Laboratorio Failure Analysis: diagnostica avanzata per l’integrità strutturale industriale

La Failure Analysis, o analisi del guasto, è una disciplina investigativa specializzata che si occupa di determinare le cause alla radice di cedimenti, rotture o corrosioni di apparecchiature, componenti e materiali. Come sottolineato dall’Associazione Italiana di Metallurgia, si tratta di un’indagine simile, per molti aspetti, alla diagnostica medica, che richiede competenze multidisciplinari che spaziano dalla scienza dei materiali alla progettazione, dai processi di fabbricazione alla gestione degli impianti industriali e alla conoscenza delle forme di corrosione.

È un asset cruciale per garantire l’affidabilità operativa e la sicurezza degli impianti industriali. Inoltre, analisi e interventi permettono di individuare nuove possibilità di ottimizzazione e implementazione degli impianti. Ogni rottura, infatti, lascia tracce specifiche che, se correttamente interpretate, rivelano non solo le cause immediate del guasto ma anche le condizioni che lo hanno determinato.

Donegani Anticorrosione s.r.l., con un archivio di oltre 5000 reports di Failure Analysis e forte della propria esperienza pluridecennale nei settori petrolchimico, oil&gas e power generation, ha sviluppato un laboratorio specializzato che integra metodologie investigative avanzate con tecnologie diagnostiche di ultima generazione per fornire soluzioni analitiche precise nella determinazione delle cause di corrosioni e cedimenti strutturali.

Che cos’è un laboratorio di Failure Analysis?

Progettato per condurre indagini forensi su componenti, sistemi o materiali che hanno subito cedimenti o malfunzionamenti, un laboratorio di failure analysis è un ambiente altamente tecnologico. Questi centri di eccellenza rappresentano l’interfaccia critica tra teoria metallurgica e applicazione industriale, dove tecnologie avanzate e competenze multidisciplinari convergono per decifrare i codici nascosti nei meccanismi di guasto. Molti settori beneficiano e necessitano del loro know-how, dall’ingegneria all’elettronica, dall’ambito aerospaziale a quello automotive, e molti altri.

Le principali attività eseguite in un laboratorio di failure analysis comprendono:

• analisi dei guasti, per identificare le cause di guasti attraverso tecniche come la microscopia ottica ed elettronica, la spettroscopia, e altre tecniche di analisi chimica e fisica per decifrare i meccanismi di deterioramento;
• test di affidabilità, consiste nella valutazione della durata e della resistenza dei componenti sotto diverse condizioni di stress, predicendo il comportamento a lungo termine e orientando le strategie manutentive;
• analisi dei materiali, ossia lo studio delle proprietà dei materiali per capire come e perché si sono verificati i guasti, rivelando le condizioni metallurgiche che hanno favorito il deterioramento;
• simulazioni e modellazioni effettuate attraverso l’utilizzo di software per simulare condizioni operative e prevedere potenziali guasti, supportando la progettazione di componenti più affidabili;
• prove non distruttive (NDT), utilizzando tecniche come ultrasuoni, radiografia e termografia per esaminare i componenti senza danneggiarli, permettendo valutazioni in-service;
• documentazione e reportistica, creazione di rapporti dettagliati che documentano i risultati delle analisi e forniscono raccomandazioni per prevenire futuri guasti.

Struttura e organizzazione del laboratorio

Un laboratorio moderno di failure analysis si articola tipicamente in diverse aree funzionali interconnesse, ciascuna dotata di strumentazioni specifiche per differenti tipologie di indagine. L’area di preparazione campioni ospita attrezzature per il taglio, l’inglobamento e la lucidatura metallografica, mentre le zone di analisi microscopica sono equipaggiate con microscopi ottici ed elettronici per osservazioni ad alta risoluzione.

La sezione di caratterizzazione meccanica comprende strumenti per prove di durezza, trazione e resilienza, integrata con sistemi per controlli non distruttivi. Completano la dotazione laboratori chimici per analisi composizionali e spazi dedicati alla documentazione e reportistica tecnica.

