Prove di tenuta impossibili? A volte no, con il giusto know-how

Il test di prove di tenuta stagna di un prodotto avviene nella maggior parte dei casi pressurizzando o depressurizzando il volume interno del prodotto stesso, che, in presenza di un difetto di tenuta, comunicherà con l’ambiente esterno determinando un decadimento progressivo della pressione o del livello di vuoto raggiunto inizialmente dopo la fase di pressurizzazione o svuotamento.

Questa metodologia prevede che il sistema test possa avere una “porta” di accesso al volume interno per pressurizzarlo o svuotarlo e successivamente monitorare in tempo reale la pressione relativa rispetto a quella barometrica.

Ci sono casi in cui questi canali sono specificatamente previsti in fase di progetto per permettere il test di tenuta in produzione, per poi successivamente essere sigillati mediante saldatura, resinatura o montaggio di tappi di ventilazione/membrane di bilanciamento barometrico.

Ma come fare quando il prodotto da collaudare è totalmente stagno, ovvero privo di qualunque condotto di comunicazione tra ambiente esterno e interno? Si pensi, per esempio, ad una banale pallina da ping-pong... o un galleggiante.
O quando la zona da pressurizzare è circoscritta alle sole pareti del condotto, perché in quella zona agiscono guarnizioni di tenuta, ma il prodotto è per sua natura non stagno?
Ci sono moltissimi prodotti industriali che ricadono in tali casistiche, per citarne solo alcuni: tappi di ventilazione, sensori di pressione barometrici, catadiottri, sensori sommergibili, relè lavabili o centraline resinate completamente stagne.

Queste applicazioni possono essere erroneamente reputate “impossibili”, non adatte a una prova tenuta, ma in realtà molte di esse possono essere affrontate con dovuti accorgimenti che si possono riassumere in un mix di soluzione tecnica e adeguata selezione dei componenti impiegati.

Per esempio, per il test di un tappo di ventilazione come quello visibile in alto a sinistra nell’immagine, la problematica è il tappaggio della porzione di condotto compreso tra la membrana Goretex® e l’o-ring di tenuta esterno per verificare che l’o-ring faccia tenuta come previsto sulla sede conica presente nella sede di montaggio. Su una linea di produzione di motori brushless per Hyundai abbiamo risolto questa problematica progettando e realizzando un gruppo di tappaggio miniaturizzato con doppia tenuta, frontale e a espansione radiale interna di diametro 6 mm, come quella in figura.

Nel caso di componenti completamente stagni e privi di accessi per pressurizzare o svuotare il volume interno le possibilità di prova tenuta potrebbero sembrare inesistenti, ma in molti casi non è così.

Facendo sempre riferimento ai prodotti raffigurati nella prima immagine, alcuni dei casi in cui si può applicare questa strategia sono per esempio: il test di catadiottri e i sensori stagni o sommergibili.
Se non è possibile misurare la variazione di pressione all’interno dell’oggetto rispetto alla pressione barometrica esterna, è in molti casi possibile misurare la variazione di pressione che l’eventuale perdita del prodotto causa in una “camera” di contenimento pressurizzata o al cui interno è stato fatto il vuoto: se il prodotto fa entrare al suo interno aria dalla camera esterna pressurizzata o evacua aria verso la camera esterna depressurizzata si determinerà una variazione di pressione rilevabile.

Questa metodologia può essere molto efficace e garantire anche sensibilità molto elevate, se la geometria del pezzo in prova tenuta permette di copiare con precisione le superfici esterne, ma richiede alcune accortezze sul circuito di misura e sulle impostazioni del sistema di test per poter discriminare situazioni particolari come la presenza di difetti macroscopici di tenuta.

ECB consulente per una progettazione ottimale e fornitura di tool ottimizzati “chiavi in mano”

Grazie a oltre 30 anni sul campo, e alle migliaia di applicazioni che possiamo annoverare, siamo in grado di assistere i nostri clienti per garantire l’adozione delle soluzioni tecniche più idonee.
Affianchiamo i clienti partner installatori già in fase di co-design della stazione di prova tenuta, potendo anche fornire in subfornitura la stazione con formula “chiavi in mano” e pronta da installare a bordo linea.

