ITPI20120109A1 - Dispositivo e metodo per misure di permeazione di idrogeno - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO E METODO PER MISURE DI PERMEAZIONE DI IDROGENOâ€

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo per determinare la concentrazione di idrogeno in una miscela con un altro gas.

Tale dispositivo può essere utilizzato per determinare o seguire nel tempo l’assorbimento di idrogeno in pezzi metallici sottoposti a trattamenti superficiali in bagni chimici o elettrochimici.

Il dispositivo può essere utilizzato anche per monitorare la corrosione e la permeazione di idrogeno in componenti metallici come elementi di tubazione che operano a contatto con mezzi corrosivi o con gas contenenti idrogeno nell’industria petrolchimica o in impianti di potenza e di produzione/distribuzione di idrogeno, in particolare, ad alta temperatura.

Il dispositivo può essere usato anche per eseguire controlli non distruttivi su saldature.

Il dispositivo può essere altresì impiegato per determinare la diffusività dell’idrogeno in materiali solidi, in particolare metallici.

Brevi cenni alla tecnica nota

Come noto, l†̃idrogeno può ridurre la stabilità dei componenti metallici con cui viene sistematicamente a contatto. Ciò à ̈ vero, in particolare, per gli acciai. Infatti, il contatto prolungato con l’idrogeno gassoso, ad esempio in un ambiente di processo, può causare assorbimento di idrogeno nella matrice metallica. Oltre un certo limite, ciò può a sua volta causare infragilimento da idrogeno (Hydrogen embrittlement). Ad esempio, sono noti processi chimici o elettrochimici di trattamento superficiale di pezzi metallici, come trattamenti galvanici, di decapaggio, di fresatura chimica o di pulizia elettrochimica (electropolishing). Tali processi decorrono con una reazione di riduzione dell’idrogeno contenuto come ione H<+>in un bagno di trattamento. L’idrogeno atomico che si sviluppa in questo modo può rimanere inglobato nel pezzo trattato, e può causarne infragilimento.

Sono note varie procedure per valutare i rischi di infragilimento da idrogeno nei trattamenti galvanici industriali. Ad esempio, ASTM F519-10 prevede prove distruttive su un numero significativo di provini che devono essere preparati secondo specifici cicli di lavorazione. ASTM F 326-96 prevede di misurare una variabile associata all'assorbimento di idrogeno durante il trattamento, e di misurare la sua permeabilità durante la successiva deidrogenazione. Queste procedure hanno lo svantaggio di essere onerose. Inoltre, sono procedure indirette e non tempestive, cioà ̈ si svolgono su campioni distinti dai pezzi effettivamente trattati, ed à ̈ necessario un certo tempo per ottenere i risultati delle prove. Per questo motivo, in caso di non conformità dei risultati, può essere necessario richiamare i pezzi già spediti o addirittura già in opera, cosa che comporta notevoli perdite economiche ed altri disagi. Inoltre, le suddette procedure non consentono di regolare le variabili di processo in tempo reale, modo da evitare l’eccessivo assorbimento dì idrogeno nei pezzi in corso di trattamento, né di favorire l’efficienza del processo.

Considerazioni analoghe valgono anche per trattamenti in cui la superficie di un pezzo metallico viene trattata con una soluzione acida per rimuovere uno strato superficiale di ossido. Ad esempio, il decapaggio decorre normalmente con produzione di idrogeno, che può causare una condizione di infragilimento da idrogeno. Inoltre, la soluzione acida può essere aggressiva anche nei confronto del metallo.

È quindi sentita l’esigenza di un dispositivo che permetta di seguire in continuo l’assorbimento di idrogeno durante un trattamento galvanico, o un trattamento tipo decapaggio, in modo da ottenere risultati in tempo reale ed eventualmente eseguire un controllo di processo per evitare infragilimento di idrogeno.

È inoltre noto che i processi di smaltatura di pezzi metallici possono coinvolgere fenomeni di assorbimento di idrogeno e di infragilimento dei pezzi trattati nella zona superficiale. Infatti, durante la cottura delle fritte di smalto si raggiungono normalmente temperature comprese tra 800°C e 850°C. In tali condizioni, una parte dell'acqua presente nell'impasto dello smalto subisce una dissociazione catalizzata dal ferro dell'acciaio del pezzo metallico, producendo idrogeno che viene assorbito nel pezzo e poi diffonde attraverso il pezzo. Nel successivo raffreddamento, l'idrogeno tende a tornare verso la superficie del pezzo, dove incontra uno strato smaltato impermeabile. La pressione dell'idrogeno può causare il deterioramento e l’indebolimento dello strato. Tale difetto à ̈ noto come “colpo d’unghia†o “fish scale†.

È quindi sentita l’esigenza di un dispositivo che permetta di eseguire prove di permeazione preliminari per valutare se un pezzo metallico possa subire un processo di smaltatura senza dare luogo a tali fenomeni.

Il dispositivo classicamente usato per i saggi di permeazione preliminari à ̈ la cella di Devanathan-Stachurski, che comprende una semicella di generazione di idrogeno e una cella di lettura. La cella consente di misurare la diffusività dell’idrogeno in un metallo. Tale dispositivo à ̈ complicato per la presenza e il montaggio di due celle, per la necessità di garantire la tenuta e per altri aspetti minori. Inoltre, i saggi hanno una durata considerevole. È sentita quindi la necessità di un dispositivo per eseguire saggi preliminari di permeazione di idrogeno o misure di diffusività in materiali metallici, che sia più semplice e più affidabile rispetto ai dispositivi di tecnica nota.

Per misurare il contenuto di idrogeno all’interno di pezzi metallici sono in uso apparecchiature note come desorbitori, che comprendono un forno in cui il campione viene posizionato all’interno di un tubo di quarzo. Il campione viene poi riscaldato per far uscire l’idrogeno contenuto, che lascia il forno in una corrente gassosa. La concentrazione di idrogeno nella corrente viene monitorata, integrata e rapportata al peso del campione, ottenendo una misura quantitativa dell’idrogeno contenuto nel campione. I desorbitori hanno dimensioni e costi notevoli e comportano notevoli oneri di gestione e manutenzione. Inoltre, le prove sono distruttive. È quindi sentita l’esigenza di un dispositivo per determinare la quantità di idrogeno inglobata in un pezzo metallico che abbia costi di acquisizione, esercizio e manutenzione inferiori e che sia più semplice da usare rispetto ai desorbitori di tipo noto. È altresì sentita l’esigenza di un siffatto dispositivo che permetta di eseguire prove non distruttive.

È anche noto che almeno una fase dei processi di corrosione dei materiali metallici decorre con uno sviluppo di idrogeno. Tale sviluppo di idrogeno dipende dall’intensità dell’attacco corrosivo. Sono pure noti dispositivi per monitorare il flusso di idrogeno come indicatore di fenomeni corrosivi. Tali dispositivi comprendono sensori di tipo amperometrico, per cui i dispositivi non hanno un’affidabilità e una robustezza soddisfacente.

Come noto, l'idrogeno sta trovando impiego crescente quale vettore energetico/combustibile, ad esempio, per impiego automobilistico. In particolare, vengono sviluppati impianti e reti di distribuzione di idrogeno gassoso comprendenti distributori accessibili al pubblico. Per la sicurezza di tali installazioni, sono necessari dispositivi per verificare in tempo reale la possibilità di infragilimento da idrogeno del metallo di tubazioni e serbatoi destinati al convogliamento e allo stoccaggio dell'idrogeno gassoso. Ad oggi, non sono noti dispositivi in grado di segnalare in modo affidabile tali rischi di infragilimento da idrogeno.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per rilevare la presenza di idrogeno in un componente o in un manufatto metallico, e valutare eventuali fenomeni di corrosione o rischi di infragilimento associati alla presenza dell’idrogeno.

È uno scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo per valutare la presenza di idrogeno e gli associati rischi di cedimento per infragilimento da idrogeno in pezzi metallici mentre questi sono sottoposti a trattamenti che si svolgono con evoluzione di idrogeno, come trattamenti di elettrodeposizione galvanica, di decapaggio, di fresatura chimica o di pulizia elettrochimica.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo per eseguire prove preliminari di permeazione di idrogeno su un metallo, allo scopo di determinare la diffusività dell’idrogeno, e/o di prevedere il comportamento di un pezzo dello stesso metallo quando sottoposto a trattamenti superficiali, ad esempio di smaltatura.