Il laboratorio Failure Analysis di Donegani Anticorrosione

Il nostro laboratorio dispone di un parco strumentale completo, che spazia dalle tecniche non distruttive, come liquidi penetranti, ultrasuoni ed endoscopia, agli strumenti per analisi approfondite quali microscopia ottica ed elettronica, microdurometri e prove meccaniche. Questa dotazione tecnologica ci consente di esaminare una vasta gamma di materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi.

Abbiamo inoltre integrato un approccio personalizzato, sviluppato attraverso l’esperienza pluridecennale nei settori petrolchimico, oil&gas e power generation. La nostra facility combina competenze metallurgiche avanzate con tecnologie diagnostiche di precisione per fornire soluzioni analitiche che vanno oltre la semplice identificazione delle cause di guasto.

Strumentazione specializzata per diagnosi di precisione

La nostra dotazione strumentale è stata selezionata per coprire l’intero spettro delle indagini forensi sui materiali metallici, dalle osservazioni macroscopiche alle analisi ultrastrutturali:

• microscopio ottico metallografico, fondamentale per l’osservazione delle microstrutture cristalline dei materiali metallici, permettendo l’identificazione di difetti strutturali, inclusioni e variazioni composizionali che possono compromettere l’integrità del componente. L’analisi metallografica rivela pattern caratteristici di corrosione, fatica meccanica e altri fenomeni di deterioramento.
• stereomicroscopio, garantisce l’osservazione tridimensionale dei campioni con elevata profondità di campo. È uno strumento essenziale per l’analisi preliminare delle superfici di frattura e la documentazione visiva dei danni. Questa tecnologia avanzata consente di identificare le zone critiche che richiedono approfondimenti analitici specifici.
• microdurometro, uno strumento di precisione per la misurazione delle proprietà meccaniche locali dei materiali, determinante nella valutazione degli effetti di trattamenti termici, fenomeni di invecchiamento e alterazioni strutturali indotte da condizioni operative gravose.

Diffrazione XRD: analisi cristallografica avanzata

Un’attività sempre più importante e richiesta nel nostro laboratorio la diffrazione XRD (X-Ray Diffraction): una tecnica analitica che sta acquisendo crescente rilevanza nell’analisi dei guasti. Questa consente di identificare con precisione le fasi cristalline presenti nei materiali e nei prodotti di corrosione, fornendo dati preziosi sui meccanismi di deterioramento e sulle trasformazioni strutturali che hanno portato al cedimento. 

Si svolge esponendo un campione a un fascio di raggi x (sfruttando il principio della legge di Bragg). Questi, rifratti dai cristalli in esame, vengono registrati da un rivelatore che ne restituisce il diagramma di diffrazione. 

Tale tecnologia risulta particolarmente efficace nell’analisi di ossidi, depositi cristallini e prodotti di reazione che si formano durante i processi corrosivi. In alcuni casi, può rilevare persino le tensioni interne residue presenti nei materiali (soprattutto metalli).

Analisi chimiche specialistiche: depositi, polveri e fluidi di processo

Il nostro laboratorio è attrezzato per condurre analisi chimiche complete su depositi e polveri provenienti da impianti industriali, permettendo di identificare contaminanti, prodotti di corrosione e accumuli che possono influenzare le prestazioni e la durata dei componenti. Questa capacità analitica si estende anche alle acque di processo e agli oli lubrificanti, dove un esame della composizione chimica può rilevare la presenza di agenti corrosivi, contaminanti metallici e prodotti di degradazione che possono accelerare i fenomeni di usura e corrosione.

Le analisi dei fluidi di processo forniscono informazioni determinanti sulle condizioni operative reali, consentendo di correlare i parametri chimici con i meccanismi di guasto osservati sui componenti, completando così il quadro di indagine della failure analysis.

Metodologie di analisi dei guasti

Le nostre competenze specialistiche si concentrano su due aree principali: analisi delle rotture meccaniche e osservazione e interpretazione delle microstrutture cristalline dei materiali metallici. Questi approcci complementari permettono una comprensione completa dei meccanismi di guasto e forniscono le basi per strategie preventive efficaci.

