Principiile altor metode de control nedistructiv, de exemplu examinarea cu ultrasunete, au fost descrise în cea de-a doua jumătate a sec XIX, fără a fi precizate posibilităţile tehnice de utilizare. În cazul examinării cu particule magnetice, situaţia a fost diferită. Englezul Saxby folosea deja în 1868 indicarea formării câmpului magnetic de dispersie cu ajutorul acului busolei pentru detectarea fisurii ţevilor de tun. Ca în multe alte domenii ale dezvoltării tehnologice, toate problemele de tehnică militară au reprezentat motivul datorită căruia americanii Coke imagina metoda de detectare a fisurilor cu ajutorul piliturii de fier. Doi ani mai târziu a fost acordat un patent pe baza căruia De Forest, întemeietorul firme Magnaflux din Chicago, a obţinut licenţa, înainte ca să se folosească, prima oară în 1929, metoda de magnetizare cu ajutorul fluxului de curent prin piesă. Primul aparat european de control al fisurilor a fost construit în anul 1937 de către italianul Giraudi sub denumirea de Metalloscopie.

În colaborare cu institutul Roentgen al Reichului, întemeiat de Berthold şi Vauper în 1933, Heubach în Berlin şi E.A..W. Muller în cadrul firmei Siemens, au construit aparate mobile şi combinate de control al fisurilor. Până la rezoluţia politică din Republica Cehoslovacă, Karasek a dezvoltat aparatele Inkar, cedând apoi firmei Tiede fabricaţia acestora, după fuga din Praga şi stabilirea în Brazilia în 1948.

Prima suspensie magnetică fluorescentă a fost descoperită în S.U.A. de Sweitser în 1942. K. şi W. Deutsch au început în 1960 producţia aparatelor de control al fisurilor prin metoda „recipientului cu vârtej”, trecând în 1965 la aparatele universale cu alimentare cu curenţi alternativi defazaţi. Astăzi tehnica de examinare cu particule magnetice este prezentată în nenumărate specificaţii şi norme, încât noutăţile se impun greu, chiar dacă se pot obţine avantaje tehnice clare. Necesităţile dezvoltării tehnice se referă în primul rând la preluarea automată a indicaţiilor de fisuri oferită de examinarea cu particule magnetice. În prezent există instalaţii pilot ale constructorilor renumiţi de aparatură pentru examinarea cu particule magnetice. Pătrunderea în industria a acestora se poate realiza în viitor.

Examinarea cu particule magnetice este o metodă nedistructivă folosită la materiale feromagnetice pentru detectarea discontinuităţilor. Se realizează prin stabilirea unui câmp magnetic adecvat în piesa de testat, aplicându-se apoi particule magnetice care vor pune în evidenţă discontinuităţile de suprafaţă şi de sub suprafaţă. Acolo unde există un defect va apărea o ruptură în câmpul magnetic al piesei şi se va observa acumularea de particule magnetice.

Deci examinarea cu particule magnetice poate fi definită drept acea metodă de control nedistructiv care se bazează pe analiza câmpului magnetic creat prin magnetizarea piesei testate şi destinată evidenţierii discontinuităţilor din materialul acesteia.

De fapt posibilităţile de evidenţiere sunt limitate la discontinuităţi de suprafaţă sau din imediata vecinătate a suprafeţei, reprezentând o extindere a controlului vizual. O asemenea extindere este necesară deoarece:

suprafaţa pieselor mari este greu de măsurat cu ajutorul instrumentelor optice de mărire, ochiul omenesc dotat cu instrumente optice vizuale nu poate distinge discontinuităţi cu

dimensiuni inferioare câtorva microni, rugozitatea suprafeţei poate masca defectele importante. Această metoda este aplicată exclusiv materialelor feromagnetice, fier, cobalt şi diverse

aliaje ale acestora. Fierul, cel mai răspândit dintre aceste materiale, este însă magnetic numai în starea alotropică Feα. În consecinţă, examinarea cu particule magnetice se aplică în principal oţelurilor feritice, oţelurilor martensitice şi ferite.

Dacă într-un astfel de material există o discontinuitate (fisură, incluzine nemetalică), aceasta întrerupe fluxul magnetic şi, dacă este suficient de aproape de suprafaţă, obligă liniile de câmp să se închidă prin exteriorul suprafeţei. În vecinătatea discontinuităţii apare deci un flux magnetic, aşa numitul flux magnetic de dispersie sau de scăpări (figura 1).

Defectele pot fi detectate şi interpretate fie prin observarea efectelor forţelor magnetice produse de câmpul de dispersie, fie prin măsurarea componentelor vectorului intensitatea vectorului magnetic de dispersie.

Forţele magnetice sunt produse de către curenţi electrici şi/sau de către corpuri magnetice şi îşi exercită influenţa asupra curenţilor electrici şi a materialelor magnetice. Astfel, pulberile magnetice uscate sau în suspensie aplicate pe suprafaţa unei piese magnetice se acumulează în zonele în care există flux magnetic de dispersie. Depozitul de pulbere format în dreptul unui defect va ocupa o suprafaţă mai mare decât suprafaţa acestuia vizualizândul astfel pe fundul piesei

AVANTAJELE TESTĂRII CU PARTICULE MAGNETICE

rapidă si simplă; nu necesită o pregătire strictă a suprafeţei (ca în cazul examinării cu lichide

penetrante), nu este dificilă formarea operatorului, este o metodă în timp real, forma şi dimensiunile piesei pot varia în limite largi, costurile consumabilelor sunt mult mai mici, echipamentul electrotehnic este nepretenţios şi rezistent, este o metodă de încredere pentru detectarea discontinuităţilor de la suprafaţă şi din

imediata vecinătate a suprafeţei în materiale feromagnetice.