È un ulteriore scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo per valutare la presenza di idrogeno ed i rischi associati in parti di impianto come tubazioni e serbatoi per il trasporto e/o il trattamento e/o lo stoccaggio di idrogeno gassoso, ad esempio in impianti di distribuzione per impiego automobilistico.

È altresì uno scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo per identificare fenomeni di corrosione attraverso misure di permeazione di idrogeno in componenti di linee e di serbatoi nel settore chimico/energetico.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo per misurare una quantità di idrogeno di permeazione emanante da un corpo , per caratterizzare un’interazione tra il corpo e l’idrogeno di permeazione, il dispositivo comprendendo:

− una sonda comprendente:

− una luce di ingresso di un gas di misura, in particolare aria ambiente;

− una camera di miscelazione accessibile alla quantità di idrogeno di permeazione e in collegamento pneumatico con la luce di ingresso, la camera di miscelazione essendo configurata per formare una miscela gassosa comprendente l’idrogeno di permeazione e il gas di misura;

− un sensore a stato solido atto a rilevare una concentrazione di idrogeno della miscela gassosa, il sensore a stato solido essendo in comunicazione pneumatica con la camera di miscelazione, in modo da entrare in contatto con la miscela gassosa, il sensore a stato solido essendo atto a generare un segnale di misura dipendente dalla concentrazione di idrogeno;

− mezzi di movimentazione di gas per produrre un flusso del gas di misura dalla luce di ingresso verso il sensore a stato solido, secondo una portata prefissata;

− mezzi di elaborazione funzionalmente connessi con il sensore a stato solido in modo da ricevere il segnale di misura, i mezzi di elaborazione essendo configurati per elaborare il segnale di misura e per produrre almeno un parametro caratterizzante l’interazione tra il corpo e l’idrogeno di permeazione.

I sensori a stato solido, di tipo in sé noto, sono utilizzati anche per l’idrogeno, ma limitatamente alla misura di concentrazione di idrogeno in miscele generiche gas-idrogeno in ambiente, ma non per misurare l’idrogeno di permeazione emesso da superfici, ad esempio superfici metalliche. Il vantaggio dell’impiego di sensori a stato solido à ̈ che essi sono privi di elettrodi, e non richiedono l'impiego di liquidi o gel particolari, cioà ̈ di sostanze chimiche potenzialmente tossiche o nocive.

Il processo di permeazione dell’idrogeno attraverso il corpo ha luogo per effetto di un gradiente di concentrazione di idrogeno tra l’interno del corpo e atmosfera esterna, ove la concentrazione di idrogeno à ̈ molto piccola, normalmente dell’ordine di 0,5 ppm.

Un dispositivo secondo una forma realizzativa particolare dell’invenzione à ̈ idoneo per misurare una quantità di idrogeno di permeazione in un corpo metallico sottoposto ad un trattamento in un bagno chimico o elettrochimico, tale trattamento decorrendo con uno sviluppo di idrogeno gassoso su una superficie di detto corpo metallico, e in tale dispositivo:

− la sonda ha un involucro metallico che definisce la camera di miscelazione;

− la sonda à ̈ conformata per essere immersa almeno in parte nel bagno di trattamento;

− l’involucro metallico à ̈ esso stesso atto a subire il trattamento su una propria superficie esterna esposta al bagno di trattamento ed a essere permeata da un’ulteriore quantità dell’idrogeno di permeazione, in modo che l’idrogeno di permeazione, permei attraverso l’involucro metallico e acceda nella camera di miscelazione;

− i mezzi di elaborazione sono configurati per produrre, quale parametro caratterizzante l’interazione tra idrogeno e corpo metallico, un parametro scelto tra:

− un tenore di idrogeno assorbito in detto corpo metallico;

− un parametro di efficienza di detto trattamento, più in particolare un parametro di efficienza catodica di detto trattamento.

In particolare, i mezzi di elaborazione sono configurati per produrre una pluralità di valori di distribuzione di tenore di idrogeno nel corpo metallico. Preferibilmente, i mezzi di elaborazione sono configurati per eseguire una tecnica agli elementi finiti per produrre la pluralità di valori di distribuzione a partire dal segnale di misura, in funzione del tempo.In una variante vantaggiosa, la sonda comprende un corpo tubolare avente una prima estremità in comunicazione pneumatica con la luce di ingresso per il gas di misura e avente una seconda estremità connessa con una luce di uscita per la miscela del gas di misura e dell’idrogeno, attraverso cui il sensore à ̈ in comunicazione pneumatica con la camera di miscelazione. Ad esempio, il corpo tubolare può essere un tubo metallico ripiegato ad U, conformato per essere immerso con la propria porzione centrale nel bagno di trattamento, le porzioni di estremità del tubo emergendo dal bagno di trattamento.Il dispositivo secondo tale forma realizzativa particolare à ̈ idoneo per misurare indirettamente la quantità di idrogeno di permeazione che ha origine su un corpo metallico sottoposto a un trattamento superficiale che si svolge in un bagno elettrochimico, in cui il corpo metallico à ̈ disposto elettricamente ad un potenziale catodico o a un potenziale anodico. Ad esempio, tale trattamento può essere un trattamento di deposizione elettrochimica di un metallo di rivestimento come argentatura, zincatura, cadmiatura, cromatura, oppure un trattamento di pulizia elettrochimica.

Il dispositivo secondo tale forma realizzativa à ̈ idoneo anche per misurare l’idrogeno di permeazione in un trattamento di un corpo metallico che ha luogo in un bagno chimico, ossia in una soluzione atta ad interagire con il corpo metallico, provocandone ad esempio un’ossidazione superficiale, quale un trattamento di decapaggio, o un trattamento di fresatura chimica.

Inoltre, il dispositivo secondo questa forma realizzativa particolare permette di valutare la qualità dei pezzi trattati in modo tempestivo e non distruttivo, in particolare, in un trattamento di deposizione galvanica. La conoscenza in tempo sostanzialmente reale, o comunque in un tempo molto inferiore a quelli consentiti dalle tecniche correnti, delle condizioni di assorbimento di idrogeno permette di scartare ed eventualmente trattare pezzi con eccessivo contenuto di idrogeno prima della spedizione, limitando il numero di richiami tardivi o addirittura evitando cedimenti in opera.

Inoltre, il dispositivo secondo questa forma realizzativa particolare à ̈ utile per il controllo di processo nei trattamenti sopra indicati. In altre parole, il dispositivo permette di adeguare in tempo reale i parametri operativi dei bagni di trattamento in modo da correggere eventuali eccessivi assorbimenti di idrogeno. La valutazione in tempo reale dell’effettivo contenuto di idrogeno permette anche di stabilire se à ̈ possibile evitare il degasaggio dei pezzi dopo il trattamento, in modo da limitare costi e tempi di produzione.

In dispositivo secondo un’altra forma realizzativa, la sonda ha un’apertura di accesso dell’idrogeno di permeazione, e il dispositivo comprende mezzi per disporre la sonda con l’apertura di accesso affacciata sul corpo , in modo che l’idrogeno di permeazione emanante dal corpo passi attraverso l’apertura di accesso accedendo quindi nella camera di miscelazione. Un siffatto dispositivo à ̈ utile per eseguire misure a partire da idrogeno permeato nel corpo .

In particolare, il dispositivo comprende mezzi per fissare la sonda con l’apertura disposta a contatto con detto corpo . I mezzi di fissaggio possono essere mezzi di tipo noto, in particolare possono comprendere mezzi meccanici come mezzi filettati, mezzi flangiati o mezzi saldati. In alternativa, o in aggiunta, i mezzi di fissaggio possono essere mezzi magnetici, come almeno una porzione di detta sonda realizzata in un materiale magnetico, nei casi in cui il corpo comprende un metallo attirabile da un materiale magnetico.

