L’integrità di componenti critici quali linee di vapore principale e risurriscaldato, può condizionare la continuità di esercizio degli impianti di generazione termoelettrici. Un difetto tipo cricca sulla superficie esterna di saldature testa-testa o tubo-bocchello, che si elimina completamente con la molatura, non pregiudica l’ulteriore esercizio, mentre un difetto interno o affiorante internamente potrebbe richiedere per la riparazione una fermata più lunga. Esercire “sotto condizione” monitorando la stabilità o l’eventuale crescita di un difetto trasformerebbe l’indisponibilità da accidentale a programmata, e permetterebbe una programmazione flessibile della riparazione, sempre a breve termine ma con vantaggi economici, di sicurezza di esercizio e continuità del servizio. La tecnica ultrasonora delle ispezioni in servizio ha le potenzialità per monitorare i difetti ma è difficile da applicare in esercizio a causa della limitata resistenza dei sensori piezoelettrici e in particolare dei fluidi accoppianti a temperature di parete superiori a 500°C, condizione in cui possono invece operare i sensori ultrasonici "no contact" EMAT (ElectroMagnetic Acoustic Transducers). Le Milestones 1.3.3-1.3.4 del Progetto SENNA si sono poste l’obiettivo di sviluppare una tecnica EMAT per monitorare su componenti in esercizio la stabilità di difetti planari potenzialmente evolutivi, mediante adeguate modalità d’interrogazione, sensori tolleranti all’alta temperatura, metodi di elaborazione dei segnali ultrasonori efficaci per estrarre l’informazione diagnostica. Le suddette azioni sono state condotte in collaborazione col Dipartimento di Elettronica e Automazione (DEA) dell’Università di Brescia. Nel corso della Milestone 1.3.3 sono state individuate le metodologie ultrasonore di monitoraggio più promettenti, i) anisotropia della velocità di propagazione nell’intorno del difetto e ii) riflessione di un opportuno impulso ultrasonoro, le soluzioni per realizzare sensori EMAT in grado di tollerare temperature fino a 550°C – ad es. costruendo bobine su film ceramico, e per diagnosticare dall’analisi dei segnali ultrasonori lo stato del difetto – ad es. con tecniche basate su trasformata wavelets per selezionare le features più sensibili alla condizione stabile o evolutiva. Le soluzioni più promettenti sono state l’oggetto della realizzazione e caratterizzazione sperimentale nella Milestone 1.3.4, i cui risultati sono descritti nel presente Rapporto. Le prove sono state effettuate su campioni di acciaio basso legato, rettangolari o sagomati per prove a trazione, recanti intagli simulanti difetti planari, tipo cricca, di diversa profondità e inclinazione.

Le prove con tecnica wave splitting hanno dimostrato che l’anisotropia ultrasonora risente della presenza di una discontinuità, sia in assenza di sforzo sia con carico uniassiale fino al 30% dello snervamento, simulante la presenza di sollecitazioni di origine termomeccanica in esercizio. Per valutare dai segnali il carattere stabile o evolutivo del difetto è stata realizzata l’interfaccia “Wavelet Analysis Toolbox”, che implementa tecniche di analisi avanzate mediante trasformata wavelet. Le prestazioni dell’interfaccia sono state valutate rispetto a misure convenzionali di tempo di volo su provini di diverso spessore. I sensori EMAT di nuova progettazione, per interrogare un difetto con onde trasversali, angolate o radenti, si basano su una bobina caratterizzata da piste segmentate, in alternativa dell’array di magneti permanenti. Il nuovo prototipo si presta a una più facile estensione della temperatura di esercizio fino a 550°C. Inoltre, sviluppando bobine segmentate e opportunamente rastremate, si potrebbero collimare meglio i fasci ultrasonori prodotti, senza incrementare la complessità strutturale del sensore. I sensori prototipo realizzati con il nuovo progetto sono stati testati per confronto con i tradizionali sensori ad array magneti permanenti, dimostrando la corretta ricezione dei segnali ultrasonori.