بازرسی با ذرات مغناطیسی MT
از روش بازرسی با ذرات مغناطیسی برای بررسی نقصهای سطحی و برخی نقصهای زیر سطحی در مواد فرومغناطیس استفاده میشود. عیوب و نقصهایی نظیر ترکها، ذرات سرباره محبوس شده و یا خلل و فرجهای موجود در قطعه باعث ایجاد ناپیوستگی مغناطیسی شده و در صورت القای یک میدان مغناطیسی به قطعه، این ناپیوستگیها موجب تشکیل قطبهای مغناطیسی یا اعوجاج میدان در آن ناحیه شده و اصطلاحاً یک میدان نشتی در بالای سطح قطعه تشکیل می شود .
این وضعیت میتواند توسط ذرات مغناطیسی دید پذیر شود، به طوری که ذرات مغناطیسی در اطراف عیب تجمع کرده و به این ترتیب شکل، موقیعت و اندازه عیب مشخص میگردد. فرآیند فوق به صورت شماتیک در شکل (۴-۱) مشاهده میشود .
شکل (۴-۱) نحوه جذب شدن ذرات مغناطیسی بر روی عیوب [۴]
ذرات مغناطیسی را میتوان به صورت خشک و یا ذرات تر معلق در مایع بر روی سطح قطعه اعمال نمود .
4-1 القای میدان مغناطیسی
با استفاده از آهنرباهای دائم، آهنرباهای الکتریکی و یا گذراندن جریانهای قوی از درون یا پیرامون قطعه میتوان میدان مغناطیسی را القا نمود. همانطور که میدانیم عبور جریان الکتریکی از یک رسانا باعث القای میدان مغناطیسی در پیرامون آن میشود. جهت میدان مغناطیسی همواره بر جهت شارش جریان عمود است و از اینرو میتوان میدانهای مغناطیسی طولی و دایرهای ایجاد نمود. نحوه ایجاد این دو نوع میدان در شکل (۴-۲) نشان داده شده است .
شکل (۴-۲) القای میدان های مغناطیسی دایره ای و طولی [۵]
بیشترین کارایی این روش در ترک یابی است و در بهترین شرایط امکان آشکارسازی ترکهایی با پهنای ۳-۱۰ میلیمتر وجود دارد.
موقعیت ترکها نسبت به خطوط میدان القا شده، عامل موثری در تشخیص آنها میباشد. به عنوان مثال در شکل (۴-۳) ترکهایی با جهتگیریهای متفاوت در سطح قطعه وجود دارد. ترکهای D و E با میدان مغناطیسی طولی و ترکهای F و G با میدان مغناطیسی دایرهای آشکار میشوند. نقص H نیز باید در هر دو حالت دیده شود .
شکل (۴-۳) ترکهایی با جهتهای مختلف بر روی سطح قطعه [۵]
با توجه به مطالب ذکر شده برای نشان دادن همه ترکها، القای میدان به قطعه باید بیش از یک بار و در جهات مختلف صورت پذیرد. با به کار بردن جریان سه فاز میتوان یک میدان مغناطیسی نوساندار ایجاد نمود که با استفاده از آن ضرورت مغناطیس کردن دو یا چند مرحلهای از میان خواهد رفت. به طور کلی نوع و روش مغناطیس کردن به اندازه، شکل و پیچیدگی قطعات مورد نظر و در حالت بازرسی در محل، به میزان دسترسی آنها بستگی دارد. روشهای مغناطیس کردن عبارتند از :
اتصال مستقیم برق به دو سر قطعه، قرار دادن قطعه در درون پیچه، استفاده از کابلهای نرم با اتصالات تحریک کننده قلمی، عبور کابل رسانا از درون قطعه سوراخدار و استفاده از یوغ الکترومغناطیسی .
برای قطعات با بعد طولی میتوان از دو روش اول استفاد کرد. قطعات نسبتاً کوچک را میتوان با اتصال مستقیم به برق مغناطیسی نمود. با این عمل در تمام طول قطعه، میدان مغناطیسی دایرهای ایجاد میشود. در مورد قطعات کوچک تا متوسط نیز میتوان از پیچه استفاده کرد که در نتیجه آن میدان مغناطیسی طولی القا خواهد شد. برای دستیابی به بهترین نتیجه قطعه را باید در مرکز پیچه قرار داد. از این روش میتوان برای تعیین محل ترکهای عرضی در قطعاتی مانند محورها و میللنگها استفاده کرد .
کابلهای نرم با اتصالات تحریک کننده قلمی کاربرد گستردهای در بازرسی قطعات ریختگی و آهنگری بزرگ دارند. اگر اتصالات در دو سر قطعه قرار داده شود، عمل بازرسی را میتوان در یک مرحله انجام داد ولی برای قطعات با ابعاد بزرگ این عمل نیاز به جریانهای بسیار زیادی خواهد داشت، از اینرو میتوان بازرسی را طی چند مرحله و به صورت موضعی انجام داد. در استفاده از این کابلها باید دقت کرد که اتصال به طور کامل باشد تا قوس الکتریکی ایجاد نگردد. در صورت ایجاد قوس، امکان سوختگی سطح به دلیل گرم شدن آن وجود دارد .
برای بازرسی قطعاتی مانند لولهها، استوانههای توخالی، چرخدندهها و مهرههای بزرگ میتوان کابل حاوی جریان را از میان سوراخ عبور داد و به این ترتیب قطعه را مغناطیسی کرد .
