Analisi delle cause di rottura di materiali metallici: esempi di applicazione

Nel volume vengono presentati i risultati ottenuti da un insieme di studi, condotti presso il Laboratorio V Tecnologie Diagnostiche per la Sicurezza del DIT, volti ad accertare le cause che hanno portato alla rottura improvvisa di parti strutturali di componenti di impianto realizzate in lega metallica.

In questo quaderno di ricerca vengono presentati i risultati ottenuti da un insieme di studi, condotti presso il Laboratorio V Tecnologie Diagnostiche per la Sicurezza del DIT, volti ad accertare le cause che hanno portato alla rottura improvvisa di parti strutturali di componenti di impianto realizzate in lega metallica. In particolare viene presentata la metodologia delle indagini di laboratorio adottate per compiere tali studi (comunemente noti come failure analysis) ed alcuni esempi applicativi. Sono illustrati i principi delle prove tecnologiche utilizzate per la comprensione dei fenomeni relativi alle rotture improvvise e viene fornita una chiave di lettura relativamente agli esiti di tali prove. Sono poi riportati alcuni esempi di particolare interesse, le cosiddette case histories, relativi a fenomeni di danneggiamento e/o rottura improvvisa poco noti in letteratura. L’importanza che riveste questa tipologia di indagini per la sicurezza, l’affidabilità e la performance di impianti industriali è ben nota e documentata. Un qualsiasi malfunzionamento od anomalia, così come, a maggior ragione, una rottura accidentale, possono mettere gravemente a rischio l’incolumità delle persone. La comprensione del fenomeno e della natura delle cause che lo hanno generato consente di proporre delle soluzioni ed elaborare delle strategie sia a livello di interventi in corso d’opera, sia a livello di prevenzione. Gli studi di failure analysis effettuati e presentati in questo quaderno di ricerca consentono di comprendere i fenomeni chimico-fisici legati da alcune tipologie di eventi incidentali e di formulare delle azioni correttive volte ad evitare il ripetersi degli eventi stessi.

Lo studio delle cause di rottura di un componente è pertanto un’attività di straordinaria importanza, non solo nei campi della sicurezza, affi  dabilità e prevenzione, dove gli eff etti sono facilmente quantifi cabili nella riduzione della frequenza e della gravità degli infortuni alle persone, ma anche nel miglioramento delle prestazioni di un componente stesso, da cui derivano evidenti ricadute positive in termini economici. Un caso emblematico è quello delle navi da trasporto classe Liberty: questo tipo di cargo, largamente impiegato nella Seconda Guerra Mondiale dagli Alleati, fu soggetto ad un’impressionante serie di incidenti, alcuni dei quali catastrofi ci (almeno cinque navi si spezzarono letteralmente in due mentre erano in navigazione). Dopo accurate indagini sulle rotture, si scoprì che, a causa dell’elevato numero di navi da costruire in breve tempo e della scarsa formazione del personale addetto ai lavori, il procedimento di saldatura dello scafo veniva eseguito in maniera approssimativa, il che portava ad una forte riduzione delle proprietà meccaniche dell’acciaio, rendendolo estremamente fragile in corrispondenza delle parti saldate. Una volta migliorato il procedimento di saldatura e apportate alcune modifi che progettuali, tali incidenti non si verifi carono più e le navi Liberty continuarono a solcare i mari fi no agli anni ’60 ed oltre. La notevole mole di informazioni ricavata durante queste indagini portò peraltro alla nascita ed allo sviluppo di quella disciplina ingegneristica che va sotto il nome di Meccanica della Frattura [ASM 11-002, Wulpi-008]. L’insieme delle attività di raccolta ed analisi dei dati condotte per determinare le cause fi siche di un guasto e per impedirne la ricorrenza viene generalmente individuato e defi nito come analisi dei guasti, failure analysis nella terminologia anglosassone. Un’analisi di questo tipo permette di individuare quale problema, di natura fi sica o meccanica, si sia verifi cato in un componente e perché tale anomalia abbia portato ad un malfunzionamento o (nei casi più estremi) ad un incidente. L’analisi dei guasti si confi gura pertanto come una disciplina volta ad accertare le cause fi siche all’origine di una rottura accidentale (errata progettazione, difetti nel materiale, errori di produzione o di installazione, fenomeni di danneggiamento insorti nel corso dell’esercizio etc.) e costituisce una branca di una materia più vasta, la root–cause analysis (RCA). 

La disciplina RCA si avvale essenzialmente di metodi grafi ci volti a rielaborare in uno schema logico le diverse informazioni. Il criterio dell’albero dei guasti è uno di essi: si tratta di un metodo grafi co-deduttivo nel quale viene identifi cato l’evento primario relativo alla rottura accidentale e vengono altresì defi niti tutti i percorsi credibili che possono averlo generato

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FONTE:INAIL