Gli scopi dell’invenzione sono altresì raggiunti da un metodo per misurare una quantità di idrogeno di permeazione emanante da un corpo , per caratterizzare un’interazione tra il corpo e l’idrogeno, il metodo comprendendo fasi di:

− disporre una camera di miscelazione in prossimità del corpo , in modo che la camera di miscelazione sia accessibile alla quantità di idrogeno di permeazione;

− introdurre una corrente di un gas di misura, in particolare aria ambiente, nella camera di miscelazione secondo una portata prefissata;

− formare una miscela del gas di misura e della quantità di idrogeno di permeazione nella camera di miscelazione; − convogliare la miscela su un sensore a stato solido; − rilevare attraverso il sensore a stato solido una concentrazione di idrogeno nella miscela gassosa, la fase di rilevazione comprendendo una fase di generazione di un segnale di misura dipendente dalla concentrazione di idrogeno;

− elaborare il segnale di misura, e produrre almeno un parametro caratterizzante l’interazione tra il corpo e l’idrogeno di permeazione.

In un’applicazione del metodo, un dispositivo provvisto di sonda con apertura per l’accesso dal corpo può essere usato per stimare e/o sorvegliare nel tempo un rischio associato alla presenza di idrogeno di permeazione, come il rischio di infragilimento da idrogeno in componenti metallici usati a contatto con un gas comprendente idrogeno. In tal caso, la fase di disposizione di una camera di miscelazione prevede una fase di disposizione di un’apertura di accesso della camera di miscelazione affacciata su una superficie esterna della parete, in particolare a contatto con la parete. Inoltre, à ̈ prevista una fase di aspirazione di gas dalla camera di miscelazione in modo da causare le fasi di introduzione di una corrente di gas di misura, formazione di una miscela e convogliamento della miscela. Inoltre, la fase di elaborazione del segnale di misura produce un valore (C) di tenore di idrogeno nella parete quale parametro di interazione. In particolare, la fase di elaborazione produce una pluralità di valori di distribuzione di tenore di idrogeno in detto corpo . Per produrre la pluralità di valori di distribuzione può essere eseguita una tecnica agli elementi finiti a partire dal segnale di segnale di misura, in funzione del tempo.

In particolare, il dispositivo può essere usato per sorvegliare il rischio di infragilimento da idrogeno in pareti di contenitori come elementi di tubazione, serbatoi e altre apparecchiature, usati per trasferire, conservare, trasformare un gas comprendente idrogeno in un processo industriale o di distribuzione.

In un’altra applicazione del metodo, un siffatto dispositivo può essere usato per stimare e/o sorvegliare nel tempo la corrosione della parete di un contenitore adibito al trasporto, alla conservazione o alla trasformazione di un liquido corrosivo. In tal caso, il metodo si distingue dal caso della stima e/o sorveglianza del rischio di infragilimento per il fatto che la fase di elaborazione del segnale di misura produce un valore di velocità di corrosione della parete ad opera del fluido corrosivo quale parametro di interazione.

Il contenitore può essere un elemento di tubazione, un serbatoio di stoccaggio o un’apparecchiatura. Com’à ̈ noto, infatti, in molti materiali metallici la corrosione decorre con riduzione di idrogeno e sua evoluzione in forma gassosa, una volta che nell’ambiente circostante la sede dell’attacco corrosivo non vi sono più le condizioni per la riduzione dell’ossigeno. Il metallo della parete in prossimità della sede di corrosione viene permeato da una quota dell’idrogeno prodotto in questo modo. Pertanto, la concentrazione dell’idrogeno nella miscela gassosa che si forma nella sonda fornisce una misura di fenomeni di corrosione, anche generalizzata, all’interno di un tale contenitore. In altre parole, Il flusso di idrogeno permeato può essere correlato al tasso di corrosione e quindi alla perdita in peso/spessore della parete, permettendo di prevedere condizioni di instabilità, ad esempio, sotto l’azione della pressione interna o di altre condizioni di carico.

In una variante, la sonda comprende un condotto distanziatore avente una prima estremità provvista di detta apertura ed una seconda estremità, opposta alla prima estremità, in comunicazione pneumatica con la camera di miscelazione. Vantaggiosamente, nel caso di contenitori operanti ad alta temperatura, tipicamente oltre 150°C, la lunghezza del condotto distanziatore à ̈ scelta in modo che la temperatura in corrispondenza del sensore non superi una temperatura massima prefissata, per assicurare il funzionamento del sensore e/o per non pregiudicarne la durata.

In questo modo, à ̈ possibile stimare e/o sorvegliare fenomeni di corrosione, e/o rischi di infragilimento da idrogeno, rispettivamente nel caso di contenitori destinati a trattare fluidi corrosivi e/o gas che possono contenere idrogeno, anche in condizioni di elevata temperatura. In particolare, il dispositivo secondo questa variante dell’invenzione può essere impiegato per stimare e sorvegliare fenomeni di attacco da idrogeno, Hydrogen embrittlement e Hydrogen disbonding, cioà ̈ separazione di rivestimenti interni a causa dell’idrogeno per effetto del raffreddamento. Ciò à ̈ particolarmente utile nel caso dei reattori di idrocracking.

In un’altra variante, il dispositivo comprende mezzi per spostare la sonda mantenendo l’apertura a una distanza predeterminata da una superficie, lungo una linea di spostamento predefinita. In particolare, i mezzi per spostare la sonda sono mezzi automatici per spostare la sonda secondo un programma di tempo predeterminato, o seguendo uno spostamento di un’apparecchiatura operatrice esterna.

In un’ulteriore applicazione del metodo, un siffatto dispositivo può essere usato per misurare l’idrogeno gassoso che si genera durante l’esecuzione di una saldatura automatica di due elementi metallici, in cui si forma un cordone di saldatura. A tal fine, il dispositivo può comprendere mezzi di collegamento, di tipo noto, con una testa di saldatura di un dispositivo per saldatura automatica. Trovandosi a distanza dagli elementi metallici da saldare, attraverso l’apertura viene aspirata anche aria di misura dall’atmosfera. Inoltre, il metodo si distingue dal caso della stima e/o sorveglianza del rischio di infragilimento in un corpo metallico a contatto con un gas contenente idrogeno per il fatto che la fase di disposizione di una camera di miscelazione comprende una fase di spostamento della camera di miscelazione, seguendo un fronte del cordone in formazione, ad una distanza predeterminata dai componenti metallici.

In tal modo, Ã ̈ possibile stimare e sorvegliare nel tempo il contenuto di idrogeno residuo nel cordone di saldatura, principale responsabile del fenomeno di collasso noto come cold cracking.

Rientra nell’ambito dell’invenzione anche un apparato per eseguire saggi di permeazione elettrochimica in un campione di un materiale , tale apparato comprendendo:

− un dispositivo generare idrogeno gassoso su una prima faccia del campione ;

− un dispositivo secondo l’invenzione, come sopra descritto, in cui la sonda à ̈ disposta con la propria apertura a contatto con una seconda faccia, opposta alla prima, del campione , e i mezzi a programma sono idonei a calcolare un parametro di interazione scelto tra:

− un coefficiente di diffusione o diffusività del materiale;

− un tenore medio di idrogeno assorbito nel corpo ; − una distribuzione di idrogeno assorbito nel corpo. In particolare, il dispositivo per generare idrogeno à ̈ una cella elettrolitica di generazione di idrogeno comprendente un anodo e un catodo atti ad essere portati a una differenza di potenziale di lavoro, e una soluzione elettrolitica disposta tra l’anodo e il catodo, in cui il campione, realizzato in un materiale metallico, ha un potenziale uguale al potenziale del catodo, ed ha la prima faccia a contatto con la soluzione elettrolitica, in cui la differenza di potenziale e la soluzione elettrolitica sono scelte in modo da causare una riduzione dell’idrogeno sulla prima faccia.

In tal modo, viene fornito un dispositivo per misure di permeazione vantaggioso rispetto ai dispositivi della tecnica nota, ad esempio rispetto alla cella di Devanathan-Stachurski, precedentemente menzionata. Infatti, il dispositivo comprende una sola semi-cella elettrolitica per la generazione dell’idrogeno, mentre non comprende una semi-cella elettrolitica di lettura. Non à ̈ quindi necessario utilizzare un’ulteriore soluzione elettrochimica per la lettura, per cui:

− si evitano problemi di corrosione, in quanto il campione non ha una faccia anodica esposta a tale soluzione di lettura;

− non à ̈ necessario passivare inizialmente il campione, prima del saggio di permeazione, con notevole risparmio di tempo;

− non à ̈ richiesta un'accurata preparazione superficiale del campione, meccanica e di pulizia, come invece richiede una lettura di tipo elettrochimico.

