ad
accelerare col trascorrere del tempo
• Il pitting può generare tutta una serie di problemi, dalla stress
corrosion a cricche a fatica, riduzioni della vita a fatica (vedi, ad
es. [16] per il 2024-T3) fino a failure anche catastrofiche (vedi ad
es. [17] per gli acciai inossidabili).

Come accade:
La soluzione
decapante
produce
localmente
(sito anodico =
sito del pit)
sulla superficie
del metallo M
una reazione
di ossidazione,
per cui parte
di M si
trasforma in
ioni positivi
M+,
rilasciando
elettroni
Gli elettroni,
nei siti
catodici,
alimentano
una reazione
di riduzione:
O2 + 2H2O +
4e  4OH-
Gli ioni M+,
continuamente
formati
dall’ossidazione,
attraggono ioni
negativi N-
presenti in
soluzione,
formando
composti del
tipo MN
Tali composti, a
loro volta,
reagiscono con
l’acqua:
MN + H2O 
MOH + HN
Gli acidi
formatisi (HN)
dissolvono
ulteriormente
M

Per l’alluminio:
• Sebbene tale metallo non sia classificabile come nobile, presenta normalmente uno
strato superficiale di pochi nm di ossido di alluminio Al2O3 (allumina) che lo
proteggono e lo rendono praticamente inerte verso molte sostanze.
• Il decapante dell’alluminio, quindi, deve prima rimuovere lo strato protettivo di
ossido e poi lo spessore di lega voluto.
• Normalmente, ciò richiede soluzioni con pH al di fuori del range 4.5-8.5, range in cui,
appunto, l’Al è stabile.
• Il tipo di lega è influente ai fini della possibilità di pitting. Ad esempio, è accertato
che il 7075 (dove il Cu2FeAl7 ed il MgZn2 agiscono, rispettivamente, come catodo e sito
anodico della matrice di alluminio), che contiene magnesio e zinco, è più suscettibile
al pitting rispetto al 2024, che ha nel rame l’elemento primario allegante.

Per altri metalli:
• I fenomeni di pitting non riguardano solo le leghe di alluminio (in particolare, sono
frequenti negli acciai inossidabili)
• Essi possono essere indotti non solo da azioni decapanti, ma anche:
• superfici precedentemente sottoposte a processi mal eseguiti che lasciano la
superficie contaminata (residui di fresatura, grassi non eliminati, ecc.)
• cattiva conservazione (ad esempio, uso di refrigeranti non ben mantenuti,
peraltro dal caratteristico odore di uova marce  piccole quantità di solfuro di
idrogeno rilasciato come sottoprodotto dall’azione enzimatica di alcuni batteri).

• È di fatto impossibile eseguire un attacco
chimico senza generare pitting in modo
assoluto.
• Da un punto di vista pratico, sono
generalmente ammessi pitting di pochi
micron.
• Ad esempio, la BSS 7039 (specifica
Boeing) accetta pitting fino a 25 m,
quando valutato in accordo con BSS 7219.

PROBLEMATICHE – CORROSIONE INTERGRANULARE – 1
• La IGC è un fenomeno di corrosione localizzato
lungo i bordi di grano, o immediatamente
adiacente ad essi, mentre la maggior parte dei
grani rimangono sostanzialmente inalterati.
• L’influenza ed i meccanismi del decapaggio sono
simili, e collegati, a quelli del pitting.
• L’IGC, in particolare per gli acciai, è solitamente
associata ad effetti di segregazione (impurità
arricchite ai bordi dei grani) o a specifiche fasi
precipitate sui bordi di grano, che possono
produrre zone di ridotta resistenza alla
corrosione.

• Oltre agli acciai inossidabili, le leghe di alluminio possono essere
particolarmente soggette a tali fenomeni. La loro sensibilità alla IGA è
dovuta o ad una fase anodica presente lungo i bordi di grano o a zone
impoverite di rame adiacenti ai bordi di grano (ovviamente in leghe
contenenti rame).
• Leghe ad alta resistenza che sono state estruse o comunque lavorate
pesantemente sono particolarmente soggette a questa forma di corrosione,
che prende anche il nome, in tal caso, di esfoliazione: i prodotti di
corrosione esercitano una pressione lungo la microstruttura di grani
allungati e appiattiti, allungandoli o sfogliandoli, e facendo in modo che i
difetti ai bordi dei grani progrediscano, in condizioni avverse, lungo tutta
un'intera sezione.

• In ogni caso, le proprietà meccaniche di una
struttura, in presenza di IGA, sono seriamente
compromesse.
• In tale ottica, il limite ammesso da alcune
specifiche (es. per BSS 7039 fino a 5 m) va
inteso, in realtà, più come un limite di
misurabilità con un dato metodo che un reale
limite di accettazione
• In altri termini, la IGA non dovrebbe essere, in
termini teorici, mai ammessa.

PROBLEMATICHE – DECAPAGGIO VS. ISPEZIONE – 1
• La presenza di residui di soluzioni decapanti può essere sicuramente ridotta
con procedure ottimali di neutralizzazione e lavaggio.
• Tuttavia, in caso di presenza di discontinuità aperte in superficie e non
coperte dalle operazioni di disturbo meccanico, o coperte con uno strato di
materiale inferiore a quello che sarà rimosso, il decapante può non essere
sufficientemente rimosso dall’azione della pulizia (l’acqua può non entrare
nelle discontinuità) e può produrre alcuni fenomeni negativi:
• incremento delle dimensioni delle discontinuità
• intrappolamento della soluzione decapante all’interno delle discontinuità
• i prodotti caustici possono ridurre la brillantezza dei penetranti

PROBLEMATICHE – DECAPAGGIO VS. ISPEZIONE – 2
• incremento delle dimensioni delle discontinuità
 Prassi cautelativa: ridurre al minimo necessario l’attività di
attacco
• intrappolamento della soluzione decapante
 Non esistono ancora studi sufficienti. In genere, sono
dimostrati gli effetti negativi degli attacchi acidi, mentre non
sono assessed gli effetti avversi dovuti all’uso, ad es.,
dell’idrossido di sodio

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