بازرسي با ذرات مغناطيسي (MT)

بازرسي با ذرات مغناطيسي (MT)

 از روش بازرسي با ذرات مغناطيسي براي بررسي نقصهاي سطحي و برخي نقصهاي زير سطحي در مواد فرومغناطيس استفاده مي‎شود. عيوب و نقصهايي نظير ترک‎ها، ذرات سرباره محبوس شده و يا خلل و فرجهاي موجود در قطعه باعث ايجاد ناپيوستگي مغناطيسي شده و در صورت القاي يک ميدان مغناطيسي به قطعه، اين ناپيوستگيها موجب تشکيل قطبهاي مغناطيسي يا اعوجاج ميدان در آن ناحيه شده و اصطلاحاً يک ميدان نشتي در بالاي سطح قطعه تشکيل مي شود .

اين وضعيت مي‎تواند توسط ذرات مغناطيسي ديد پذير شود، به طوري که ذرات مغناطيسي در اطراف عيب تجمع کرده و به اين ترتيب شکل، موقيعت و اندازه عيب مشخص مي‎گردد. فرآيند فوق به صورت شماتيک  در شکل (4-1) مشاهده مي‎شود . 

شکل (4-1) نحوه جذب شدن ذرات مغناطيسي بر روي عيوب [4]

ذرات مغناطيسي را مي‎توان به صورت خشک و يا ذرات تر معلق در مايع بر روي سطح قطعه اعمال نمود .

القاي ميدان مغناطيسي

با استفاده از آهنرباهاي دائم، آهنرباهاي الکتريکي و يا گذراندن جريانهاي قوي از درون يا پيرامون قطعه مي‎توان ميدان مغناطيسي را القا نمود. همان‎طور که مي‎دانيم عبور جريان الکتريکي از يک رسانا باعث القاي ميدان مغناطيسي در پيرامون آن مي‎شود. جهت ميدان مغناطيسي همواره بر جهت شارش جريان عمود است و از اين‎رو مي‎توان ميدانهاي مغناطيسي طولي و دايره‎اي ايجاد نمود. نحوه ايجاد اين دو نوع ميدان در شکل (4-2) نشان داده شده است .

شکل (4-2) القاي ميدان هاي مغناطيسي دايره اي و طولي [5]

بيشترين کارايي اين روش در ترک يابي است و در بهترين شرايط امکان آشکارسازي ترکهايي با پهناي 3-10 ميليمتر وجود دارد.

موقعيت ترک‎ها نسبت به خطوط ميدان القا شده، عامل موثري در تشخيص آنها مي‎باشد. به عنوان مثال در شکل (4-3) ترکهايي با جهت‎گيريهاي متفاوت در سطح قطعه وجود دارد. ترکهاي D   و E   با ميدان مغناطيسي طولي و ترکهاي F   و G   با ميدان مغناطيسي دايره‎اي آشکار مي‎شوند. نقص H   نيز بايد در هر دو حالت ديده شود .

شکل (4-3) ترکهايي با جهتهاي مختلف بر روي سطح قطعه [5]

    با توجه به مطالب ذکر شده براي نشان دادن همه ترکها، القاي ميدان به قطعه بايد بيش از يک بار و در جهات مختلف صورت پذيرد. با به کار بردن جريان سه فاز مي‎توان يک ميدان مغناطيسي نوساندار ايجاد نمود که با استفاده از آن ضرورت مغناطيس کردن دو يا چند مرحله‎اي از ميان خواهد رفت. به طور کلي نوع و روش مغناطيس کردن به اندازه، شکل و پيچيدگي قطعات مورد نظر و در حالت بازرسي در محل، به ميزان دسترسي آنها بستگي دارد. روشهاي مغناطيس کردن عبارتند از :  

اتصال مستقيم برق به دو سر قطعه، قرار دادن قطعه در درون پيچه، استفاده از کابلهاي نرم با اتصالات تحريک کننده قلمي، عبور کابل رسانا از درون قطعه سوراخدار و استفاده از يوغ الکترومغناطيسي . 

براي قطعات با بعد طولي مي‎توان از دو روش اول استفاد کرد. قطعات نسبتاً کوچک را مي‎توان با اتصال مستقيم به برق مغناطيسي نمود. با اين عمل در تمام طول قطعه، ميدان مغناطيسي دايره‎اي ايجاد مي‎شود. در مورد قطعات کوچک تا متوسط نيز مي‎توان از پيچه استفاده کرد که در نتيجه آن ميدان مغناطيسي طولي القا خواهد شد. براي دستيابي به بهترين نتيجه قطعه را بايد در مرکز پيچه قرار داد. از اين روش مي‎توان براي تعيين محل ترکهاي عرضي در قطعاتي مانند محورها و ميل‎لنگها استفاده کرد .

کابلهاي نرم با اتصالات تحريک کننده قلمي کاربرد گسترده‎اي در بازرسي قطعات ريختگي و آهنگري بزرگ دارند. اگر اتصالات در دو سر قطعه قرار داده شود، عمل بازرسي را مي‎توان در يک مرحله انجام داد ولي براي قطعات با ابعاد بزرگ اين عمل نياز به جريانهاي بسيار زيادي خواهد داشت، از اين‎رو مي‎توان بازرسي را طي چند مرحله و به صورت موضعي انجام داد. در استفاده از اين کابلها بايد دقت کرد که اتصال به طور کامل باشد تا قوس الکتريکي ايجاد نگردد. در صورت ايجاد قوس، امکان سوختگي سطح به دليل گرم شدن آن وجود دارد .