Oltre che per determinare la diffusività, tale apparato può essere usato per condurre saggi preliminari per valutare preliminarmente la stabilità di uno strato di smalto su un metallo, impiegando un campione, prima di procedere al trattamento di smaltatura sui pezzi finiti.

In una forma realizzativa, la sonda del dispositivo comprende un contenitore atto ad ospitare il corpo, in modo che l’idrogeno di permeazione, formi la miscela gassosa con il gas di misura in tale contenitore, e i mezzi di elaborazione sono configurati per:

− calcolare nel tempo un valore di flusso di idrogeno a partire dalla portata del gas di misura e dalla concentrazione;

− calcolare, quale parametro caratterizzante l’interazione, un parametro di assorbimento di idrogeno, in particolare un tenore medio di idrogeno assorbito nel corpo, mediante integrazione nel tempo del flusso di idrogeno, durante un intervallo di tempo predeterminato.

In tal modo, l’invenzione permette di misurare il rilascio di idrogeno da parte di corpi, ad esempio metallici, quali pezzi meccanici quali elementi di bulloneria, fornendo un’alternativa meno costosa e di più facile utilizzazione rispetto ai desorbitori attualmente in uso. In particolare, costituisce un vantaggio la possibilità di evitare l'impiego di gas tecnici come azoto e argon per eseguire la misura. Ciò comporta una riduzione dei costi, una maggiore semplicità d'uso e migliori condizioni di sicurezza. Inoltre, le misure possono essere condotte in tempi inferiori poiché non à ̈ necessario eseguire alcuna calibrazione per tenere conto della presenza di tali gas tecnici.

In una variante, il dispositivo può comprendere mezzi di riscaldamento del corpo , ad esempio elettrico o a induzione, in modo da facilitare l’evoluzione di idrogeno dal corpo solido.

In particolare, i mezzi di elaborazione sono configurati per produrre una pluralità di valori di distribuzione di tenore di idrogeno nel corpo . Preferibilmente, i mezzi di elaborazione sono configurati per eseguire una tecnica agli elementi finiti per produrre la pluralità di valori di distribuzione a partire dal segnale di segnale di misura, in funzione del tempo.

Con un siffatto dispositivo à ̈ inoltre possibile conoscere il quantitativo di idrogeno ad una temperatura, ad esempio ad una temperatura di servizio del pezzo.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione di sue forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

− la figura 1 mostra schematicamente un dispositivo secondo l’invenzione;

− la figura 2 mostra schematicamente un dispositivo per determinare il contenuto di idrogeno in un pezzo durante un trattamento galvanico;

− la figura 3 mostra più in dettaglio la sonda del dispositivo di figura 2, in una forma realizzativa preferita;

− la figura 4 mostra schematicamente un apparato per eseguire saggi di permeazione elettrochimica di idrogeno in un campione, comprendente in dispositivo secondo l’invenzione;

− la figura 5 à ̈ una vista prospettica schematica della sonda del dispositivo di figura 4;

− le figure 6 e 7 mostrano schematicamente un dispositivo per monitorare nel tempo l’idrogeno di permeazione nella parete di un contenitore contenente idrogeno gassoso, o per sorvegliare la corrosione di una parete di un contenitore contenente un fluido corrosivo; − la figura 8 à ̈ una vista schematica in sezione della sonda del dispositivo delle figure 6 e 7;

− Le figure 9 e 10 mostrano schematicamente un dispositivo analogo al dispositivo delle figure 6 e 7, idoneo per operare ad alta temperatura;

− la figura 11 mostra schematicamente un dispositivo per la misura dell’idrogeno gassoso che si genera durante una saldatura eseguita con un procedimento automatico;

− la figura 12 mostra schematicamente un dispositivo per determinare la quantità di idrogeno inglobato in un corpo come un pezzo meccanico finito;

− la figura 13 mostra un dispositivo integrato secondo l’invenzione;

− la figura 14 mostra schematicamente un procedimento per la determinazione della diffusività.

Descrizione delle forme realizzative preferite

Con riferimento alla figura 1, viene descritto un dispositivo 10 per misurare una quantità di idrogeno di permeazione 13 emanata da un corpo 8, allo scopo di caratterizzare un’interazione tra il corpo 8 e l’idrogeno 13. Il dispositivo comprende una sonda 7 che racchiude una camera di miscelazione 7’, accessibile all’idrogeno di permeazione 13, e provvista di una luce di ingresso 27 per un gas di misura 26. La luce di ingresso può essere una presa d’aria atmosferica o un attacco idoneo per un contenitore come una bombola, non rappresentata, contenente un gas in pressione come aria. Il dispositivo 10 comprende inoltre un sensore a stato solido 15, e di mezzi 29 di comunicazione pneumatica del sensore 15 con la camera di miscelazione 7’. Il dispositivo 10 comprende inoltre mezzi di movimentazione 14 di gas per produrre un flusso del gas di misura dalla luce di ingresso 27 verso il sensore a stato solido 15, secondo una portata W prefissata. Sotto l’azione dei mezzi di movimentazione, nella camera di miscelazione 7 si forma una miscela 24 dell’idrogeno di permeazione 13 e del gas di misura 26, che viene convogliata sul sensore a stato solido 15 mediante i mezzi di connessione 28. Il sensore 15 à ̈ configurato per rilevare la concentrazione F dell’idrogeno nella miscela gassosa 24, producendo un segnale di misura 19 che dipende dalla concentrazione F.

Nella forma realizzativa di figura 1, i mezzi di movimentazione di gas possono comprendere un ventilatore 14, disposto preferibilmente a valle del sensore 15, o di una camera accessibile al sensore 15. In un’altra forma realizzativa, il sensore 15 può essere disposto tra la camera di miscelazione 7 e il sensore 15. In particolare, come si vedrà nel seguito, la sonda e il sensore possono formare un dispositivo integrato in cui il sensore 15 à ̈ disposto in una porzione interna della sonda 7.

In una forma realizzativa, non rappresentata, i mezzi di movimentazione possono comprendere mezzi di regolazione della portata, ad esempio una valvola di regolazione, associati ad un contenitore di gas in pressione come una bombola.

Il dispositivo 10 comprende inoltre mezzi di elaborazione 16 funzionalmente connessi con il sensore a stato solido 15 in modo da ricevere il segnale di misura 19. I mezzi di elaborazione 16 sono atti a elaborare il segnale di misura 19 per produrre un parametro 17 che caratterizza l’interazione tra il corpo 8 e l’idrogeno di permeazione 13.

Con riferimento alla figura 2, viene descritto un dispositivo 20 per determinare il contenuto di idrogeno in un pezzo in lavorazione durante un trattamento in un bagno elettrochimico, ad esempio un trattamento galvanico. Un dispositivo di trattamento galvanico comprende, schematicamente, una vasca di trattamento 80 atta a contenere una soluzione o bagno di trattamento galvanico 81, un circuito elettrico 82, un generatore di forza elettromotrice 83 disposto lungo il circuito elettrico 82, un elemento catodico 84’ e un elemento anodico 84†in uso immersi nella soluzione di trattamento 81 contenuta nella vasca 80. Un pezzo 85 da sottoporre a trattamento galvanico à ̈ disposto all’interno della vasca 80, immerso nella soluzione di trattamento 81.

Il dispositivo 20 comprende una sonda 21. La sonda 21 può essere realizzata in un qualsiasi materiale metallico, non necessariamente uguale al materiale del pezzo in lavorazione 85, in quanto le condizioni di riduzione dell'idrogeno dipendono dalle condizioni del bagno. La sonda 21 in uso ha una superficie esterna parzialmente immersa nella soluzione 81 contenuta nella vasca 80, ed à ̈ collegata elettricamente al catodo 84’. Nella forma realizzativa rappresentata, la sonda 21 comprende un tubo a forma di “U†. Sono possibili altre forme, a condizione che un’estremità 21’ del tubo possa emergere dal bagno 81 per connessione ad una presa per un gas di misura, ad esempio una presa d’aria ambiente. In alternativa, la sonda 21 può comprendere un elemento a forma di serpentina, non rappresentato. Un’estremità 21†del tubo ad “U†21 à ̈ collegata attraverso un condotto 22 al sensore a stato solido 15.

