EXAMINAREA CU PULBERI MAGNETICE

1. Terminologie si notiuni generale

Controlul nedistructiv magnetic, MT (Magnetic Testing) - metoda de control nedistructiv care consta in detectarea discontinuitatilor unui material pe baza efectelor produse de acestea asupra unor caracteristici ale campului magnetic produs in obiectul controlat.

Examinarea cu pulberi magnetice - metoda de control magnetic, constand in detectarea discontinuitatilor materialelor feromagnetice cu ajutorul pulberilor magnetice ce se acumuleaza in dreptul acestora, ca urmare a atragerii lor de catre campurile de scapari.

Pulbere magnetica - pulbere cu o anumita granulatie, din materiale cu permeabilitate magnetica mare si remanenta mica. In mod obisnuit sunt folositi oxizi de fier feromagnetici.

Materiale feromagnetice - materiale metalice cu permeabilitatea magnetica relativa m_r (mult mai mare decat 1). Aceste materiale sunt atrase foarte puternic de un camp magnetic. Exemple: fier, nichel, cobalt, magnetita - Fe₃O₄.

Rezulta de aici ca, prin aceasta metoda, pot fi controlate doar piese si semifabricate confectionate din materiale care se magnetizeaza, cum ar fi: otel carbon si slab aliat, fonta, unele oteluri aliate, cobalt, nichel si unele aliaje ale lor.

Camp magnetic de dispersie - camp magnetic produs in mediul inconjurator in dreptul unei discontinuitati ca urmare a magnetizarii marginilor sale. Sinonim: camp sau flux de scapari (fig. 1).

Campul magnetic de dispersie este neomogen si are energie mare.

Tendinta campului de a-si micsora energia pana la o valoare minima posibila este satisfacuta prin atragerea unor particule feromagnetice depuse sub forma de pulbere pe suprafata piesei controlate; se formeaza astfel aglomerari de pulbere pe suprafata piesei, marcand prezenta defectelor.

Marimea campului magnetic de scapari depinde in mod direct de orientarea discontinuitatii in raport cu liniile de forta ale campului magnetizant si de adancimea la care se gaseste discontinutatea.

camp magnetic de scapari

1 2 3 4

1 - discontinuitate de suprafata, orientata perpendicular pe liniile de camp;

2 - discontinuitate in apropierea suprafetei, orientata perpendicular pe liniile de camp;

3 - discontinuitate de profunzime, orientata inclinat fata de liniile de camp;

4 - discontinuitate in apropierea suprafetei , orientata paralel cu liniile de camp.

Fig. 2. Perturbarea liniilor de camp de catre discontinutati

Dupa cum se vede in figura 2 numai discontinuitatile 1 si 2 pot fi detectate prin examinarea cu pulberi magnetice.

2. Materiale utilizate la examinarea cu pulberi magnetice

Pulbere magnetica - vezi pct. 1

Pulbere magnetica fluorescenta - pulbere magnetica ale carei granule sunt acoperite cu o pelicula fluorescenta. Contrastul fata de fond se obtine prin diferenta de stralucire la iluminarea cu radiatii ultraviolete (UV).

Pulbere magnetica colorata - pulbere magnetica ale carei granule sunt colorate prin depunere de pelicule sau prin atacare chimica. Contrastul fata de fond se obtine prin diferenta de culoare.

Suspensie magnetica - suspensie de pulbere magnetica intr-un mediu de dispersie (aer, apa, petrol, ulei). Sinonim: lichid magnetic, daca mediul este lichid.

Observatie: In functie de modul de utilizare a pulberii magnetice, metodele de control pot fi:

- metode uscate, cand pulberea este folosita in suspensie cu aer;

- metode umede, cand pulberea este folosita sub forma de lichid magnetic.

Clasificarea standardizata a componentelor suspensiei magnetice este prezentata in tabelul 1.

Tabelul 1

3. Tehnologia controlului cu pulberi magnetice

Pentru controlul cu pulberi magnetice a unui obiect (piesa, semifabricat) sunt necesare urmatoarele operatii:

Curatirea suprafetelor controlate

Zonele care se vor examina se curata mecanic indepartandu-se murdaria, spanul, rugina, arsura, produsele de coroziune. Substantele grase se indeparteaza prin degresare, mai ales arunci cand se vor utiliza suspensii magnetice pe baz apa.