DEZAVANTAJE SEMNIFICATIVE ALE TESTĂRII CU PARTICULE MAGNETICE

această metodă poate fi folosită numai pe materiale feromagnetice; nu se pot determina decât fisuri de suprafaţă sau din apropierea suprafeţei, este necesară demagnetizarea pieselor, după control piesele trebuie curăţate, automatizarea este realizabilă doar în domenii limitate, sunt necesari curenţi magnetici intenşi la piese de dimensiuni mari, nu este posibilă determinarea adâncimii fisurii, pentru piesele cu formă complicată este dificil de ales direcţia de magnetizare, se poate produce arderea, decarburarea pieselor, pot apărea greşeli de interpretare, câmpul magnetic trebuie să intercepteze perpendicular defectele, de aceea uneori sunt

necesare multe direcţii de magnetizare.

NS

MATERIALE FEROMAGNETICE

Materiale feromagnetice sunt materialele care pot fi magnetizate, cum ar fi: fier, oţel, nichel, cobalt şi aliaje ale acestor materiale.

MATERIALE NEFEROMAGNETICE

Aceste materiale nu pot fi magnetizate deci nu sunt examinate cu particule magnetice. Dintre aceste materiale amintim: aluminiu, magneziu, cupru, bronz, aramă, titan şi aliajele acestor metale.

TEORIA “DOMENIULUI” MAGNETIC

Înainte de a începe studiul particulelor magnetice este necesar să revizuim teoriile de bază ale magnetismului şi proprietăţile magnetice ale metalelor. Wilhelm Weber propune o teorie în care structura materialelor feromagnetice este făcută din “domenii” magnetice. Acestea sunt cele mai mici particule dintr-un material care arată nordul şi sudul (poli). Intr-un material nemagnetizat feromagnetic domeniul magnetic este aranjat într-o ordine întâplătoare (fig.1). Când materialul feromagnetic este magnetizat, poli domeniului magnetic încep să se alinieze într-o direcţie comună. Cu domeniile magnetice aliniate în acest fel materialul dezvoltă o forţă totală egală cu suma domeniilor magnetice (fig. 2).

FIGURA 1- DOMENIU MAGNETIC ÎN MATERIALE NEMAGNETIZATE

FIGURA 2 DOMENIU MAGNETIC ÎN MATERIALE MAGNETIZATE

PROPRIETĂŢILE MAGNETULUI

Folosim un magnet bară pentru a ne ajuta să înţelegem principiile de bază ale magnetismului. Fiecare capăt al magnetului se numeşte pol, unul se numeşte polul nord, celălalt se numeşte polul sud. Putem să folosim doi magneţi pentru a demonstra legile magnetismului. Poli de acelaşi fel se resping iar poli diferiţi se atrag. Forţele care cauzează aceste acţiuni nu pot fi văzute dar pot fi demonstrate prin plasarea unei bucăţi de sticlă peste un magnet şi împrăştierea

pilitură de fier. Pilitura se va aşeza în diferite moduri în funcţie de liniile magnetice ale câmpului magnetic.

CÂMPUL MAGNETIC

Forţa exercitată de magneţi variază în intensitate şi în jurul magnetului şi această forţă este determinată de câmpul magnetic. Câmpul magnetic este mai puternic la poli şi descreşte în intensitate spre centru magnetului şi în afară departe de suprafaţa magnetului. În orice punct al câmpului magnetic forţa are o direcţie şi o putere clar definită. Această putere şi direcţie poate fi grafic reprezentată prin modele de linii numite linii de forţă magnetice (fig.3).

Spaţiul dintre liniile de forţă indică puterea relativă a câmpului, cu cât liniile sunt mai apropiate cu atât câmpul este mai puternic. Ar trebuit precizat că direcţia forţei este de la sud la nord în interiorul magnetului şi de la nord la sud în exteriorul magnetului. Aceste linii de forţă nu se intersectează în nici un punct. Nu există o mişcare efectivă de particule ci doar o tendinţă a câmpului de a se îndrepta spre polul opus.

FIGURA 3 – LINIILE DE FORŢĂ MAGNETICĂ

FLUXUL DE DISPERSIE

a) Liniile de forţă, într-un magnet, urmăresc îndeaproape conturul magnetului. Dacă există o schimbare abruptă în contur magnetului, fluxul magnetic este întrerupt, şi se produc poli magnetici la punctul de rupere. Această distorsiune este cunoscută ca “flux de dispersie” (fig. 4). La poli produşi de această distorsiune în conturul magnetului apare o forţă mai puternică la punctul direct de pe suprafaţă şi aceasta este baza pentru inspecţia cu particule magnetice a defectelor.

b) Fluxul câmpului care înconjoară magnetul se numeşte câmp de dispersie. Drumul fluxului normal este printr-un material feromagnetic cum ar fi magnetul care are o reluctanţă scăzută în comparaţie cu drumul prin aer al câmpului de dispersie. Reluctanţa fiind opoziţia materialului magnetic până la stabilirea fluxului magnetic. Când liniile magnetice de forţă îşi încheie traseul printr-un traseu aerian înalt, fiecare linie exercită o forţă laterală pe liniile adiacente făcându-le să se îndoite sau să devină distorsionate. Mărimea distorsiunii depinde de puterea câmpului şi de lungimea traseului de dispersie. Magnetul cu poli la capete opuse ale materialului are un mare câmp de dispersie. Magnetul sub formă de potcoavă are o mai mare concentraţie la poli. Câmpul de dispersie este mai mic deoarece magnetul oferă un traseu cu o reluctanţă scăzută care este mai puternică.