Durante il trattamento galvanico, dell’idrogeno gassoso 13 si sviluppa sia sulla superficie esterna della sonda 21 che sulla superficie esterna del pezzo 85. Nel caso della sonda 21, l’idrogeno 13 permea all'interno del tubo ad “U†21 dove si miscela con l'aria di misura 26 aspirata dal ventilatore 14 attraverso la presa di estremità 21’, formando una miscela aria/idrogeno 24. La miscela 24 raggiunge il sensore 15, per effetto dell’aspirazione ad opera del ventilatore 14. Il sensore 15 à ̈ idoneo a emettere un segnale elettrico di misura 19 dipendente, in particolare proporzionalmente, dalla concentrazione di idrogeno nella miscela 24 analizzata al passaggio. L’elettronica del sensore 15 à ̈ elettricamente connessa con l’unità di elaborazione 16 per inoltravi il segnale 19.

Nell’unità di elaborazione 16 il segnale 19 viene elaborato ottenendo uno o più parametri (17) che descrivono l’interazione tra l’idrogeno di permeazione 13 e la sonda 21, e quindi tra l’idrogeno di permeazione 13 e il pezzo 85. In particolare, l’unità di elaborazione 16 à ̈ in grado di produrre valori di un profilo di tenore C di idrogeno residuo nel pezzo 85, confrontabili con un valore massimo di tenore C*, chiamato tenore critico, oltre il quale il rischio di infragilimento da idrogeno à ̈ inaccettabile. L’unità di elaborazione 16 può essere configurata per eseguire in automatico tale confronto notificandone l’esito ad un operatore attraverso mezzi convenzionali di visualizzazione quali display digitali o analogici e/o allarmi ottici e/o acustici.

Per produrre valori di un profilo di tenore C nel tempo, ossia una rappresentazione dell’andamento della concentrazione di idrogeno residuo in funzione del tempo nel pezzo 85, i mezzi di elaborazione 16 possono essere configurati in modo da eseguire una tecnica agli elementi finiti.

In altre parole, conoscendo il coefficiente di diffusione D dell’idrogeno nel metallo, la concentrazione critica C*, nonché caratteristiche del pezzo come la superficie S e lo spessore T, à ̈ possibile misurare il flusso Φ dell’idrogeno 13 attraverso la superficie della sonda 21. È quindi possibile calcolare la concentrazione C di idrogeno assorbito nel metallo. In particolare il coefficiente di diffusione D può essere calcolato dal flusso Φ. Confrontando C con C* à ̈ possibile valutare il rischio di infragilimento da idrogeno del pezzo.

L’unità di elaborazione 16 può altresì essere configurata per calcolare un valore di efficienza catodica ηcdel processo. Inoltre, l’unità di elaborazione 16 può altresì essere configurata per formare un segnale di controllo in una forma utilizzabile ad essere ricevuto da un’unità di supervisione per eseguire un controllo di processo.

Il dispositivo 20 può essere impiegato anche per valutare il rischio di infragilimento da idrogeno in un pezzo sottoposto ad un trattamento in un bagno chimico quale un decapaggio. La configurazione di tale dispositivo di tale bagno può essere ottenuta da quella di figura 2, omettendo il dispositivo elettrico comprendente i particolari 82,83,84’,84†.

La sonda 21 à ̈ tipicamente una sonda monouso in quanto, durante il trattamento e la relativa misura, si ricopre anch’essa del rivestimento caratteristico del bagno galvanico 81, e quindi il dispositivo 20 à ̈ preferibilmente realizzato in modo da agevolare la sostituzione della sonda 21, cioà ̈ l’estrazione e il posizionamento di questa nella vasca 80.

Con riferimento alla figura 4, viene descritto un apparato 40 per eseguire saggi di permeazione elettrochimica in un campione 86. Il dispositivo 40 comprende mezzi 31 di generazione di idrogeno gassoso 13. Nella forma realizzativa mostrata, i mezzi di generazione 13 comprendono un’unità di generazione elettrolitica o cella di generazione 31. La cella di generazione 31 comprende un contenitore 32 contenente in uso una soluzione di generazione 33, e un circuito 34 comprendente un generatore di forza elettromotrice 35 ed un anodo 36 disposto nel contenitore 32 ed immerso nella soluzione di generazione 33. L’anodo 36 à ̈ connesso con il polo positivo del generatore 35. Il polo negativo del generatore 35 à ̈ collegabile con un catodo 37. Se il campione 86 à ̈ realizzato in un materiale metallico, Il catodo 37 può comprendere o essere a contatto con il campione 86. La soluzione di generazione 33 può essere scelta in base a un'applicazione tecnologica per cui viene eseguito il saggio di permeazione preliminare. Nel caso della smaltatura, la soluzione di generazione può essere una soluzione di NaOH oppure di H2SO4insieme con promotori di sviluppo di idrogeno. Nel caso del decapaggio, la soluzione di generazione 33 può essere un bagno di decapaggio convenzionale.

Nell’apparato 40, il campione 86 à ̈ disposto elettricamente al potenziale del catodo 37 della cella di generazione 31, pertanto sul campione 86 può avvenire la riduzione dell’idrogeno che permea attraverso il materiale e poi fuoriesce come idrogeno gassoso 13.

L’apparato 40 comprende inoltre un dispositivo 30, secondo l’invenzione, per misurare la quantità di idrogeno di permeazione 13 emanante dal campione 86. Il dispositivo 30, secondo l’invenzione, comprende una sonda 38. La sonda 38 può essere un elemento sostanzialmente a campana come in figura 5, che ospita al proprio interno una camera di miscelazione 38’, provvista di un’apertura di accesso 29 per l’idrogeno di permeazione 13 (figura 5), e provvista anche di almeno una luce di ingresso per aria ambiente 26, quale gas di misura. La sonda à ̈ anche provvista di mezzi, non rappresentati, per disporre la sonda 38 con l’apertura 29 affacciata sul corpo o campione 86, in questo caso preferibilmente dispone di mezzi di fissaggio sul campione 86.

Il dispositivo 30 comprende inoltre un sensore a stato solido 15, nonché mezzi di movimentazione di gas 14, ad esempio un ventilatore 14. Sono altresì previsti mezzi di comunicazione pneumatica 28 tra la camera di miscelazione 38’ e il ventilatore 51. In particolare, i mezzi di comunicazione pneumatica possono comprendere un alloggiamento del sensore 15 nella sonda 38, con cui il sensore 15 forma un dispositivo integrato come in figura 13.

L’idrogeno di permeazione 13 proveniente dal campione 86 accede nella camera di miscelazione 38’ della sonda 38 attraverso l’apertura 29. Nella camera di miscelazione 38’, l’idrogeno di permeazione 13 si miscela con l’aria aspirata attraverso la luce 27 sotto l’azione del ventilatore 14, formando una miscela aria/idrogeno 24. La miscela 24 raggiunge il sensore 15, per effetto dell’aspirazione ad opera del ventilatore 14. Il sensore 15 à ̈ idoneo a emettere un segnale elettrico 19 dipendente, in particolare proporzionalmente, dalla concentrazione di idrogeno nella miscela 24 analizzata al passaggio. L’elettronica del sensore 15 à ̈ elettricamente connessa con l’unità di elaborazione 16 per inoltravi il segnale 19. Nell’unità di elaborazione 16 il segnale 19 può essere elaborato per determinare la diffusività D dell’idrogeno nel campione 86 e un valore di concentrazione media di idrogeno permeato nel campione 86.

La determinazione della diffusività D può essere eseguita ricorrendo al noto procedimento impiegato nelle determinazioni secondo la tecnica nota, mediante la cella di Devanathan-Stachurski. Più in dettaglio, con riferimento alla figura 14, il segnale di misura 19, ad esempio un segnale di corrente i(t) viene riportato in un grafico corrente-tempo a partire da un istante di inizio saggio t0, ed ha un andamento dapprima crescente da un valore i0, per poi attestarsi su un valore sostanzialmente costante i1. Il segnale viene integrato nel tempo tra l’istante t0e l’istante generico t, ottenendo la funzione 18 che approssima una linea retta 18’ a misura che il segnale 19 assume il valore i1. L’intercetta della retta 18’ con l’asse del tempo identifica un valore di tempo tLnoto come time-lag, che permette di ricavare la diffusività D attraverso la formula D=σ<2>/6tL, in cui σ à ̈ lo spessore del campione.