L’analisi delle rotture meccaniche identifica le cause scatenanti dei cedimenti strutturali attraverso l’esame frattografico delle superfici, mentre lo studio delle microstrutture rivela le condizioni metallurgiche che hanno favorito o accelerato il processo di deterioramento.

Protocollo di analisi strutturata

Il nostro approccio sistematico alla Failure Analysis segue un protocollo rigoroso che garantisce risultati affidabili e riproducibili, in cui ogni fase è necessaria e svolta con precisione e professionalità.

Analisi documentale

Raccolta e valutazione critica di tutta la documentazione tecnica disponibile, inclusi materiali di costruzione, condizioni operative, storico manutentivo e precedenti ispezioni. Questa fase preliminare orienta le successive attività analitiche.

Controllo visivo del componente

Esame ispettivo dettagliato per identificare evidenze macroscopiche di danneggiamento, pattern di propagazione delle cricche e zone di interesse analitico. La documentazione fotografica costituisce parte integrante di questa fase.

Taglio e riduzione nell’officina meccanica

Preparazione mirata dei campioni attraverso tecniche di taglio che preservano l’integrità delle zone critiche, evitando alterazioni termiche o meccaniche che potrebbero compromettere l’affidabilità dell’analisi.

Analisi con stereomicroscopio

Osservazione tridimensionale delle superfici di frattura per identificare caratteristiche frattografiche distintive e meccanismi di propagazione delle cricche. Questa fase fornisce informazioni preliminari sui meccanismi di guasto.

Preparazione metallografica

I provini vengono inglobati in resina, successivamente lucidati per ottenere superfici idonee all’osservazione microscopica. La qualità della preparazione metallografica influenza direttamente l’affidabilità dei risultati analitici.

Analisi con microscopio metallografico

Lo studio dettagliato delle microstrutture per identificare fasi presenti, distribuzione dei grani, inclusioni e altre caratteristiche metallurgiche rilevanti per la comprensione del meccanismo di guasto.

Microdurezze e analisi SEM

Misurazione delle proprietà meccaniche locali e integrazione con microscopia elettronica a scansione per caratterizzazione avanzata dei materiali e analisi composizionale mediante microanalisi EDS.

Stesura del rapporto

Documentazione completa dei risultati analitici con interpretazione tecnica dei meccanismi di guasto identificati e raccomandazioni specifiche per la prevenzione di cedimenti futuri.

Valore strategico per l’industria

Un laboratorio di Failure Analysis rappresenta un asset strategico per l’industria moderna, fornendo supporto essenziale alla gestione dell’integrità strutturale attraverso diverse attività specialistiche. L’identificazione precisa delle cause di guasto attraverso tecniche avanzate di microscopia ottica ed elettronica, spettroscopia e analisi chimico-fisica consente di implementare strategie preventive mirate.

I test di affidabilità valutano la durata e la resistenza dei componenti sotto diverse condizioni di stress, mentre l’analisi approfondita delle proprietà dei materiali chiarisce i meccanismi che hanno determinato i cedimenti. Le simulazioni e modellazioni computazionali predicono potenziali guasti futuri, supportando le decisioni operative.

Le prove non distruttive integrate, quali ultrasuoni, radiografia e termografia, permettono la valutazione dei componenti senza comprometterne l’integrità funzionale. La documentazione dettagliata e la reportistica specialistica forniscono raccomandazioni concrete per prevenire futuri guasti e ottimizzare le strategie manutentive.

Integrazione con l’Asset Integrity Management

Il laboratorio di Failure Analysis di Donegani Anticorrosione si integra perfettamente con i nostri servizi di Asset Integrity Management, fornendo il supporto analitico necessario per valutazioni Risk-Based Inspection e strategie manutentive ottimizzate.

L’esperienza consolidata nel settore petrolchimico e la conoscenza approfondita delle normative di sicurezza, inclusa la conformità ai requisiti Seveso III, permettono di fornire soluzioni diagnostiche personalizzate per ogni esigenza industriale specifica.

Per consulenze specialistiche o per prenotare analisi dei vostri componenti critici, contattaci! Il nostro team di esperti è a disposizione per fornire soluzioni diagnostiche avanzate che garantiscono l’integrità e la sicurezza dei vostri impianti industriali.