FIGURA 4a – ATRACŢIA PARTICULELOR MAGNETICE ÎN ŞANŢ

FIGURA 4b – ATRACŢIA PARTICULELOR MAGNETICE ÎN FISURĂ

c) Haideţi să aplicăm aceste concepte ale câmpului de dispersie la testarea cu particule magnetice începând cu defectele de suprafaţă. Dacă introducem un câmp magnetic într-un specimen de testat feromagnetic cu liniile de forţă la unghiuri drepte faţă de fisura de suprafaţă vom observa că fisura distorsionează liniile fluxului iar câmpul de dispersie este împrăştiat în jurul fisurii. În fiecare punct unde liniile de flux părăsesc sau reintră în materialul magnetizat se formează câte un pol, nord sau sud. Când particulele magnetice de reluctanţă joasă sunt aplicate pe specimenul de testare sunt atrase la polii magnetici de la fiecare parte a câmpului magnetic. Cam în acelaşi fel cum un magnet sub formă de potcoavă atrage un cui. Primele straturi de particule scurtează şi întăresc câmpul de dispersie cauzând particule adiţionale să fie atrase.

Aceste particule atrag alte particule până când întregul câmp de dispersie este plin cu lanţuri de particule puternic magnetizate. Câmpurile de dispersie se pot de asemenea forma datorită discontinuităţilor din apropierea suprafeţei (Fig. 5). Sub liniile de forţă la suprafaţă unde din liniile de forţă din afara materialului creează un câmp de dispersie. Aceste câmpuri nu sunt atât de puternice ca cele create de defectele de suprafaţă. Câmpurile magnetice induse pot fi circulare sau longitudinale.

FIGURA 5 – COMPORTAREA CÂMPULUI DE DISPERSIE ÎN PREZENŢA DISCONTINUITĂŢILOR

MAGNETIZAREA MATERIALELOR FEROMAGNETICE

1.1. Generalităţi

Oersted a descoperit că dacă printr-un conductor trece un curent electric, un câmp magnetic circular apare în jurul conductorului la un unghi de 90° în direcţia fluxului de curent. Dacă conductorul are o formă uniformă densitatea câmpului, numărul de linii de forţă pe unitatea de arie, este uniform pentru orice punct dealungul conductorului.

a) CURENTUL CONTINUU (DC).Fluxul de curent continuu circulă într-o direcţie constantă printr-un material conductor

permiţând electronilor să traverseze conductorul în lungime şi secţiune, deşi mişcarea este practic neglijabilă la centru, devine mai pronunţată pe măsură ce se apropie de exterior. Efectul treceri curentului DC printr-un conductor este acela ca densitatea câmpului magnetic rezultat este mai mare la suprafaţa conductorului şi începe progresiv să scadă liniar pe măsură ce ne apropiem de centrul conductorului. Un declin exponenţial în puterea câmpului are loc în afara conductorului, în vecinătatea acestuia (fig.6).

FIGURA 6

b) CURENTUL ALTERNATIV (AC) Trecând curent alternativ printr-un conductor, acesta inversează direcţia de mişcare a

electronilor cu o frecvenţă regulată astfel încât mişcarea electronilor este restricţionată la suprafaţa conductorului. Cu cât este mai mare frecvenţa cu atât efectul de sckin este mai pronunţat. Ca o consecinţă câmpul magnetic asociat cu curentul alternativ este restrâns la suprafaţa materialului (fig. 7).

c) CURENTUL REDRESAT. În trecut, foarte multe baterii erau folosite pentru a obţine curent continuu , dar datorită

unor probleme apărute în decursul timpului este mult mai convenabil să se utilizeze curent alternativ redresat, pentru a obţine forma de undă dorită pentru a atinge cea mai eficientă magnetizare pentru orice tehnică. În timpul cursului vom discuta despre aplicaţiile unor astfel de metode cum ar fi undă completă (FWR) şi jumătate de undă (HWDC).

FIGURA 7

Deci se poate deduce că atunci când căutăm discontinuităţi adânci sub suprafaţă în faza de procesare atunci sunt de preferat metodele DC. În timpul fabricaţiei, când căutăm defecte sub suprafaţă metode HWDC sunt cele mai sensibile, în timp ce pentru inspecţiile de întreţinere, necesare pentru detectarea discontinuităţilor de oboseală, metoda AC este recomandată.

1.2. Defect magnetic

Se ştie că atunci când un material feromagnetic este plasat într-un câmp magnetic stabilit, câmpul magnetic intră şi se cuplează cu materialul feromagnetic astfel încât liniile de forţă magnetice sunt aranjate în materialul feromagnetic.

1.3. Proprietăţile magnetice ale materialelor

Proprietăţile magnetice ale materialelor feromagnetice depind de câţiva factori: structura atomică, gradul de duritate, compoziţia chimică, variaţii datorită tratamentului termic şi intensitatea de magnetizare. Forţa de magnetizare pentru oţel este mult mai mare decât cea cerută pentru magnetizarea fierului sau nichel. Proprietăţile magnetice ale materialului pot fi arătate prin trasarea curbei de histerezis. Informaţiile privind proprietăţile unui material pot fi obţinute din curba de histerezis.

Densitatea fluxului Densitatea fluxului se referă la liniile de forţă pe unitatea de arie. Câmpul magnetic ar trebui tăiat la unghiuri drepte pe direcţia de curgere. Densitatea fluxului este de obicei notată cu litera B iar unitatea de măsură este Tesla (Gauss) .

Forţa de magnetizare Aceasta este forţa fie de la un câmp magnetic existent, fie de la un curent electric cerut pentru a stabili câmpul magnetic într-un component. Se notează cu litera H şi se măsoară în Oested.

Permeabilitatea Uşurinţa cu care un câmp magnetic se stabileşte într-un material dat. Materialele cu o înaltă permeabilitate sunt uşor de magnetizat şi demagnetizat. Permeabilitatea este numeric egală cu B/H şi este notată cu litera grecesc .