In un saggio preliminare di smaltatura, oltre alla fase di determinazione della diffusività D, à ̈ prevista una fase di misura dei tempi di attraversamento dell’idrogeno attraverso il campione 86 e una fase di calcolo dell’idrogeno libero CLnel campione 86.

Tali valutazioni permettono di mantenere il processo di smaltatura conforme alle normative EN10209, UNI9904, UNI8763.

Il valore di concentrazione media di idrogeno permeato nel campione 86 può essere determinato per integrazione del segnale 19 (figura 14) in un intervallo predeterminato t0-t1a partire da un tempo di inizio saggio t0.

Con riferimento alla figura 13, viene descritta una forma realizzativa integrata del dispositivo 30, in cui un corpo allungato 6 racchiude la camera di miscelazione 38’ della sonda 38 e un alloggiamento 28 per il sensore 15 che fornisce una comunicazione pneumatica del sensore 15 con la camera di miscelazione 38. Il corpo allungato 6’ à ̈ provvisto di mezzi di fissaggio di una propria estremità, non rappresentati, al corpo 86. In corrispondenza della medesima estremità, il corpo allungato 6 presenta due aperture 29 di accesso del idrogeno di permeazione 13, proveniente dal corpo 86, nella camera di miscelazione 38’. Nell’estremità opposta del corpo allungato 6, in corrispondenza dell’alloggiamento 28 per la sonda 15, sono previsti elementi di supporto per la sonda 15. Lo spazio compreso tra la luce di ingresso 26 e l’alloggiamento 28 definisce la camera di miscelazione 38’, atta a consentire la formazione della miscela 24 del idrogeno di permeazione 13 e dell’aria di misura 26. In corrispondenza dell’alloggiamento 28, il corpo 6 presenta inoltre una luce di uscita 28†per la miscela gassosa 24. La luce di uscita 28†à ̈ in comunicazione pneumatica con un ventilatore 14 solidale al corpo allungato 6.

Il sensore a stato solido 15 può essere, per esempio, un sensore MikroKera 4L Hydrogen Sensor disponibile da Sinkera Technologies Inc.

Con riferimento alle figure 6-8 viene descritto un dispositivo 50, secondo una forma realizzativa dell’invenzione, per monitorare lo stato di membrature destinate a contenere fluidi corrosivi a temperatura ambiente, ad esempio in ambito petrolchimico. La figura 6 mostra un contenitore 91, come un elemento di tubazione, contenente o in particolare percorso da un liquido di processo corrosivo 92. Il dispositivo 50 à ̈ applicato sulla faccia esterna della parete metallica 91 del contenitore 91’ con mezzi convenzionali, ad esempio mezzi magnetici se consentito dal materiale del contenitore 91. Il dispositivo 50 à ̈ vantaggiosamente provvisto di una connessione elettrica 59’ per l’alimentazione ed eventualmente una connessione dati 59†per esportare dati elaborati dall’unità di elaborazione 16, secondo lo schema di figura 1. Più in dettaglio, come mostrato in figura 7, il dispositivo 50 comprende una sonda 51 che racchiude una camera di miscelazione 51’. La sonda 51 à ̈ inoltre provvista di una luce di ingresso 27 per aria ambiente in corrispondenza o in vicinanza della porzione contigua alla membratura 91, e di un alloggiamento 28 per una sonda a stato solido 51, per porre in comunicazione pneumatica la sonda 51 e la camera di miscelazione 51’, in una porzione della sonda 51 distante dalla parete 91.

La sonda 51 comprende mezzi di fissaggio alla superficie esterna della parete 91’, non rappresentati, ad esempio mezzi magnetici di fissaggio. L’idrogeno di permeazione 13 proveniente dal campione 86 accede nella camera di miscelazione 51’ e attraverso l’apertura 29. Nella camera di miscelazione 51’, l’idrogeno di permeazione 13 si miscela con l’aria aspirata attraverso la luce di ingesso 27 sotto l’azione del ventilatore 14, formando una miscela aria/idrogeno 24. La miscela 24 raggiunge il sensore 15, per effetto dell’aspirazione ad opera del ventilatore 14. Il sensore 15 à ̈ idoneo a emettere un segnale elettrico 19 dipendente, in particolare proporzionalmente, dalla concentrazione di idrogeno nella miscela 24 analizzata al passaggio. L’elettronica del sensore 15 à ̈ elettricamente connessa con l’unità di elaborazione 16 per inoltravi il segnale 19. Nell’unità di elaborazione 16 il segnale 19 viene processato ottenendo un valore di concentrazione di idrogeno permeato nella parete 91’. La sonda 51, il sensore 15, il ventilatore 14 e i mezzi di elaborazione 16 possono essere racchiusi in una scatola 54 atta ad essere fissata alla parete 91 del contenitore 91. Più in particolare, il dispositivo 50 può essere un dispositivo integrato come mostrato in figura 13.

Il metodo prevede una fase di calcolo, a partire dal segnale di misura 19, riferibile al flusso di idrogeno Φ, della concentrazione effettiva locale C di idrogeno nel metallo, mediante una tecnica a elementi finiti come sopra indicato. In alternativa, o in aggiunta, à ̈ prevista una fase di valutazione di una velocità di corrosione del metallo ad opera del fluido corrosivo.

Il dispositivo 50 delle figure 6, 7 e 8 può essere usato anche per eseguire misure di permeazione di idrogeno per valutare rischi associati alla presenza di idrogeno di permeazione, ad esempi rischi di infragilimento da idrogeno in una parete metallica 91’ di un contenitore 91 usato per contenere un gas 92 contenente idrogeno o un fluido 92 atto a sviluppare idrogeno. Più in dettaglio, il dispositivo 50 può essere impiegato per valutare la presenza di un tenore C di idrogeno superiore a un prefissato valore di infragilimento C*, al di sopra del quale vi sono rischi significativi, ad esempio, di infragilimento da idrogeno della parete 91’. In questo caso, i mezzi di elaborazione 16 sono configurati per produrre un valore C di tenore di idrogeno nella parete 91’ a partire dal segnale di misura 19 riferibile alla concentrazione di idrogeno nella miscela gassosa 26.

Con riferimento alle figure 9 e 10 viene descritto un dispositivo 60, secondo una forma realizzativa dell’invenzione, per monitorare lo stato di contenitori destinati a contenere fluidi corrosivi ad alta temperatura, non compatibile con l’operatività di un sensore a stato solido. La figura 9 mostra un contenitore 93, come un serbatoio, contenente un liquido di processo corrosivo. Il dispositivo 60 comprende una sonda 61, a sua volta comprendente un camera di miscelazione 62, sulla quale si affaccia il sensore 15 a stato solido, e un distanziatore 63, in questo caso di forma tubolare, per distanziare il sensore 15 e i mezzi di elaborazione 16 dalla parete 93’ del serbatoio 93. Il distanziatore 63 ha una prima estremità prospiciente la superficie esterna della parete 93’ e una seconda estremità opposta alla prima estremità, in comunicazione pneumatica con la camera di miscelazione 62. Il tubo distanziatore 63 ha una lunghezza L tale da garantire che in corrispondenza della camera di miscelazione 62 la temperatura sia compatibile con l’operatività del sensore a stato solido. La camera di miscelazione 62, il sensore 15, il ventilatore 14 e i mezzi di elaborazione 16 possono essere racchiusi in una scatola 54. Più in particolare, il dispositivo 60 può essere un dispositivo integrato come mostrato in figura 13.

Nella forma realizzativa di figura 10, La porzione di misura 60 può comprendere una struttura come il dispositivo 50 delle figure 6-8. In altre parole, il dispositivo 60 può differire dal dispositivo 50 per il solo tubo distanziatore 63.

La fase di elaborazione à ̈ analoga a quella descritta riferendosi al dispositivo 50. La fase di elaborazione può inoltre comprendere fasi di

− calcolo della concentrazione critica per il fenomeno del distacco di parete del reattore (disbonding);

− calcolo della concentrazione critica per l'HE;

− calcolo del grado di rischio per l'attacco da idrogeno.

