Allo stato attuale, l’impiego di barriere termiche per proteggere le parti calde di turbine a gas è l’unica soluzione in grado di elevare la temperatura d’ingresso turbina e quindi d’incrementare il rendimento della macchina. Questi rivestimenti con funzione di barriera termica (TBC) sono costituiti da zirconia parzialmente stabilizzata con ossido di ittrio depositato mediante tecniche plasma spray in aria o Electron Beam Physical Vapour Deposition (EB-PVD). Il loro spessore varia generalmente a seconda del componente da circa 0.3mm fino a 0.5mm. L’adesione – di tipo meccanico e non metallurgico- di questo rivestimento ceramico al substrato metallico è di grande importanza poiché qualunque distacco della barriera termica espone il metallo a temperature superiori a quelle di progetto provocandone il rapido. Le cause principali di eventuali scollamenti del rivestimento dal substrato sono: – presenza di sporco all’interfaccia durante le operazioni di deposizione; – mancata o insufficiente sabbiatura del substrato prima della deposizione del rivestimento; – crescita, durante l’esercizio, della scaglia d’allumina all’interfaccia tra bondcoat e barriera termica. È dunque essenziale poter controllare, in occasione della messa in servizio e delle ispezioni durante le fermate programmate, lo stato d’adesione di tutti quei componenti rivestiti con barriere termiche. Un rilievo precoce di eventuali regioni con un livello di adesione al substrato basso o quasi nullo permette infatti di evitare il danneggiamento della parte metallica del componente. La tecnica ideale per questo tipo di controllo non distruttivo è rappresentato dalla termografia infrarossa di tipo attivo o dinamico. Questo perché consente di ispezionare aree relativamente ampie in tempi relativamente brevi senza richiedere alcun contatto con il componente ispezionato pur garantendo una buona risoluzione spaziale. Le tecniche ultrasonore ad esempio sono penalizzate in questo tipo di controlli poiché richiedono: – il contatto tra sonda e componente (o l’immersione in acqua del pezzo); – tempi molto lunghi per effettuare una scansione di ampie aree, ed infine soffrono notevolmente della diffusione delle onde ultrasonore causate dalla porosità tipica di questi rivestimenti ceramici (spesso è addirittura impossibile eseguire la misura). Nel corso di quest’attività sono stati reperiti in letteratura dei modelli analitici in grado di rappresentare l’effetto di un difetto d’adesione di una TBC sulla distribuzione superficiale della temperatura del componente a seguito di una opportuna stimolazione termica. In particolare sono presentati dei semplici modelli unidimensionali e successivamente alcuni modelli tridimensionali analitici che consentono di ottimizzare i parametri sperimentali di prova a seconda della particolare tipologia di componente e TBC. È mostrata, per alcuni casi rappresentativi, la dipendenza del contrasto termico

indotto da un difetto d’adesione dallo spessore del rivestimento, dalle sue proprietà termofisiche, dalla dimensione del difetto stesso e dal diverso tipo di substrato metallico. Per casi particolarmente complessi sono presentati anche codici di calcolo alle differenze finite per la simulazioni di esperimenti di termografia impulsata in presenza di difetti di geometria non circolare in componenti multistrato (n>2). Sulla base delle indicazioni fornite dai modelli analitici, sono presentati delle metodologie per il dimensionamento dei difetti d’adesione a partire dalle immagini termografiche. È presentata anche la termografia lock-in come possibile alternativa alla termografia impulsata. Analogamente al caso impulsato, anche per questa tecnica sono fornite delle indicazioni che consentono di progettare al meglio l’attività sperimentale e al contempo di valutarne prestazioni e limiti. Per quanto riguarda l’attività sperimentale è stato deciso di focalizzare l’attenzione su un componente di turbogas che: – sulle macchine in esercizio risulta protetto da TBC, – abbia una geometria più complessa dal punto di vista del controllo non distruttivo rispetto a quella di una pala mobile; – non richieda una modifica sostanziale dell’assetto sperimentale Un componente rispondente a questi requisiti è il tronco unione di turbine a gas industriali. Esso, costituito da un condotto cavo di sezione variabile il cui tratto finale (con sezione circa trapezoidale) è protetto da una banda di TBC per una profondità di 6cm. L’attività sperimentale è consistita nella realizzazione di un simulacro 1:1 della suddetta parte terminale del componente al fine di verificare l’applicabilità della termografia impulsata al controllo dello stato d’adesione del rivestimento con funzione di barriera termica. A tal proposito è stato impiegato un campione di TBC con una serie di difetti di adesione di diverso diametro e di diversa severità; esso è stato di volta in volta posizionato in punti diversi del simulacro del tronco unione per valutare, mediante prove ripetute di termografia impulsata, il numero minimo di cambiamenti di disposizione sperimentale necessari per ispezionare tutta l’area rivestita garantendo nel contempo la visibilità dei difetti presenti nel campione.