Observaţie: Majoritatea oţelurilor cu structură martensitică au permeabilitatea peste 240. Reluctanţa Opoziţia materialui la stabilirea câmpului magnetic. Permebilitate relativă

Permeabilitatea relativă nu are unitate de măsură. 0 = 4 x 10-7

=

BH r =

μμ0

Valori ale permeabilităţi relative pentru diverse materiale:Cupru 1 Stainless Steel 1.02Aer 1 Cast Steel 175

Aluminiu 1 Aliaj înalt de oţel 750Plastic 1 Oţel inoxidabil 1.02

Materiale feroase, neferoase, paramagnetice sau diamagnetice:

Materiale feromagnetice : Un material care manifestă o atracţie puternică faţă de un magnet îl vom numi feromagnetic. Acest material este uşor de aliniat domeniul magnetic şi astfel uşor de magnetizat, poate avea o retentivitate înaltă. Astfel de materiale au o permeabilitate înaltă dar volumul şi forma curbei de histerezis poate diferi de la un tip de material feromagnetic la altul. Materiale paramagneticele: Materialele paramagnetice sunt materiale care sunt atrase usor de magneţi. Materialele diamagneticele: Materialele diamagneticele sunt materialele care sunt respinse uşor de magneţi.

Aceste trei tipuri de materiale magnetice sunt descrise în figura 8 care arată interelaţionarea lor cu materiale neferoase cum ar fi aluminiu, plastic, cupru, lemn.

FIGURA 8 Magnetism rezidual:

Câmpul rezidual rămas după ce magnetizarea a încetat. Un magnet permanent are o retentivitate înaltă şi un magnetism rezidual înalt.

Retentivitatea: Capacitatea unui material de a reţine o anumită cantitate de magnetism rezidual.

Forţa coercitivă: Este opusul forţei de magnetizare necesar pentru a aduce nivelul de magnetism rezidual la zero. Această forţă este întoadeuna opusă în direcţie şi mai mică în valoare decât forţa care produce magnetismul rezidual.

1.4. Formarea unei curbe de histerezis

Dacă într-un grafic este trasată o curbă, la schimbările în densitatea fluxului (B) împotriva variaţiilor în forţa de magnetizare (H), o curbă de histerezis se va forma.

Începând de la zero cu materialul în condiţii nemagnetizate şi crescând forţa de magnetizare în măsuri mici, fluxul în material creşte destul de repede la început, pe urmă mai încet până când atinge punctul “a”, peste care orice creştere în forţa de magnetizare nu mai produce creştere în densitatea fluxului. Acesta este punctul de saturaţie magnetică a materialui. Gradual reducând forţa de magnetizare rezultă curba (a-b). Cantitatea de

magnetism rămasă în material la punctul “b”, se numeşte magnetism rezidual remanet sau retentivitate. Când curentul de magnetizare este întors şi gradual creşte în valoare, fluxul va continua să scadă până ce atinge punctul “conductivit”. În acest punct fluxul este zero (c-0) reprezintă forţa coercitivă în material. Câmpul inversat creşte până ce punctul “d” este atins. Materialul este din nou saturat dar în direcţie opusă. Forţa de magnetizare este acum scăzută la zero şi o porţiune a curbei (d-e) este formată şi “e” reprezintă polaritatea inversă reziduală magnetism. Din nou creşte forţa de magnetizare în direcţia originală completând curba (e-f-a). Ciclul este acum complet iar aria este numită curbă de histerezis.

Forma buclei indică proprietăţile magnetice ale materialului care tocmai a fost magnetizat. Figura 10 este o curbă de histerezis tipică pentru materiale care au o permeabilitate înaltă şi scăzută.

FIGURA 9. BUCLA DE HISTEREZIS

Notă:

BH

=μ este complex.

μ0=4 π×10−7

BUCLA DE HISTEREZIS PENTRU MATERIAL MAGNETIC MOALE

BUCLA DE HISTEREZIS PENTRU MATERIAL MAGNETIC DUR

FIGURA 10.

METODE DE MAGNETIZARE

2.1. Generalităţii

Alegerea metodei de magnetizare depinde de forma obiectului şi de direcţia în care curge câmpul. Maximul de sensibilitate pentru detectarea crăpăturilor este atins când direcţia defectului face un unghi drept cu câmpul magnetic, dar sensibilitate nu este în mod serios redusă dacă defectul este orientat până la un unghi de 45 de la direcţia optimă. Peste unghiuri mai mari de 45 sensibilitate se diminuează considerabil. Din acest motiv o examinare completă a unei suprafeţe necesită cel puţin două magnetizări perpendiculare.

2.2. Magnetizarea în câmp circular

Un curent electric care trece printr-un conductor produce un câmp magnetic circular în şi în jurul conductorului. Putem demonstra câteva proprietăţi ale câmpului magnetic circular utilizând o bucată de hârtie şi particule magnetice. Atunci când curentul curge particulele se aşează într-un model concentric în jurul conductorului, modelul inelar fiind mai puternic şi mai distinct (figura 11.). Dacă creştem fluxul de curent modelele devin mai puternice şi distincte. Puterea câmpului este direct proporţională cu curentul şi invers proporţională cu distanţa de la conductor, cel mai puternic câmp fiind cel de la suprafaţa conductorului. Distribuţia liniilor de forţă în conductor este diferită. Densitatea fluxului este zero la centrul conductorului şi maximă la suprafaţă. Fluxul curentului prin forme neregulate poate de asemenea stabili câmpuri magnetice circulare, din nou densitatea fluxului este mai mare la suprafaţa specimenului.

FIGURA 11.

FIGURA 12.

2.3. Flux de curent

În metoda fluxului de curent un curent este trecut între două arii de contact stabilite de la suprafaţa obiectului. (Fig. 13)

Amperajul cerut este proporţional cu dimensiunea piesei. Excepţie la această regulă este atunci când transportăm fluxul de curent folosind electroni ţinuţi în mână, când amperajul este guvernat mai mult de separarea celor doi electrozi decât de extinderea obiectului (Fig 14). Defectele vor fi indicate paralel cu sau între 45 de grade de la direcţia fluxului de curent. Defectele în lungul câmpului nu vor fi puse în evidenţă.