Il dispositivo 60 delle figure 9 e 10 può essere usato anche per eseguire misure di permeazione di idrogeno per valutare rischi come infragilimento da idrogeno in una parete metallica 93’ di un contenitore 93 usato per contenere un gas ad una temperatura elevata, comprendente idrogeno gassoso o un fluido atto a sviluppare idrogeno gassoso. Più in dettaglio, il dispositivo 60 può essere impiegato per valutare la presenza di un tenore C di idrogeno superiore a un prefissato valore di infragilimento C*, al di sopra del quale vi sono rischi significativi, ad esempio, di infragilimento da idrogeno della parete 93’. In questo caso, i mezzi di elaborazione 16 sono configurati per produrre un valore C di tenore di idrogeno nella parete 93 a partire dal segnale di misura 19 riferibile alla concentrazione di idrogeno nella miscela gassosa 26.

Con riferimento alla figura 11, viene descritto un dispositivo 65 per la misura dell’idrogeno gassoso che si genera durante l’esecuzione di una saldatura di due elementi metallici 67’,67†lungo una linea di saldatura 68, formando un cordone di saldatura 69 con un metodo automatico. Il dispositivo 65 comprende una sonda 66 che può vantaggiosamente comprendere mezzi di collegamento con una testa di saldatura di una apparecchiatura di saldatura automatica, non rappresentata, oppure può essere associata con mezzi per realizzare uno spostamento della camera di miscelazione 66 sincrono con la testa di saldatura. La sonda 66 viene disposta ad una distanza dagli elementi metallici 67’,67†, preferibilmente ad una distanza dell’ordine di alcuni millimetri, in modo da aspirare, assieme all’idrogeno che si genera durate il processo di saldatura, aria atmosferica 26, in modo da formare una miscela aria/idrogeno 24 in una camera di miscelazione 66’ interna alla sonda 66. La miscela 24 viene convogliata verso un sensore 15 e trattata come nei dispositivi precedentemente descritti.

I mezzi di elaborazione 16 del dispositivo 65 sono in questo inoltre comprendere una fase di calcolo del grado di rischio per cold cracking da idrogeno in saldatura.

Con riferimento alla figura 12, viene mostrato un dispositivo 70 per determinare la quantità di idrogeno trattenuto in un corpo, in particolare in un pezzo meccanico 94 come un elemento di bulloneria. Il dispositivo 70 comprende una sonda 71 comprendente un contenitore 72, in questa forma realizzativa un tubo a “U†72 atto a ricevere il pezzo 94. Il tubo a “U†72 ha due porzioni di estremità 73’ e 73†ed à ̈ provvisto di una luce 27 di ingresso per l’aria ambiente, in prossimità dell’estremità 73’, ed una luce di uscita 28 in prossimità dell’estremità di collegamento 73†, che formano una connessione pneumatica con un sensore a stato solido 15. Il sensore a stato solido à ̈ montato su un supporto tubolare 77 assieme a un ventilatore 14 di aspirazione.

In una variante, il dispositivo 70 può comprendere mezzi di riscaldamento del pezzo 94, ad esempio mezzi di riscaldamento elettrico o a induzione, di tipo convenzionale, non rappresentati.

Per effetto dell’esposizione al flusso di aria di misura 26, ed eventualmente per effetto del riscaldamento, il campione 94 rilascia in forma gassosa idrogeno di permeazione 13 residuo di una precedente lavorazione. L’idrogeno gassoso 13 forma una miscela gassosa ariaidrogeno 24 con l’aria di misura 26 aspirata attraverso la luce di ingresso 27. La miscela gassosa 24 raggiunge il sensore 15, attraverso la connessione pneumatica 28, per effetto dell’aspirazione ad opera del ventilatore 14. Il sensore 15 à ̈ idoneo a emettere un segnale elettrico 19 dipendente, in particolare proporzionalmente, dalla concentrazione di idrogeno nella miscela 24 analizzata al passaggio, e quindi dal quantitativo di idrogeno 13 che il pezzo 94, nelle condizioni di prova, rilascia nel tempo. Il segnale 19 viene processato come descritto riferendosi agli esempi precedenti.