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FAQ - Domande frequenti

1. Come si eseguono le prove di tenuta su componenti privi di accesso al volume interno?

   Per collaudare componenti privi di accessi (come sensori sigillati, batterie o componenti elettronici), si utilizza la tecnica della camera di contenimento. Il pezzo viene posizionato all'interno di una campana ermetica in cui viene immessa o depressurizzata l'aria; la variazione di pressione o il flusso misurato nell'intercapedine tra pezzo e campana permette di individuare eventuali perdite senza dover modificare o forare il componente.

2. Qual è la differenza tra test di tenuta in pressione e in vuoto per i componenti sigillati?

   Il test in pressione applica una forza dall'esterno verso l'interno, potendo provocare il rientro di pareti deformabili o la chiusura fittizia di micro-fessure (mascherando la perdita). Il test in vuoto, al contrario, crea una depressione esterna richiamando l'aria dall'interno del componente: questo metodo garantisce una misurazione estremamente accurata e ripetibile, ideale per involucri sigillati e delicati.

3. Quando è necessario utilizzare plug e tappi di collaudo personalizzati?

   I tappi standard spesso non garantiscono la tenuta su superfici grezze, sfaccettate o con tolleranze ampie, rischiando di generare "finti scarti" o di danneggiare il pezzo. I plug di tenuta su misura progettati da E.C.B. utilizzano guarnizioni a deformazione controllata e cinematismi specifici per adattarsi perfettamente alla geometria del componente, garantendo affidabilità e durata nelle linee ad alta produttività.

4. Quali informazioni servono per valutare la fattibilità di un test di tenuta complesso?

   Per analizzare la fattibilità di una prova di tenuta occorrono: il disegno 3D o 2D del componente, le specifiche del materiale, il tasso di perdita massimo ammissibile (leak rate), la pressione di esercizio/collaudo e il tempo ciclo richiesto in linea di produzione. E.C.B. analizza questi dati per fornire una soluzione chiavi in mano con tool e automazioni dedicate.

5. Quali sono le normative di riferimento per le prove di tenuta industriali?

   I collaudi di tenuta vengono definiti in base alle normative internazionali di settore, come la UNI EN 1779 (rilevamento delle perdite) e la ISO 20485. Le soluzioni su misura di E.C.B. vengono progettate rispettando i parametri di tolleranza e i tassi di fuga (leak rate) prescritti dai capitolati specifici dei settori Automotive, Medicale, Idrotermosanitario ed Elettronico.

6. I vostri tool per le prove di tenuta possono essere integrati in linee automatiche esistenti?

   Sì, i gruppi di montaggio, i plug e le camere di contenimento E.C.B. sono progettati per l'integrazione plug-and-play sia su banchi di collaudo manuali che su linee di produzione completamente automatizzate o isole robotizzate, interfacciandosi direttamente con i PLC di linea.

7. Quanto tempo richiede l'analisi di fattibilità e la realizzazione di un sistema di collaudo su misura?

   L'analisi preliminare di fattibilità tecnica richiede di norma 24-48 ore dalla ricezione del disegno 3D del componente. I tempi di progettazione e fornitura del tool completo "chiavi in mano" variano solitamente tra le 2 e le 6 settimane, a seconda della complessità meccanica e delle automazioni richieste.

8. Come si evitano i "falsi scarti" dovuti alle variazioni di temperatura durante il test?

   Le variazioni termiche del componente o dell'ambiente influenzano la pressione dell'aria interna alterando il risultato del test. E.C.B. risolve il problema progettando sistemi di compensazione termica, algoritmi di calibrazione nei banchi di prova e guarnizioni ad alta stabilizzazione che riducono al minimo i tempi di assestamento.