FIGURA 13.

FIGURA 14.

2.4. Magnetizarea prin bară

Se realizează prin trecerea unui curent printr-un conductor plasat între poli magnetici (fig 15). Defectele vor fi indicate paralel cu, sau între 45 de grade de la direcţia fluxului de curent. Defectele de pe ambele suprafeţe vor fi puse în evidenţă şi defectele radiale de pe suprafaţă vor fi de asemenea puse în evidenţă. Dacă avem o piesă răsucită nu poate fi inserată o bară, atunci un cablu flexibil poate fi utilizat. Barele folosite sunt de obicei buni conductori cum ar fi cupru sau alamă. Aceste bare sunt foarte grele şi scumpe pot fi făcute din aluminiu sau tuburi de aluminiu.

FIGURA 15.

2.5. Fluxul magnetic

Magneţi permanenţi sau electrici sunt utilizaţi în această metodă (Fig. 16). Sunt folosiţi poli care pot fi ajustaţi pentru a face faţă diferitelor forme şi dimensiuni ale componentelor, sunt plasaţi pe feţele opuse ale componentului astfel încât câmpul să treacă de la o arie de contact la alta. Direcţia de curgere optimă este la un unghi drept de direcţia câmpului.

FIGURA 16.

2.6. Magnetizarea în câmp longitudinal

Când un curent electric este trecut printr-o bobină, direcţia principală a fluxului este parale cu axa longitudinală a bobinei. Liniile individuale de forţă din jurul fiecărui segment al conductorului interacţionează cu fluxul câmpului adiacent pentru a produce un câmp de flux puternic în jurul şi prin bobină. Dacă inserăm un o tijă feromagnetică în centrul bobinei fluxul câmpului devine mai puternic în tijă. Slaba reductanţă a tijei forţează mai multe linii de forţă să se stabilizeze. Aceasta o numim magnetizare longitudinală. Câmpul magnetic este în lungimea specimenului. Puterea câmpului magnetic este direct proporţională cu curentul, numărul de spire şi proprietăţile magnetice ale specimenului. (Fig. 17).

FIGURA 17.

2.7. Metoda globală

O largă gamă de piese turnate, forjate precum şi alte specimene similare sunt frecvent inspectate utilizând metoda globală. Unităţile de magnetizare au multiple ieşiri scoţând până la 20 000 Amperi DC. Multiple cabluri de ieşire permit un şoc, două sau trei căi de magnetizare. Curentul continuu de amperaj înalt este aplicat la circuite unul câte unul şi în succesiune rapidă. Efectul este o magnetizare globală. Datorită marilor sensibilităţi, particulele fluorescente aplicate sunt utilizate prin metoda umedă. Particulele sunt pulverizate pe specimen în timp ce curentul trece prin specimen şi este examinat cu o lumină neagră. Avantajul metodei globale este că discontinuităţile indiferent de direcţie pot fi detectate într-o singură operaţie.

Bobina Piesa este plasată în interiorul bobinei parale cu axa bobinei ca în figura 18. Defecte peste

45 de grade de la direcţia de magnetizare vor fi evidenţiate. Pe măsură ce puterea câmpului scade la o valoare mai joasă la o distanţă de 150-230 mm de capetele bobinei. Testul trebuie repetat de câte ori este nevoie pentru a se acoperi întreaga lungime a piesei.

FIGURA 18.Tehnica frânei rapide

Când un specimen sub formă de bară este magnetizat cu curent DC unele din liniile de forţă nu trec prin toată lungimea specimenului. Fisurile transversale în apropiere de capete nu pot fi puse în evidenţă sau nu pot produce indicaţii. În anumite condiţii putem minimaliza efectul utilizând frâna rapidă, uneori numită tehnica frânei rapide. Curentul printr-o bobină magnetizată este tăiat brusc aceasta cauzând un colaps rapid al câmpului magnetic care induce un curent circular momentan în specimen, producând un nou câmp rezidual magnetic, care stă în apropiere de suprafaţă şi se extinde pe toată lungimea specimenului. Acest câmp este cauzat de un curent circular momentan care interceptează aceste fisuri şi produce indicaţii.

Magnetizarea prin curent indusSpecimenele de formă inelară pot fi rapid testate utilizând magnetizarea cu curent indus, cu

specimenul plasat în interior şi concentric cu axul bobinei. Un miez de fir de o permeabilitate ridicată este plasat în interiorul specimenului şi un curent AC sau DC jumătate de undă este aplicat stabilind un câmp magnetic fluctuant în jurul bobinei şi prin miezul de fier. Acest câmp fluctuant întărit de miezul de fier, face ca un puternic curent indus să cuprindă specimenul. Curentul indus produce un câmp magnetic circular care intersectează discontinuităţile circumferenţiale. Este uneori de dorit să se aplice doi sau mai mulţi curenţi în diferite direcţii în acelaşi timp producând o rezultantă sau un vector de câmp, puterea relativă şi direcţia de care depind curenţi aplicaţi variind alternativ curenţi în circuitele magnetizate producând un câmp ondulator permiţând detectarea unor discontinuităţi orientate diferenţial într-o singură operaţie.

SUBSTANŢE FOLOSITE LA EXAMINAREACU PARTICULE MAGNETICE

3.1. Generalităţi

După stabilirea câmpului magnetic în componenta de testare este necesar să angajăm un mediu capabil să detecteze orice dispersie de flux cauzată de o discontinuitate în component.

