N el suo significato più generale, il termine NDTE (Non Destructive Testing and Evaluation) sta a significare l'analisi di un determinato componente o struttura senza che l'esame lo possa alterare o in qualche modo distruggere.

Tali controlli sono stati adottati per la prima volta durante la seconda guerra mondiale per de-scrivere l'insieme di tecnologie che servivano a rivelare i difetti entro materiali e strutture senza la necessità di doverli sostituire nella funzione che svolgevano prima del controllo. Qualora si verificasse all'interno del campione in esame un qualche cambiamento (come nel caso dei raggi X o, in minima parte degli ultrasuoni che possono alterare alcune strutture biologiche) questo resta sempre al di sotto di un certo livello.

Radicali mutazioni nella struttura chimica e/o fisica del materiale avvengono invece nel controllo di tipo distruttivo, generalmente inaccettabile per singoli campioni dal costo elevato, la cui perdita può causare danni non solo di natura economica. Se ad esempio, si vuole investigare sull'integrità di un componente in vetro, si può colpire con un martello e se non si frantuma, esso può essere ancora utilizzato. Questo processo comunque può lesionare il vetro rendendo l'oggetto inutilizzabile ed è dunque classificabile come distruttivo; un altro esempio di test distruttivo può essere condotto considerando un cavo di acciaio, le cui estremità vengono poste in un macchinario che esegue il test di trazione, aumentando la tensione finché esso si spezza. In tal modo abbiamo dati circa la resistenza del cavo, che però non è più utilizzabile.

La definizione standard industriale che si riferisce alle tecniche di NDTE è più restrittiva ed indica l'insieme degli esami atti a determinare la qualità di un materiale o di una struttura per valutare la sua adattabilità ad uno scopo specifico. NDTE è uno fra gli approcci industriali che valutano e ottimizzano la qualità, riducono i costi di produzione, massimizzano la sicurezza e l'affidabilità di materiali prodotti e strutture [1].

I parametri fisici indagati più spesso dalle tecniche di NDTE includono difetti superficiali e sottosuperficiali, struttura esterna, interna e microstruttura dei materiali. Se si volessero inquadrare le tecniche più comuni adottate per effettuare controlli di tipo non distruttivo su materiali e strutture si potrebbero individuare almeno 5 categorie principali:

Molte delle tecniche appartenenti alle suddette categorie hanno lati in comune, ma nella maggior parte dei casi non esiste un'eccessiva competizione perché ogni tecnica presenta lati unici che la rendono adattabile solo a determinati parametri richiesti dal test in oggetto. Spesso anzi per vagliare una singola struttura sono necessarie più tecniche ispettive.

DIFETTI E GUASTI

I controlli non distruttivi sono generalmente usati per ricercare difetti presenti in materiali e strutture. La complessità di un componente o di un meccanismo (un organo meccanico, un utensile, un'autovettura), può essere tale da farne levitare il costo di produzione fino a parecchi ordini di grandezza superiore a quello delle sole materie prime.

Pertanto l'esistenza di un vizio occulto, già contenuto nel materiale di partenza o accidentalmente prodotto durante le lavorazioni (fucinatura, laminazione, stampaggio, trattamento termico, lavorazioni meccaniche), può causare perdite economiche tanto maggiori quanto più tardi sia scoperto il difetto. Può inoltre divenire d'enorme rilevanza nel caso provochi gravi danni alle cose e soprattutto alle persone durante l'uso. Spesso le tecniche ispettive non sono adatte a ricercare tutti i possibili difetti ma si limitano ad un tipo specifico di difetti.

Un primo passo nel progetto di una tecnica di controllo affidabile, riguarda il possedere la conoscenza operativa dei difetti che possono occorrere e il conoscere quali di essi potranno essere i più nocivi per la struttura. Ad esempio possedendo una significativa esperienza nel mondo della lavorazione e semilavorazione dei metalli, avranno grande importanza, nel ricercare i difetti presenti, quelle tecniche di controllo non distruttivo che possono aiutare una ricerca di questo tipo.

Generalmente si definisce difettoso (failure) un componente che non svolge in modo adeguato il suo compito. Spesso, ma non sempre, ciò significa che non si adatta allo scopo per cui era stato originariamente progettato. Per ciò che riguarda i materiali tecnici e ingegneristici in generale, il fattore chiave riguarda la resistenza meccanica, quindi la previsione di eventuali fratture, cricche (piccolissime fratture superficiali) o corrosioni; il compito dei controlli non distruttivi sarà anche quello di riconoscere segnali premonitori dalle informazioni che riceviamo.

In pratica ogni frattura meccanica riguarda sia il materiale che la geometria del componente: nel primo caso coinvolge infatti la composizione chimica, la microstruttura, la rugosità, le condizioni ambientali, i difetti di fusione e di saldatura ecc.; nel secondo concerne i lati più vulnerabili di una struttura che posta sotto carichi esterni potrà presentare variazioni del profilo, fessure, cricche e ammaccature [2].

In campo biomedico è importante la scoperta di irregolarità, quali tumori, e la diagnosi del paziente in generale.

Per i dispositivi a semiconduttore invece, lo scopo principale può essere quello di evitare i costi per la ricerca dei guasti e di stimare in generale la percentuale di componenti difettosi.

SISTEMI BIOLOGICI E CONTROLLI NON DISTRUTTIVI BIOMEDICI

Un termine più adatto sarebbe "diagnosi non distruttiva"; la natura non distruttiva del collaudo è critica in medicina dove esiste sempre un paziente da rispettare. Le principali motivazioni di un'analisi non distruttiva sono di due tipi:

I metodi che fanno uso di raggi X sono i più comuni e conosciuti ma presentano notevoli svantaggi dovuti ad esempio al fatto di dover ingerire bevande al bario, al livello radioattivo e ad una risoluzione d'immagine tutto sommato abbastanza bassa anche se allo stato attuale i passi avanti sono stati davvero notevoli [3]. La risonanza magnetica nucleare (nuclear magnetic resonance, N.M.R.) offre un monitoraggio a livello molecolare ma con bassa risoluzione spaziale. I metodi che fanno uso di ultrasuoni presentano notevoli vantaggi quali la convenienza e la sicurezza ma hanno il problema della variazione della velocità di propagazione nel mezzo e della attenuazione dovuta ai tessuti attraversati dalle onde ultrasonore [4].

APPROCCIO AL TESTING NON DISTRUTTIVO PER SEMICONDUTTORI

In tale campo, il controllo non distruttivo segue una strategia completamente differente. Vediamo le differenze con il collaudo non distruttivo di strutture meccaniche per le quali bisogna:

1. Costruire la struttura meccanica (o parte di essa),

2. Controllarla non distruttivamente,

3. Accettare il pezzo o ripararlo se necessario,

4. Rifare il collaudo in caso di avvenuta riparazione.

Per i sistemi a semiconduttore occorre invece:

1. Creare una scorta di dispositivi,

2. Testarne alcuni in modo distruttivo,

3. Decidere se accettare o respingere il lotto,

4. Se si respinge il lotto occorrerà controllare il sistema di produzione.

[1] A.ZANOBINI, L'affidabilità dei controlli non distruttivi, Firenze 1994.

[2] C.AIELLO, Aspetti metallurgici dei materiali nella corrosione, Roma 1990.

[3] T. JUST - W. THALE, Interpretation of radiograph by digital image processing, in NDT.NET, 1998 vol.3, n°10.

[4] E. BIAGI - A. FORT, Fisica degli ultrasuoni, Laboratorio di ultrasuoni e controlli non distruttivi, Dipartimento Ingegneria Elettronica, Firenze 1996.