Curatirea se aplica zonei de examinat si unei zone adiacente pe o distanta de minimum 25 mm.

Prelucrarea mecanica este admisa cu conditia ca ea sa nu genereze o rugozitate a suprafetei, Ra > mm

Magnetizarea

Modul in care se realizeaza magnetizarea piesei este esential pentru reusita controlului cu pulberi magnetice.

Regula de aur, in cazul de fata, este urmatoarea: magnetizarea trebuie astfel realizata incat liniile de forta ale campului magnetic sa cada perpendicular pe discontinuitatile cautate.

Sensibilitatea de detectie scade apreciabil daca orientarea discontinuitatilor este deviata cu mai mult de 45⁰ fata de directia optima.

Luand in considerare directia liniilor de camp, in raport cu axa de simetrie a piesei magnetizate, campul magnetic poate fi longitudinal sau transversal.

Vor exista deci:

magnetizare longitudinala, cand directia campului magnetic este paralela cu axa longitudinala a piesei (fig.3,a);

magnetizare transversala, cand directia campului magnetic este perpendiculara pe axa longitudinala a piesei;

magnetizare circulara (fig.3,b), cand liniile de camp urmaresc conturul periferic al obiectului controlat; ea poate fi considerata o varianta a magnetizarii transversale.

Fig. 3. Tipuri de magnetizare

Pentru a fi siguri ca toate discontinuitatile piesei vor fi detectate se poate proceda astfel:

se combina metodele de magnetizare, obtinandu-se magnetizarea mixta;

se schimba directia liniilor de camp magnetic prin schimbarea pozitiei dispozitivului de magnetizare;

se magnetizeaza suplimentar portiunile deficitare, prin una din metodele posibile.

Exista o mare varietate de metode de magnetizare, care folosesc aproape in exclusivitate curentul electric pentru producerea campului magnetic (v.anexa 1). Luand in consideratie modul de producere a campului magnetic in piesa controlata, magnetizarea se poate realiza:

prin introducerea piesei intr-un camp magnetic;

prin trecerea curentului electric prin piesa.

Intrucat, aproape in exclusivitate, curentul electric este folosit la producerea campului magnetic, felul si marimea curentului devin deosebit de importante pentru controlul magnetic.

Cateva considerente:

Intensitatea curentului electric trebuie sa fie suficient de mare pentru ca inductia magnetica (B) din piesa magnetizata (in vecinatatea suprafetei), indiferent de metoda de magnetizare utilizata, sa fie de minimum 0,72 T.

Curentul electric folosit la alimentarea dispozitivelor de magnetizare poate fi: continuu, alternativ sau pulsant.

Curentul continuu - asigura o mai buna sensibilitate de detectare a discontinutatilor in profunzime (de circa 7- 8 ori mai buna decat la curentul alternativ), dar prezinta inconveniente legate de obtinerea lui.

Curentul alternativ - asigura o buna sensibilitate de detectare a discontinuitatilor fine de suprafata (din cauza vibrarii granulelor pulberii), se obtine usor, dar are o mica sensibilitate de detectare in profunzime (din cauza efectului pelicular).

Curentul pulsant - intruneste avantajele metodelor precedente dar se obtine destul de dificil.

Dispozitivele de magnetizare moderne permit masurarea intensitatii curentului electric folosit la crearea campului magnetic. Valorile intensitatii minime a curentului pentru fiecare metoda de magnetizare sunt indicate in standardul STAS 8539-85 pct.3.1.

Aplicarea pulberii magnetice

La metodele uscate (v. pct. 2) pulberea se poate aplica pe suprafata piesei examinate sub forma de suspensie A1 sau B1 (tabelul 1), prin pulverizare sau prin sitare. Pentru suprafetele rugoase se poate folosi un recipient din plastic cu pereti subtiri (doza magnetica).

La metodele umede, suspensiile de tip A2, A3, A4, B2, B3 si B4, se aplica prin turnare, pulverizare, pensulare, stropire sau imersie.

Pentru amplificarea contrastului se admite indepartarea excesului de penetrant prin agitarea pesei, suflarea cu un jet de aer (max. 2 bar) sau asezarea ei intr-o pozitie favorabila scurgerii excesului de suspensie.

Derularea si aplicarea pulberii - conduce la doua tipuri de metode de control.

- Metoda in camp aplicat, la care aplicarea suspensiei magnetice si observarea indicatiilor se fac in timpul magnetizarii (fig. 4,a).