3.2. Proprietăţi ale particulelor magnetice.

Particulele magnetice trebuie să aibă anumite proprietăţi. Cea mai importantă proprietate este permeabilitate înaltă şi retentivitate scăzută. Particulele pot fi uşor atrase şi reţinute de slabe câmpuri de dispersie. Nu trebuie să se atragă între ele sau de specimenul de testare decât sub influenţa câmpurilor de dispersie. Diferite mărimi şi forme de particule magnetice sunt necesare pentru metodele de testare şi pentru a satisface diferite cerinţe de testare. Condiţiile de testare trebuie să fie adecvate: suficientă lumină şi contrast între particule şi specimenul de testare. Particulele magnetice sunt produse şi clasificate după metodă: uscat, umed şi cauciuc magnetic şi nu sunt interschimbabile.

3.3. Particule uscate

Sensibilitatea particulelor uscate este teoretic înaltă şi cu o permeabilitate mult mai ridicată decât la oxizi folosiţi la cerneluri. Acest avantaj este anulat de densitatea particulelor şi de slaba lor mobilitate, astfel adunarea particulelor la un defect creşte mult. Este de obicei insuficientă forţa necesară pentru a mişca particulele deasupra suprafeţei împotriva frecării. Metoda AC este recomandată întotdeauna pentru metoda cu particule uscate atât timp cât câmpul oscilant induce o mobilitate naturală. La tehnicile cu pulbere uscată apar probleme la asigurarea acoperirilor tuturor suprafeţelor, în special când se controlează părţile de sub piese.

În metoda uscată pudra magnetica este pulverizată uşor şi direct pe suprafaţa specimenului de un pistol cu aer sau un dispozitiv de suflat. Particulele care se apropie de discontinuităţi sunt uşor atrase de câmpurile de dispersie şi de urmele corespunzătoare discontinuităţilor. Particulele care au impactul cu suprafaţa departe de discontinuităţi cad lăsând suprafaţa neafectată.

Pentru o operaţie satisfăcătoare, distanta optima a pistolului cu aer de suprafaţa şi presiunea aerului dinăuntru ar trebui predeterminate prin testări. Pudra în exces poate fi îndepărtată, astfel încât urmele sa fie mai vizibile. Metoda uscata utilizând pudra colorata este cea mai adecvata. Pudra uscata da urme mult mai rapid chiar daca este slab calitativă. Dimensiunea granulară în metoda uscata este mai înaltă (10 - 30 microni) decât în metoda uda.

Particulele magnetice fabricate pentru metoda uscată se găsesc sub formă de pudre colorate: verde, roşu, galben, negru. Metoda uscata este cel mai des utilizata cu echipament de testare portabil şi acolo unde este imposibil de realizat cu echipamentul imobil. (staţionar) particulele magnetice uscate pot fi aplicate utilizând un spray. Cele mai bune rezultate sunt obţinute utilizând un pistol, cu aer care împrăştie un strat subţire de particule. Particulele uscate sunt de dimensiuni şi forme diferite pentru a avea sensibilitate maximă la toate suprafeţele.

3.4. Suspensii magnetice

Sunt suspensii ale particulelor magnetice divizate fin având o înaltă permeabilitate dar cu o retentivitate scăzută, astfel încât să nu fie nici un risc de coagulare. Datorită particulelor care devin permanent magnetizate după trecerea prin câmpul magnetic. Combinaţia particule-lichid este făcută pentru a da cea mai bună mobilitate posibilă a particulelor de o dimensiune care le va fac să fie imposibil să fie atrase de câmpuri de dispersie foarte slabe. Pentru a distinge la fel de bine defectele mai mari sau mai mici este necesar să avem un domeniu de dimensiuni de particule astfel încât particulele fine acumulate în defectele mici în timp ce creşte numărul de particule în jurul fisuri mari. Datorită aplică uşoare şi mobilităţi particulelor cernelurile magnetice sunt considerare superioare particulelor uscate.

DEMAGNETIZAREA

5.1. Generalităţi

Demagnetizarea este procesul prin care magnetismul rezidual este redus la un nivel accesibil în eşantionul testat. Demagnetizarea este posibilă deoarece magnetismul rezidual este întotdeauna mai mic decât forţa de magnetizare care îl produce. Procesul implică o forţă de demagnetizare iniţială care este în mod consecvent direcţionată în mod opus forţei de magnetizare, până când magnetismul rezidual atinge un nivel acceptabil. Forţa iniţială de demagnetizare prezentată în pasul 1 (figura 30) urmând o direcţie, este egală sau mai mare decât forţa originală folosită pentru magnetizarea eşantionului. Aceasta produce un nou câmp magnetic rezidual în aceiaşi direcţie ca şi forţa de demagnetizare. La pasul 2 (fig. 1) direcţia forţei este inversată şi redusă în valoare producând un câmp rezidual opus mai mic. Pasul final a lăsat o valoare mică a magnetismului rezidual care are un efect mic asupra folosirii porţiuni.

Dacă eşantionul ce urmează a fi demagnetizat iniţial a fost testat folosind magnetizarea circulară, pentru a garanta demagnetizare este folosit un câmp magnetic longitudinal. Dacă eşantionul menţine un câmp circular, forţa de demagnetizare îl schimbă într-un câmp rezidual longitudinal care este redus de procesul de demagnetizare. Aminteşte-ţi că reluctanţa este opoziţia unui material magnetic pentru stabilirea unui flux magnetic şi aminteşte-ţi că magnetismul rezidual este cantitatea de magnetism pe care materialul magnetic ce reţine după ce forţa de magnetizare a fost îndepărtată.

FIGURA 30.Magnetismul rezidual este indezirabil pentru că ar putea afecta testele magnetice următoare.