براي بازرسي قطعاتي مانند لوله‎ها، استوانه‎هاي توخالي، چرخ‎دنده‎ها و مهره‎هاي بزرگ مي‎توان کابل حاوي جريان را از ميان سوراخ عبور داد و به اين ترتيب قطعه را مغناطيسي کرد . 

يوغ الکترومغناطيسي براي کنترل انواع قطعات با شکلهاي مختلف مناسب است. در استفاده از آن بايد دقت شود که در موقعيت مناسبي نسبت به ترکهاي مورد انتظار قرار گيرد . 

براي تمام روشهاي ذکر شده مي‎توان از جريان AC   يا DC  استفاده نمود. جريان AC باعث ايجاد ميداني نزديک به سطح مي‎شود و مزيت آن سادگي از بين رفتن حالت مغناطيسي با کاهش تدريجي مقدار جريان به صفر است. با استفاده از اين جريان آشکاري سازي عيوب زير سطحي تا عمق 1 ميليمتر امکان‎پذير است. جريان DC  عمق نفوذ ميدان به درون قطعه را افزايش مي‎دهد و براي آشکارسازي عيوب زير سطحي مناسب است به طوري که عيوبي با عمق 3 تا 7 ميليمتر را مي‎توان آشکار ساخت .

روشهاي انجام بازرسي

آهن خالص و فولادهاي کم کربن از نظر مغناطيسي نرم‎اند، يعني به سادگي مغناطيسي شده و به سادگي نيز اين خاصيت را از دست مي‎دهند. براي اين مواد که پسماند مغناطيسي پاييني دارند از روشي موسوم به روش پيوسته براي بازرسي استفاده مي‎شود. به اين ترتيب که ميدان مغناطيسي را به صورت پيوسته و يا مجموعه‎اي از شليکهاي کوتاه برقرار کرده و ذرات مغناطيسي را به صورت خشک و يا تر اعمال مي‎کنند . 

بازرسي فولادهاي آلياژي و فولادهاي سخت شده که از نظر مغناطيسي سخت‎اند به روش بازمانده موسوم است. مغناطيس کردن اين مواد دشوارتر است و به دليل اينکه پسماند بالايي دارند بيشتر خاصيت مغناطيسي القا شده را پس از حذف ميدان در خود نگه مي‎دارند. در نتيجه مي‎توان ابتدا قطعه را مغناطيسي کرد و پس از حذف ميدان از ذرات مغناطيسي استفاده نمود. معمولاً حساسيتهاي ممکن در روش بازمانده کمتر از روش پيوسته است . 

 به طور کلي عوامل موثر بر حساسيت بازرسي با ذرات مغناطيسي عبارت است از :

 موقعيت ترک نسبت به ميدان، شدت ميدان مغناطيسي، اندازه و شکل ذرات مغناطيسي . 

در صورت عمود بودن ترک نسبت به ميدان، بيشترين اختلال و نشتي در ميدان مغناطيسي حاصل شده و حساسيت افزايش مي‎يابد. تأثير عيوب بر ميدان مغناطيسي در شکل (4-4) نشان داده شده است . 

شکل (4-4) ميزان نشتي ميدان با توجه به عمق و جهت ترک [5]

افزايش شدت ميدان مغناطيسي، معمولاً همراه با افزايش حساسيت است، اما ميزان اين افزايش داراي حد بهينه‎اي است. زيرا با افزايش بيش از حد شدت ميدان، ذرات مغناطيسي توسط سطوحي از قطعه که عاري از عيب هستند نيز جذب خواهند شد . ذرات مغناطيسي به صورت گرد بسيار ريز از فلزات يا اکسيدهاي فلزي هستند. ذرات درشت از نظر پل زني بين شکافها يا ترکها از ذرات ريز مناسب‎ترند، اما ذرات ريز حساسيت بهتري در مقابل نقصهاي کوچک دارند. از طرفي امکان جذب ذرات ريز به قسمتهاي آلوده بيشتر است. از نظر شکل، ذرات باريک و بلند قطبيت قوي‎تري نسبت به ذرات گرد دارند ولي عيب آنها اين است که احتمال چسبيدن به همديگر و تشکليل توده‎هاي ناهموار در آنها بيشتر است. زماني مي‎توان به حساسيت بالا دست يافت که ذرات مغناطيسي ترکيبي از شکلهاي گرد و کشيده باشد .

مزايا و محدوديتهاي عمده روش بازرسي با ذرات مغناطيسي عبارتند از :

•          روش حساسي براي ترکهاي سطحي ريز است .

•          امکان نمايش ناپيوستگيهايي که سبب شکستگي پوسته نشده‎اند وجود دارد .

•          معمولاً به تميزکاري اوليه نياز نيست و در صورت آلودگي سطح نيز نشانه‎هاي خوبي ديده مي‎شود .

•          تجهيزات مورد نياز نسبتاً ارزان است .

•          MT  نمي‎تواند براي مواد غير فرومغناطيس به کار برده شود. اين مواد شامل فولاد زنگ‎نزن آستنيتي و مواد و آلياژهاي غير آهني مي‎شود [7] .

•          براي رسيدن به بهترين نتايج، ميدان بايد بر عيوب عمود باشد. به همين دليل به دو يا چند مرحله القاي مغناطيسي در جهات مختلف نياز است .

•          در مورد بسياري از قطعات به وامغناطيس کردن نياز است .

•          براي قطعات بزرگ به جريانهاي فوق العاده قوي نياز است به طوري که احتمال گرمايش موضعي و سوختن سطح در نقاط اتصال برق وجود دارد .

•          وجود پوشش رنگ بيش تر از 50 ميکرون و يا لايه غير مغناطيسي بر روي سطح باعث کاهش حساسيت مي‎گردد .