- Metoda in camp remanent, la care aplicarea suspensiei magnetice si observarea indicatiilor se fac ulterior magnetizarii (fig.4,b).

Fig. 4. Derularea in timp a etapelor de magnetizare si depunere a pulberii

Examinarea suprafetei

Definitii

Indicatie - orice aglomerare evidenta de pulbere magnetica

Indicatie relevanta - indicatie care poate fi asociata cu existenta unei discontinuitati.

Marimea indicatiei nu reprezinta marimea reala a discontinuitatii.

Indicatia nu ofera nici o informatie asupra adancimii discontinuitatii.

Indicatie nerelevanta - indicatie provocata de o alta cauza decat existenta unei discontinuitati. De obicei se datoreaza unei tehnici de magnetizare incorecte sau configuratiei geometrice a piesei.

Indicatie neconcludenta - indicatie pe baza careia nu se poate stabili existenta unei discontinuitati sau nu se poate determina natura acesteia.

Indicatie difuza - indicatie fara contururi clare. Se datoreaza in general unei discontinuitati aflate in vecinatatea suprafetei materialului controlat.

Depozit de pulbere - acumulare excesiva de pulbere magnetica pe o portiune a suprafetei controlate, datorita unei magnetizari excesive a materialului.

Examinarea

Examinarea suprafetei se executa dupa fiecare magnetizare.

Suprafetele controlate cu suspensie de tipul A1..A4 se examineaza in incinte intunecate sau slab iluminate, folosind lumina ultravioleta.

Suprafetele controlate cu suspensie de tipul B1..B3 se examineaza in lumina naturala sau atificiala, iluminarea minima pe suprafata fiind de 500 lx (bec cu incandescenta de 100 W situat la o distanta de 0,2 m sau tub fluorescent de 80 W la distanta de 1 m de suprafata examinata).

Indiferent de felul radiatiilor utilizate (lumina alba sau ultravioleta) sursa de lumina se indreapta spre suprafata examinata si se ecraneaza spre observator. Unghiul dintre normala la suprafata si directia de examinare nu va depasi 30⁰.

Interpretarea

Prezenta unei aglomerari de pulbere intr-o zona a piesei (indicatie) indica posibilitatea existentei unei discontinuitati.

Interpretarea indicatiilor se va face dupa configuratia lor, amplasarea pe piesa, tehnologia folosita la obtinerea piesei si conditiile in care a fost exploatata (daca e cazul).

Discontinuitatile plane (fisuri, suprapuneri, stratificari, nepatrunderi etc) dau indicatii cu aspect de linii continue, intrerupte sau punctate.

Discontinuitatile spatiale (incluziuni, sufluri etc) dau indicatii circulare sau ovale.

Modificarile de sectiune, suprafetele de separatie intre materiale cu proprietati magnetice diferite, magnetizarile prea intens, precum si cantitatile prea mari de pulbere pot provoca indicatii nerelevante.

Indicatiile neconcludente, datorate in mod obisnuit modului de lucru necorespunzator si pregatirii incorecte a suprafetei, impun repetarea controlului.

Luarea deciziei A/R presupune referirea la prevederile unui standard sau ale unei norme.

De exemplu, daca se aplica prevederile prescriptiilor ISCIR - CR 6 - se procedeaza astfel:

Se impart indicatiile in:

liniare, la care lungimea este mai mare decat triplul latimii maxime;

rotunjite - circulare sau eliptice - la care lungimea este mai mica decat triplul latimii maxime.

Nu sunt admise:

discontinuitatile ale caror indicatii sunt liniare;

discontinuitatile ale caror indicatii sunt rotunjite, daca dimensiunea maxima a indicatiei este mai mare de 4 mm.

Se admit cel mult trei discontinutati cu indicatii rotunjite cu dimensiunea maxima de 4 mm, situate in linie, cu conditia ca distanta dintre marginile indicatiilor sa fie de cel putin 1,5 mm

Observatie: pentru sporirea cantitatii de informatii privind discontinuitatile si natura lor, controlul se completeaza cu o examinare optico-vizuala a portiunii defecte!

Demagnetizarea

Exista numeroase situatii in care magnetismul remanent aparut in urma controlului magnetic dauneaza bunei functionari a pieselor in exploatare sau la prelucrarea ei in continuare (sudare cu arc electric, vopsire in camp electrostatic, montaj etc.).