Ar putea fi dificil dacă o componentă conţinând magnetism rezidual ar fi re-fixată în vecinătatea unei busole sau a unui echipament de zbor. Magnetismul rezidual într-un eşantion rotativ ar putea aduna fragmente din sistemul de alimentare cu combustibil şi să provoace defecţiuni ale rulmenţilor şi chiar ar duce la apariţia unui arc electric şi apoi la o explozie. Dacă o porţiune dintr-un eşantion trebuie supusă la reparaţii prin sudură este absolut necesar să se producă o procedură de demagnetizare:

a) înainte de a începe verificarea cu particulelor magnetice b) intre schimbările de direcţie ale fluxuluic) după ce testul cu particula magnetice a fost încheiat.

Baza tuturor proceselor de demagnetizare este supunerea componentei magnetice influenţei unui câmp magnetic continuu reversibil de o forţă atât de mare sau chiar peste cea folosită în timpul testului şi reducând gradual forţa spre zero (fig. 31.). Aceasta cauzează o schimbare a sensului inversare corespunzătoare şi reducerea câmpului lăsând-o efectiv demagnetizată.

FIGURA 31.

5.2. Metode de demagnetizareDintre metodele de demagnetizare existente amintim următoarele:a) Bobina cu orificiu

Piesa de testat este trecută prin orificiul bobinei ce poartă curent alternativ (fig. 32). Apoi piesa este îndepărtată de bobină iar influenţa câmpului sau magnetic la o distanţă axială de nu mai puţin 1,5 m (5 ft) sau alte posibilităţi când fluxul nu este detectabil iar curentul închis.

b) Bobină cu orificiu şi curent variabil Această bobină poate fi folosită pentru a aplica un câmp alternativ continuu diminuat piesei, care rămâne staţionară. Piesa nu ar trebui să rămână îndepărtată până ce curentul atinge valoarea zero.

c) Jug cu AC Metoda jugului cu AC (fig. 33) este în mod normal folosită pe piesele dintr-o structură care nu poate fi uşor îndepărtată de structura de originală. Jugul AC este energizată, este trecută peste suprafaţa piesei şi mişcat la o distanţă de cel puţin 450 mm (18 inch) de piesă. Acţiunea de mişcare poate fi repetă de câte ori este necesar pentru a acoperi aria de testat. Mişcarea ori trebui să fie în aceiaşi direcţie.

FIGURA 33.

d) Flux diminuat de AC Unde este folosit un flux AC diminuat, excitaţia masivă la valorile curentului diminuate în trepte fără a depăşi 50 la sută din valoarea anterioară în jos spre minimum posibil va lăsa piesa efectiv magnetizată.

e) DC reversibil

Cum AC nu penetrează in profunzime dincolo de suprafaţa materialelor, unele piese ar pute fi dificil de demagnetizat folosind metoda cu AC. DC poate fi folosit pentru demagnetizarea dacă se asigura măsura de control a curentului foarte fin şi o modalitate de schimbare a direcţiei curentului. Componenta este plasată între polii unii electromagnet DC. Este aplicat un câmp destul de puternic pentru a satura/ neutraliza magnetic componenta. Apoi câmpul este redus la 0 în trepte iar direcţia inversată printr-o acţiune simultană de schimbare a direcţiei curentului şi reducerea valorii lui până la 0 (valoare curentului). Valoarea fiecărei trepte ar trebui să fie 50/ din cea precedentă în scădere spre minimum posibil.

f) Tratamentul termic prin încălzire Această metodă este aplicată pieselor parţial finisate în timpul producţiei. Piesa este supusă unei temperaturi peste punctual ei Curri, astfel tratamentul termic va demagnetiza automat piesa.

6.2. Etapele examinării cu particule magnetice

Pregătirea suprafeţei – suprafeţele prelucrate sau placate nu necesită, în mod normal un alt tratament de suprafaţă decât acela de degresare. Rugina liberă ar putea fi îndepărtată prin suflare dacă sunt efectuate cu grijă pentru a preveni pierderile dimensionale. Găurile ar putea fi astupate, folosind dopuri de PVC roşu pentru a preveni pătrunderea tuşului în cavităţile interioare. Vopseaua poate fi îndepărtată local folosind o metodă aprobată pentru a asigura arii de contact adecvate pentru metodele cu flux de curent. Dacă vopseaua are aceiaşi ca şi cerneala a ce urmează a fi folosită atunci pate fi folosit un lac alb uşor de îndepărta şi care se usucă repede. Demagnetizarea iniţială – înainte de testare pieselor ar trebui demagnetizate pentru a degaja orice fragment magnetic aderent şi pentru a îndepărta orice câmp magnetic cum ar fi acela care cauzează înscrisuri magnetice.Degresarea şi curăţarea – piesa ar trebui să fie curăţată în întregime înainte de a fi testată deoarece lubrefiantul aderent şi mizeria pot masca defecţiuni şi vor contamina cerneala. Magnetizarea Trebuie menţionat că orientarea liniilor de forţă induse într-o piesă de testat afectează rezultatele testelor. Liniile forţei trebuie să fie în unghiuri perpendiculare faţă de discontinuitate pentru a obţine rezultate bune. Să presupunem că o bară de oţel are 4 fisuri orientate în unghiuri diferite faţă de liniile de forţă ele unui câmp magnetic longitudinal (fig.36). Fisura care se găseşte sub un unghi de 90 de grade furnizează cei mai buni indicatori, fisura de 60 arată indicatori satisfăcători şi fisurile 45-0 arată foarte puţin sau deloc. La magnetizarea circulară (fig.37) fisura longitudinală este la 90 de grade faţă de flux şi asigură cel mai bun indicator, fisura transversală de 0 grade nu arată nici un indicator.

FIGURA 36.

FIGURA 37.

