Μη Καταστροφικός Έλεγχος Μέθοδος Μαγνητικών Σωματιδίων 1 Διδάσκων: Καθηγητής Θεοδουλίδης Θεόδωρος Επιμέλεια Παρουσιάσεων: Κουσίδης Σάββας
Γενικά για το μαγνητισμό Όλα τα υλικά αποτελούνται από άτομα και μόρια τα οποία ενδέχεται να ασκούν ή να μην ασκούν μαγνητική επίδραση, ανάλογα με τη διάταξη των ηλεκτρονίων εντός του υλικού. Τα άτομα των μαγνητικών υλικών συσσωρεύονται σε περιοχές που καλούνται μαγνητικές περιοχές. Καθεμία από τις περιοχές αυτές διαθέτει το δικό της βόρειο και νότιο πόλο. Όταν οι περιοχές αυτές είναι τυχαία διατεταγμένες, τότε το υλικό είναι μη μαγνητισμένο. Όταν οι περιοχές ευθυγραμμίζονται προς μία κοινή κατεύθυνση, τότε το υλικό θα είναι μαγνητισμένο και το ίδιο το υλικό θα διαθέτει το δικό του βόρειο και νότιο πόλο. Η ευθυγράμμιση των περιοχών μπορεί να γίνει με την εισαγωγή τους σε ένα υπάρχον μαγνητικό πεδίο. 2
Μαγνητικές δυναμικές γραμμές Οι ιδιότητες των μαγνητικών δυναμικών γραμμών είναι οι ακόλουθες: Σχηματίζουν κλειστούς βρόχους μεταξύ των βόρειων και των νότιων πόλων Δεν τέμνονται μεταξύ τους Ακολουθούν διαδρομές ελάχιστης μαγνητικής αντίστασης Η πυκνότητά τους ελαττώνεται αντιστρόφως ανάλογα της απόστασης από τους πόλους Θεωρείται ότι διαθέτουν προσανατολισμό, εξέρχονται από το βόρειο πόλο και εισέρχονται στο νότιο πόλο του μαγνήτη και εντός του μαγνήτη βαίνουν από το νότιο πόλο προς το βόρειο πόλο 3
Γενικά χαρακτηριστικά μεθόδου Ο έλεγχος με χρήση μαγνητικών σωματιδίων είναι μία μέθοδος Μη Καταστροφικού Ελέγχου η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί: Μόνο σε σιδηρομαγνητικά υλικά Για τον εντοπισμό επιφανειακών ασυνεχειών Υποεπιφανειακών ασυνεχειών μέχρι 2 mm ή 3 mm, κάτω από την επιφάνεια του υλικού. 4
Φυσική της μεθόδου (1/3) Τα προς έλεγχο υλικά μαγνητίζονται με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού: Ηλεκτρομαγνήτες (YOKE) Μόνιμους μαγνήτες Τεχνική κεντρικού αγωγού Πηνία Ακροδέκτες κλπ 5
Φυσική της μεθόδου (2/3) Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου που εμφανίζεται στο υλικό, όταν συναντήσουν ασυνέχεια, δηλαδή μεταβολή της μαγνητικής διαπερατότητας, διαταράσσονται και τότε εμφανίζεται το φαινόμενο της διαρροής του μαγνητικού πεδίου και η ασυνέχεια συμπεριφέρεται σαν ένα τοπικό μαγνητικό δίπολο με βόρειο και νότιο πόλο. 6
Φυσική της μεθόδου (3/3) Τέλος, με την εναπόθεση ρινισμάτων μαλακού σιδήρου (μαγνητικά σωματίδια) στην επιφάνεια του υπό εξέταση υλικού, είτε με την υγρή (spay) είτε με την ξηρή μέθοδο (powder), επιτυγχάνεται η συγκέντρωση αυτών επάνω στους πόλους των άκρων της ασυνέχειας. Αυτή η συγκέντρωση των ρινισμάτων ύστερα από κατάλληλη παρατήρηση και φωτισμό υποδεικνύει τη θέση και το μέγεθος της ασυνέχειας. 7