In tal caso, i mezzi di elaborazione 16 sono configurati per calcolare nel tempo un valore di flusso Φ di idrogeno, partendo dalla portata W del gas di misura 26, nota ad esempio dalle caratteristiche di mezzi di movimentazione gas quali un ventilatore volumetrico, e dalla concentrazione F dell’idrogeno nella miscela gassosa 24, determinato ad opera del sensore 15. I mezzi di elaborazione 16 sono configurati anche per calcolare, in particolare, il tenore medio Cmdi idrogeno assorbito nel corpo 94, mediante integrazione nel tempo del flusso di idrogeno contenuto nella miscela gassosa 24, durante un intervallo di tempo predeterminato.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica dello strumentario secondo l’invenzione, per l’applicazione di un dispositivo per misure di permeazione di idrogeno, e delle sue modalità di utilizzo, à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo (10,20,30,50,60,65,70) per misurare una quantità di idrogeno di permeazione (13) emanante da un corpo (8,21,85,86,87,91,93,69,94), per caratterizzare un’interazione tra detto corpo e detto idrogeno di permeazione (13), detto dispositivo comprendendo: − una sonda (7,21,38,51,61,66,71) comprendente: − una luce di ingresso (27) di un gas di misura (26), in particolare aria ambiente; − una camera di miscelazione (7’,25,38’,51’,62,72) accessibile a detta quantità di idrogeno di permeazione (13) e in collegamento pneumatico con detta luce di ingresso (27), detta camera di miscelazione essendo configurata per formare una miscela gassosa (24) comprendente detto idrogeno di permeazione (13) e detto gas di misura (26), − un sensore a stato solido (15) atto a rilevare una concentrazione (F) di idrogeno in detta miscela gassosa (24), detto sensore a stato solido (15) essendo in comunicazione pneumatica con detta camera di miscelazione (7’,25,38’,62,72) in modo da entrare in contatto con detta miscela gassosa (24) , detto sensore a stato solido (15) essendo atto a generare un segnale di misura (19) dipendente da detta concentrazione (F) di idrogeno; − mezzi di movimentazione di gas (14) per produrre un flusso (Φ) di detto gas di misura (26) da detta luce di ingresso (27) verso detto sensore a stato solido (15), secondo una portata (W) prefissata; − mezzi di elaborazione (16) funzionalmente connessi con detto sensore a stato solido (15) in modo da ricevere detto segnale di misura (19), detti mezzi di elaborazione (16) essendo configurati per elaborare detto segnale di misura (19) e per produrre almeno un parametro (17) caratterizzante detta interazione tra detto corpo (8,21,86,87,91,93,69,94) e detto idrogeno di permeazione (13).
2. 2. Un dispositivo (20) per misurare una quantità di idrogeno di permeazione in un corpo metallico (85) sottoposto a un trattamento in un bagno di trattamento (81), detto trattamento decorrendo con uno sviluppo di idrogeno gassoso su una superficie di detto corpo metallico (85), in cui: − detta sonda (21) ha un involucro metallico (23) che definisce detta camera di miscelazione (25); − detta sonda à ̈ conformata per essere immersa almeno in parte in detto bagno di trattamento (81); − detto involucro metallico (23) à ̈ esso stesso atto a subire detto trattamento su una propria superficie esterna esposta a detto bagno di trattamento (81) ed a essere permeata da un’ulteriore quantità di detto idrogeno di permeazione (13), in modo che detto idrogeno di permeazione (13) permei attraverso detto involucro metallico (23) e acceda in detta camera di miscelazione (25); − detti mezzi di elaborazione (16) sono configurati per produrre, quale detto parametro (17) caratterizzante detta interazione, un parametro scelto tra: − un tenore (C) di idrogeno di permeazione (13) assorbito in detto corpo metallico (85); − un parametro di efficienza (η) di detto trattamento, più in particolare un parametro di efficienza catodica (ηC) di detto trattamento, in particolare detta sonda comprende un corpo tubolare (21) avente una prima estremità (21’) in comunicazione pneumatica con detta luce di ingresso (27) e una seconda estremità (21†) connessa con una luce di uscita attraverso cui detto sensore a stato solido (15) à ̈ in comunicazione pneumatica con detta camera di miscelazione (25), in particolare, detto trattamento à ̈ scelto tra: − un processo di deposizione elettrochimica di un metallo di rivestimento; − un processo di decapaggio; − un processo di fresatura chimica; − un processo di pulizia elettrochimica.
3. 3. Un dispositivo (30,50,60,65) come da rivendicazione 1, in cui detta sonda (38,51,61,66) ha un’apertura di accesso di detto idrogeno di permeazione (13), e detto dispositivo (30,50,60,65) comprende mezzi per disporre detta sonda (38,51,61,66) con detta apertura di accesso affacciata su detto corpo (86,87,91,93,69), in modo che detto idrogeno di permeazione (13) emanante da detto corpo (86,87,91,93,69) passi attraverso detta apertura di accesso accedendo quindi in detta camera di miscelazione (38’,51’,61’,66’).
4. 4. Un dispositivo (30,50,60) come da rivendicazione 3, comprendente mezzi per fissare detta sonda (38,51,61) con detta apertura di accesso disposta a contatto con detto corpo (86,87,91,93), in particolare detta sonda (61) comprende un condotto distanziatore (63) avente una prima estremità provvista di detta apertura di accesso e una seconda estremità, opposta a detta prima estremità, in comunicazione pneumatica con detta camera di miscelazione (62).
5. 5. Un apparato (40) per eseguire saggi di permeazione in un campione (86) di un materiale, detto apparato (40) comprendendo: − un dispositivo (31) per generare idrogeno gassoso (13) su una prima faccia (88) di detto campione (86); − un dispositivo (30) come da rivendicazione 4, in cui: − detta sonda (38) à ̈ disposta con detta apertura di accesso (29) a contatto con una seconda faccia (89), opposta a detta prima faccia (88) di detto campione (86), e − detti mezzi di elaborazione (16) sono idonei a calcolare un parametro di interazione (17) scelto tra: − un coefficiente di diffusione o diffusività (D) di detto materiale; − un tenore medio (Cm) di idrogeno di permeazione (13) assorbito in detto corpo (86); − una distribuzione (C) di idrogeno di permeazione (13) assorbito in detto corpo (86), in particolare, detto campione (86) à ̈ realizzato in un materiale metallico, e detto dispositivo (31) per generare idrogeno gassoso à ̈ una cella elettrolitica di generazione (31) comprendente: − un anodo (36) e un catodo (37) atti ad essere portati a una differenza di potenziale (V), − una soluzione elettrolitica (33) tra detto anodo (36) e detto catodo (37), in cui detto campione (86) ha un potenziale uguale al potenziale di detto catodo (37), ed ha detta prima faccia (88) a contatto con detta soluzione elettrolitica (33), in cui detta differenza di potenziale (V) e detta soluzione elettrolitica (33) sono scelte in modo da causare una reazione di riduzione di detto idrogeno gassoso (13) su detta prima faccia (88).
6. 6. Un dispositivo (70) come da rivendicazione 1, in cui detta sonda (71) comprende un contenitore (72) atto ad ospitare detto corpo (94), in modo che detto idrogeno di permeazione (13) emanante da detto corpo (94) formi detta miscela gassosa (24) con detto gas di misura (26) in detto contenitore (72), e detti mezzi di elaborazione (16) sono configurati per: − calcolare nel tempo un valore di flusso (Φ) di idrogeno a partire da detta portata (W) di detto gas di misura (26) e da detta concentrazione di idrogeno (F); − calcolare, quale detto almeno un parametro (17) caratterizzante detta interazione, un parametro di assorbimento di idrogeno, in particolare un tenore medio (Cm) di idrogeno di permeazione assorbito in detto corpo (94) mediante integrazione nel tempo di detto flusso (Φ), durante un intervallo di tempo predeterminato, in particolare, detta sonda (71) comprende mezzi di riscaldamento per mantenere detto corpo (94) a una temperatura predeterminata mentre detto idrogeno di permeazione (13) emana da detto corpo (94).
7. 7. Un metodo per misurare una quantità di idrogeno di permeazione (13) emanante da un corpo (8,21,85,86,87,91,93,69,94), per caratterizzare un’interazione tra detto corpo e detto idrogeno di permeazione (13), detto metodo comprendendo fasi di: − disposizione di una camera di miscelazione (7’,25,38’,51’,62,66’,72) in prossimità di detto corpo (8,21,85,86,87,91,93,69,94), in modo che detta camera di miscelazione (7’,25,38’,51’,62,66’,72) sia accessibile a detta quantità di idrogeno di permeazione (13); − introduzione di una corrente di un gas di misura (26), in particolare aria ambiente, in detta camera di miscelazione (7’,25,38’,51’,62,66’,72) secondo una portata (W) prefissata; − formazione di una miscela (24) di detto gas di misura (26) e di detta quantità di idrogeno di permeazione (13) in detta camera di miscelazione (7’,25,38’,51’,62,66’,72); − convogliamento di detta miscela (24) su un sensore a stato solido (15); − rilevazione di una concentrazione (F) di idrogeno in detta miscela gassosa (24) mediante detto sensore a stato solido (15), detta fase di rilevazione comprendendo una fase di generazione di un segnale di misura (19) dipendente da detta concentrazione (F) di idrogeno; − elaborazione di detto segnale di misura (19), e produzione di almeno un parametro (17) caratterizzante detta interazione tra detto corpo (8,21,86,87,91,93,69,94) e detto idrogeno di permeazione (13).
8. 8. Un metodo come da rivendicazione 7 per valutare la presenza di un tenore di detto idrogeno di permeazione (13) superiore a un prefissato valore di infragilimento (C*), in una parete (91’,93’) di un contenitore (91,93) usato per contenere un gas (92) contenente idrogeno o un fluido atto a sviluppare idrogeno, in cui − detta camera di miscelazione (51’,61’) ha un’apertura di accesso (29) per detto idrogeno di permeazione (13) emanante da detto corpo; − detta fase di disposizione di una camera di miscelazione (51’,61’) prevede una fase disposizione di detta camera di miscelazione (51’,61’) con detta apertura di accesso (29) affacciata su una superficie esterna di detta parete (91’,93’), in particolare a contatto con detta parete (91’,93’); − à ̈ prevista una fase di aspirazione di gas da detta camera di miscelazione (51’,61’) in modo da causare dette fasi di introduzione di una corrente di gas di misura (26), formazione di una miscela (24) e convogliamento di detta miscela (24); − detta fase di elaborazione di detto segnale di misura (19) produce un valore (C) di tenore di idrogeno di permeazione (13) in detta parete (91’,93’) quale parametro di interazione (17), in particolare una pluralità di valori di distribuzione di tenore di idrogeno di permeazione (13) in detto corpo.
9. 9. Un metodo come da rivendicazione 7 per stimare e/o sorvegliare un processo di corrosione in una parete (91’,93’) di un contenitore metallico (91,93) usato per contenere un fluido corrosivo (92), in cui − detta camera di miscelazione (51’,61’) ha un’apertura di accesso (29) per detto idrogeno di permeazione (13) emanante da detto corpo; − detta fase di disposizione di una camera di miscelazione (51’,61’) prevede una fase disposizione di detta camera di miscelazione (51’,61’) con detta apertura di accesso (29) affacciata su una superficie esterna di detta parete (91’,93’), in particolare a contatto con detta parete (91’,93’); − à ̈ prevista una fase di aspirazione di gas da detta camera di miscelazione (51’,61’) in modo da causare dette fasi di introduzione di una corrente di gas di misura (13), formazione di una miscela (24) e convogliamento di detta miscela (24); − detta fase di elaborazione di detto segnale di misura (19) produce un valore di velocità di corrosione di detta parete (91’,93’) ad opera di detto fluido corrosivo (92) quale parametro di interazione (17).
10. 10. Un metodo come da rivendicazione 7, per stimare un tenore (C) residuo di idrogeno di permeazione (13) superiore a un prefissato valore di infragilimento (C*) in un cordone di saldatura (69) di componenti metallici (67’,67†) durante l’esecuzione automatica di detto cordone di saldatura (69), in cui: − detta fase di disposizione di una camera di miscelazione (66’) comprende una fase di spostamento di detta camera di miscelazione (66’) seguendo un fronte di detto cordone di saldatura (69) in formazione, ad una distanza predeterminata da detti componenti metallici (67’,67†); − à ̈ prevista una fase di aspirazione di gas da detta camera di miscelazione (66’) in modo da causare dette fasi di introduzione di una corrente di gas di misura (13), formazione di una miscela (24) e convogliamento di detta miscela (24); − detta fase di elaborazione di detto segnale di misura (19) produce un valore di tenore (C) di idrogeno di permeazione (13) residuo in detto cordone di saldatura (69) quale detto parametro di interazione (17).