In figura 38 piesa de testat este un mecanism suspendat pe un conductor central între două capete magnetizante. Când curentul electric este trecut prin conductorul central, un câmp magnetic circular este creat în jurul conductorului şi în interiorul mecanismului. Mecanismul este magnetizat. Particulele magnetice sunt aplicate pe piesa magnetizată şi este verificată pentru acumulările de particule produsă la fisuri şi alte discontinuităţi. Dacă curentul este trecut prin diametrul aceluiaşi angrenaj, câmpul circular este orientat să dezvăluie fisurile care poate nu apăruseră la primul test. Liniile de forţă trebuie să taie transversal discontinuitatea pentru a crea câmp de scăpări. Din nou direcţia câmpului magnetic este selectată pentru a intercepta discontinuitatea. Piesele supuse testări cu particule magnetice reţin puţin magnetism rezidual. Magnetismul rezidual este cantitatea de magnetism pe care materialul magnetizant o reţine după ce forţa magnetică a fost îndepărtată. Dacă magnetismul rezidual afectează sau ar putea afecta următorul pas de fabricaţie sau folosirea piesei, demagnetizarea este necesară înaintea fiecărui pas.

FIGURA 38.

Dacă metodele magnetizare reziduală nu au fost aprobate, cerneala ar trebui aplicată imediat înainte şi în timpul stimulării. Aplicarea ar trebui să se oprească înainte ca stimularea să se termine. Nu mai puţin de 3 secunde ar trebui permis indicatorului să se formeze înainte de examinarea piesei. Cerneala ar trebui lăsată să se scurgă pe piesă cu o presiune foarte mică astfel încât să li se permită particulelor să adere la defect foră a fi îndepărtate. Această metodă este cunoscută sub denumirea de metoda umedă continuă.O normă stabileşte că depistarea fisuri particulei magnetice ar trebui efectuată la nivelele densităţii fluxului magnetic egal cu sau mai mare decât 0,72 T.Interpretarea Întreaga suprafaţă supusă testului ar trebui examinată înainte de a continua următoarea metodă de testare. Când se foloseşte cerneala nefluorescentă, ar trebui să se obţină un contrast bun între cerneală şi componenta testată. Aria de examinat trebuie să fie în întregime examinată să se elimine umbrele, la un nivel nu mai mic de 500 lux lumina naturală sau artificială şi mai mare. Punctele de maximă luminozitate ar trebui evitate deoarece acestea ar putea ascunde vederi indicatorii de defecţiune. Când se foloseşte cerneala fluorescentă nivelul lumini albe ar trebui să nu fie mai mare de 10 lux şi ar trebui folosită o lampă ce de o intensitate a lumini negre suprafeţei testate nu mai puţin de 800W/cm2. Reflecţia lumini negre trebuie evitată deoarece afectează vederea examinatorului. Marcarea indicatorilor – când este necesar, poziţiile indicatorilor de fisură ar pute fi marcaţi prin folosirea unui creion de ceară. Evaluarea şi înregistrarea fisurilor – fisurile trebuie înregistrate şi evaluate în concordanţă cu tehnica.Demagnetizarea – testarea trebuie să fie urmată de demagnetizare când magnetismul rezidual rămas ar putea afecta următorul pas de fabricaţie. Procesul implică o serie de paşi în care forţa de demagnetizare este ulterior inversată ca direcţie şi redusă ca valoare până când magnetismul rezidual este redus la un nivel acceptabil.Echipamentul de demagnetizare foloseşte AC pentru a produce o forţă de demagnetizare longitudinală în timp ce piesa este mişcat prin bobină până la capătul şenilei. Pentru demagnetizarea longitudinală mai completă se va folosi echipament de testare fix cu DC. Este posibilă demagnetizarea folosind câmpuri circulare dar nu este practică, deoarece câmpul rămas este intern şi nu poate fi detectat şi măsurat. Cu demagnetizarea longitudinală câmpul trece prin lungimea eşantionului, forţa câmpului rezidual poate fi măsurată la celălalt capăt. De aceia ultimul pas în demagnetizare este întotdeauna longitudinal.Curăţarea După testare şi acceptare toate componentele ar trebui să fie curăţate pentru a îndepărta urmele de cerneală lac şi ceară roşie marcantă, pentru a se îndepărta dopurile dacă sunt

folosite, pentru a se asigura revopsirea pieselor unde vopseua a fost îndepărtată pentru testele circulări curentului. Dacă componenta urmează să fie depozitată, atunci un înveliş protectiv ar trebui aplicat pentru a evita coroziunea.

COMPARAŢIE ÎNTRE METODELE DE EXAMINARE NEDISTRUCTIVĂ

Nr.Crt.

Metoda de control

Adâncimea fisurii de suprafaţă

care poate fi detectată

[mm]

Indicaţia fisurilor interne

Capacitate de automatizare

Avantaje deosebite Limitele metodei

1. Control vizual

Nu pot fi definite

Nu Nu Nici un fel de cheltuială Semnificativă doar cu mijloace optice de ajutor

2. Control cu lichide penetrante

>0,01 Nu Nu Cheltuieli reduse, adecvate pentru orice fel de material

Fisurile trebuie să fie deschise la suprafaţă; nu se aplică la materiale poroase

3. Control cu pulberi magnetice

<0,01 Condiţionat

Nu Uşor de evaluat, influenţă redusă ageometriei şi rugozităţii supafeţei

Doar pentru materiale feromagnetice

4. Control cu curenţi turbionari

>0,2 Nu Da Viteză de control mare, cheltuieli reduse comparativ cu controlul ultrasonic

Doar pentru materiale conductoare de electricitate şi geometrii simple

5. Control ultrasonic

>0,2 Da Da Indicaţii de la defecte interne şi de suprafaţă

Doar pentru materiale care transmit sunt şi geometrii simple. Direcţia sunetului trebuie să fie perpendiculară pe suprafaţa fisurii

6. Control radiografic cu radiaţie X

>0,3 Da Nu Film ca document Depinde de poziţia fisurii şi grosimea piesei. Direcţia de iradiere trabuie să fie paralelă cu fisura