Εντοπισμός ασυνέχειας Το μέγιστο βάθος εντοπισμού μιας ασυνέχειας έχει άμεση σχέση με το βάθος της διείσδυσης της μαγνητικής ροής, η οποία εξαρτάται από τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος, την αγωγιμότητα του υπό εξέταση υλικού και τη διαπερατότητά του. Όταν οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες ή σχεδόν παράλληλες με τον άξονα των ασυνεχειών ο εντοπισμός είναι σχεδόν αδύνατος. 8
Εξοπλισμός της μεθόδου (1/2) Ο πιο διαδεδομένος εξοπλισμός ελέγχου με μαγνητικά σωματίδια είναι ο πεταλοειδής ηλεκτρομαγνήτης (YOKE) ο οποίος έχει δύο σπαστούς βραχίονες ώστε να μεταβάλλεται η απόσταση μεταξύ των πόλων. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από τον ηλεκτρομαγνήτη (μαλακός σίδηρος) μέσω πηνίου το οποίο τον περιβάλλει και το οποίο διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. 9
Εξοπλισμός της μεθόδου (2/2) Ο εξοπλισμός ελέγχου με μαγνητικά σωματίδια επίσης περιλαμβάνει: Καθαριστικό Απαιτείται: Πριν τον έλεγχο για καθαρισμό οξειδώσεων και ελαίων Μετά τον έλεγχο για καθαρισμό κατάλοιπων λευκού υποβάθρου και μαγνητικών σωματιδίων Λευκό υπόβαθρο Αυξάνει την αντίθεση και κάνει ευκρινέστερα τα μαύρα ρινίσματα που συγκεντρώνονται στις ασυνέχειες Μαγνητικά σωματίδια ορατά ή φθορίζοντα (δεν χρειάζονται λευκό υπόβαθρο) Ρινίσματα μαλακού σιδήρου που έλκονται από τις ασυνέχειες 10
Εξοπλισμός της μεθόδου (2/2) Λάμπα - Φακός UV Τα ορατά χρειάζονται άπλετο και διάχυτο φώς >350 lux Τα φθορίζοντα χρειάζονται χαμηλό φωτισμό 10 32 lux Μαγνητόμετρο Μέτρηση παραμένουσας μαγνήτισης στο υπό εξέταση υλικό με μονάδες μέτρησης: α) Μαγνητική επαγωγή = Gauss ή Tesla και β) Ένταση μαγνητικού πεδίου = Oersted ή A/m) 11
Βήματα της μεθόδου (1/3) Προ-καθαρισμός επιφάνειας ελέγχου Εφαρμόζεται για την εύκολη και ελεύθερη μετακίνηση των μαγνητικών σωματιδίων στην υπό έλεγχο επιφάνεια Απομαγνήτιση πριν τον έλεγχο Για την απομάκρυνση τυχόν παραμένουσας μαγνήτισης από προηγούμενο έλεγχο με μαγνητικά σωματίδια η οποία ενδέχεται να αλληλεπιδρά με την παρούσα δοκιμή Εφαρμογή λευκού υπόβαθρου Μόνο όταν πρόκειται για ορατή βαφή, έτσι ώστε να επιτευχτεί αύξηση της αντίθεσης 12