یوغ الکترومغناطیسی برای کنترل انواع قطعات با شکلهای مختلف مناسب است. در استفاده از آن باید دقت شود که در موقعیت مناسبی نسبت به ترکهای مورد انتظار قرار گیرد .
برای تمام روشهای ذکر شده میتوان از جریان AC یا DC استفاده نمود. جریان AC باعث ایجاد میدانی نزدیک به سطح میشود و مزیت آن سادگی از بین رفتن حالت مغناطیسی با کاهش تدریجی مقدار جریان به صفر است. با استفاده از این جریان آشکاری سازی عیوب زیر سطحی تا عمق ۱ میلیمتر امکانپذیر است. جریان DC عمق نفوذ میدان به درون قطعه را افزایش میدهد و برای آشکارسازی عیوب زیر سطحی مناسب است به طوری که عیوبی با عمق ۳ تا ۷ میلیمتر را میتوان آشکار ساخت .
۴-۲ روشهای انجام بازرسی
آهن خالص و فولادهای کم کربن از نظر مغناطیسی نرماند، یعنی به سادگی مغناطیسی شده و به سادگی نیز این خاصیت را از دست میدهند. برای این مواد که پسماند مغناطیسی پایینی دارند از روشی موسوم به روش پیوسته برای بازرسی استفاده میشود. به این ترتیب که میدان مغناطیسی را به صورت پیوسته و یا مجموعهای از شلیکهای کوتاه برقرار کرده و ذرات مغناطیسی را به صورت خشک و یا تر اعمال میکنند .
بازرسی فولادهای آلیاژی و فولادهای سخت شده که از نظر مغناطیسی سختاند به روش بازمانده موسوم است. مغناطیس کردن این مواد دشوارتر است و به دلیل اینکه پسماند بالایی دارند بیشتر خاصیت مغناطیسی القا شده را پس از حذف میدان در خود نگه میدارند. در نتیجه میتوان ابتدا قطعه را مغناطیسی کرد و پس از حذف میدان از ذرات مغناطیسی استفاده نمود. معمولاً حساسیتهای ممکن در روش بازمانده کمتر از روش پیوسته است .
به طور کلی عوامل موثر بر حساسیت بازرسی با ذرات مغناطیسی عبارت است از :
موقعیت ترک نسبت به میدان، شدت میدان مغناطیسی، اندازه و شکل ذرات مغناطیسی .
در صورت عمود بودن ترک نسبت به میدان، بیشترین اختلال و نشتی در میدان مغناطیسی حاصل شده و حساسیت افزایش مییابد. تأثیر عیوب بر میدان مغناطیسی در شکل (۴-۴) نشان داده شده است .
شکل (۴-۴) میزان نشتی میدان با توجه به عمق و جهت ترک [۵]
افزایش شدت میدان مغناطیسی، معمولاً همراه با افزایش حساسیت است، اما میزان این افزایش دارای حد بهینهای است. زیرا با افزایش بیش از حد شدت میدان، ذرات مغناطیسی توسط سطوحی از قطعه که عاری از عیب هستند نیز جذب خواهند شد .
ذرات مغناطیسی به صورت گرد بسیار ریز از فلزات یا اکسیدهای فلزی هستند. ذرات درشت از نظر پل زنی بین شکافها یا ترکها از ذرات ریز مناسبترند، اما ذرات ریز حساسیت بهتری در مقابل نقصهای کوچک دارند. از طرفی امکان جذب ذرات ریز به قسمتهای آلوده بیشتر است. از نظر شکل، ذرات باریک و بلند قطبیت قویتری نسبت به ذرات گرد دارند ولی عیب آنها این است که احتمال چسبیدن به همدیگر و تشکلیل تودههای ناهموار در آنها بیشتر است. زمانی میتوان به حساسیت بالا دست یافت که ذرات مغناطیسی ترکیبی از شکلهای گرد و کشیده باشد .
مزایا و محدودیتهای عمده روش بازرسی با ذرات مغناطیسی عبارتند از :
· روش حساسی برای ترکهای سطحی ریز است .
· امکان نمایش ناپیوستگیهایی که سبب شکستگی پوسته نشدهاند وجود دارد .
· معمولاً به تمیزکاری اولیه نیاز نیست و در صورت آلودگی سطح نیز نشانههای خوبی دیده میشود .
· تجهیزات مورد نیاز نسبتاً ارزان است .
· MT نمیتواند برای مواد غیر فرومغناطیس به کار برده شود. این مواد شامل فولاد زنگنزن آستنیتی و مواد و آلیاژهای غیر آهنی میشود [۷] .
· برای رسیدن به بهترین نتایج، میدان باید بر عیوب عمود باشد. به همین دلیل به دو یا چند مرحله القای مغناطیسی در جهات مختلف نیاز است .
· در مورد بسیاری از قطعات به وامغناطیس کردن نیاز است .
· برای قطعات بزرگ به جریانهای فوق العاده قوی نیاز است به طوری که احتمال گرمایش موضعی و سوختن سطح در نقاط اتصال برق وجود دارد .
· وجود پوشش رنگ بیش تر از ۵۰ میکرون و یا لایه غیر مغناطیسی بر روی سطح باعث کاهش حساسیت میگردد .