Βήματα της μεθόδου (2/3) Μαγνήτιση με τον ηλεκτρομαγνήτη (YOKE) Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου πηγαίνουν από πόλο σε πόλο και ανιχνεύουν ασυνέχειες που έχουν διεύθυνση 45 ο έως 90 ο σε σχέση με αυτές Για τον εντοπισμό όλων των ασυνεχειών είτε εγκάρσιων είτε διαμηκών τοποθετούμε στην επιφάνεια ελέγχου το YOKE και μαγνητίζουμε σε διάφορες γωνίες από 0 ο έως 90 ο Ψεκασμός ορατών ή φθοριζόντων σωματιδίων Τα σιδηρομαγνητικά σωματίδια στις μη φθορίζουσες μελάνες δεν πρέπει να είναι λιγότερα από 1,25% και όχι περισσότερα από 3,5% κατ όγκο Τα σιδηρομαγνητικά σωματίδια στις φθορίζουσες μελάνες δεν πρέπει να είναι λιγότερα από 0,1 % και όχι περισσότερα από 0,3 % κατ' όγκο Ο φορέας μπορεί να είναι ελαιοδιαλυτός ή υδατοδιαλυτός και θα πρέπει να συμπληρώνει τον όγκο μέχρι το 100% Κατάλληλος φωτισμός για την οπτική επιθεώρηση Η ικανότητα του ανθρώπινου ματιού να εντοπίσει την ύπαρξη ένδειξης, εξαρτάται από το λόγο αντίθεσης της σε σχέση με το υπόβαθρο Ο λόγος αντίθεσης μαύρο-άσπρο υπόβαθρο (ορατά σωματίδια) είναι 9:1 Ο λόγος αντίθεσης φθορίζον-μαύρο υπόβαθρο (φθορίζοντα σωματίδια) είναι από 300:1 έως 1000:1 13
Βήματα της μεθόδου (3/3) Ερμηνεία ένδειξης Οι ενδείξεις διακρίνονται σε αληθείς και ψευδείς. Οι αληθείς προέρχονται από διαρρέον μαγνητικό πεδίο π.χ. ασυνέχειες και οι ψευδείς δεν έχουν σχέση με το μαγνητισμό π.χ. λιμνάζον σωματίδια σε κοιλότητες, συγκράτηση τους σε ακαθαρσίες Οι αληθείς ενδείξεις διακρίνονται σε σχετικές και μη. Οι μη σχετικές προέρχονται από αναμενόμενο διαρρέον μαγνητικό πεδίο π.χ. απότομες εναλλαγές γεωμετρίας κλπ. ενώ η σχετικές προέρχονται από ασυνέχειες οι οποίες αξιολογούνται βάσει προτύπων Απομαγνήτιση μετά τον έλεγχο Η παραμένουσα μαγνήτιση δημιουργεί πολλά προβλήματα στην λειτουργικότητα του αντικειμένου όπως έλξη ρινισμάτων, μαγνητικό φύσημα κατά την συγκόλληση κλπ. Τρόποι απομαγνήτισης αντικειμένου: Απομακρύνοντας το YOKE αργά και σταθερά από την επιφάνεια ελέγχου Με σφυρηλάτηση ή κρούση Με θέρμανση πάνω από θερμοκρασία Curie του υλικού 14
Πλεονεκτήματα μεθόδου Μπορούν να εντοπιστούν επιφανειακές και υπόεπιφανειακές ασυνέχειες Μπορούν να ελεγχθούν αντικείμενα με ακανόνιστη γεωμετρία Ο προ-καθαρισμός δεν είναι τόσο σημαντικός Γρήγορη και ευκρινής μέθοδος για τον εντοπισμού των σφαλμάτων Υψηλή ευαισθησία στις ατέλειες Χαμηλού κόστους εξοπλισμός 15
Μειονεκτήματα μεθόδου Αδυναμία ελέγχου σε μη σιδηρομαγνητικά υλικά Παραμένουσα μαγνήτιση στο αντικείμενο που ελέγχθηκε Ευθυγράμμιση μεταξύ μαγνητικού πεδίου και ασυνέχειας έτσι ώστε να είναι κάθετα μεταξύ τους Προ-καθαρισμός και μετά-καθαρισμός είναι συχνά απαιτούμενος Δεν είναι αυτοματοποιημένη μέθοδος 16
17 Σας ευχαριστώ πολύ για το χρόνο σας!