Din acest motiv, la sfarsitul controlului magnetic, trebuie inclusa o operatie de demagnetizare a pieselor controlate.

Scopul demagnetizarii consta in readucerea starii magnetice a materialului la punctul zero al buclei de histerezis, adica aducerea la valoarea zero a inductiei B si a intensitatii campului magnetic H (fig. 5).

Fig. Demagnetizarea prin schimbarea polilor

si reducerea concomitenta a campului magnetic

Practic, acest deziderat se poate realiza aplicand una din urmatoarele scheme de demagnetizare:

a. trecerea piesei printr-o bobina de curent alternativ si indepartarea ei axiala, lent, pana la circa 1,5 m.

b. introducerea piesei intr-o bobina de curent alternativ si reducerea treptata a curentului la valoarea zero.

c. trecerea prin piesa a unui curent alternativ a carui intensitate se reduce treptat la zero.

d. amplasarea pe suprafata a unui jug magnetic alimentat cu curent alternativ si indepartarea sa - fara a intrerupe curentul - perpendicular pe suprafata, pana la o distanta de circa 0,45 m.

Verificarea demagnetizarii, in lipsa unui aparat special de masurare a campului magnetic tangential, se poate face cu un ac magnetic suspendat deasupra piesei urmarind rotirea acestuia (testul busolei) sau, calitativ, folosind agrafe din otel feritic nemagnetizat, suspendate de un fir (testul lantisorului).

Curatirea finala

Urmele de suspensie magnetica se indeparteaza prin stergere cu ajutorul unei panze curate. Se poate folosi si un tampon textil imbibat intr-un solvent adecvat pentru indepartarea lichidului purtator.

4. Modul de lucru

Dupa documentarea prealabila, studentii vor parcurge urmatoarele etape:

1⁰ Trecerea in revista a standardelor utile in domeniu:

STAS 10 042 - 90 Controlul nedistructiv magnetic. Terminologie

STAS 8539 - 85 Defectoscopie cu pulberi magnetice

Efectuarea controlului cu pulberi magnetice a unei piese stabilita de cadrul didactic.

Se vor erfectua urmatorii pasi:

• Se verifica daca materialul se preteaza controlului cu pulberi magnetice.
• Se prepara suspensia magnetica folosind reteta indicata de producatorul pulberii sau concentratiile:

100 g pulbere fluorescenta la 100 l lichid purtator;

100 g pulbere colotrata la 20 l lichid purtator;

• Se alege metoda de control.
• Se verifica viabilitatea sistemului de control (suspensie magnetica + camp magnetic + procedura de lucru). Se lucreaza conform experimentului nr.1
• Se parcurg etapele 1⁰ - 7⁰ ale tehnologiei de control.
• Se intocmeste "raportul de examinare" completand formularul anexat (Anexa 3). In anexele raportului de examinare se pot include: schite, fotografii, replici si amprente referitoare la defecte si indicatii, liste de defecte etc.
• Se intocmeste un referat de laborator.

Experimentul 1: Verificarea sistemului de control

Scop: stabilirea viabilitatii sistemului de control folosit la examinarea cu pulberi magnetice.

Notiuni teoretice: control cu pulberi magnetice, pulberi magnetice (v. pct. 1).

Sistem de control: totalitatea elementelor care concura la efectuarea corecta a controlului. In cazul de fata: pulberea si suspensia magnetica, campul magnetic (valoarea inductiei si orientarea liniilor de camp) operatorul (procedura de control).

Indicator de flux magnetic - dispozitiv pentru verificarea magnetizarii unei piese (fig. 6).

Fig. 6. Indicator de flux magnetic, tip 2 (STAS 8539-85)

1- segmente din otel carbon, brazate (8 buc.); 2 - maner din material nemagnetic;

3 - articulatii; 4 - suprafata de observare (0,200,25 mm) din cupru sau alama

Desfasurare

• Indicatorul de flux magnetic se aseaza pe suprafata piesei cu suprafata de observare spre operator.

• Se magnetizeaza piesa si se aplica concomitent suspensia magnetica pe indicator.

• Se observa formarea indicatiei (indicatia caracteristica are aspectul literei X taiata de o linie transversala, fig. 7).

Directia liniilor de camp

Fig. 7. Indicatie caracteristica

• Se roteste indicatorul pana cand se obtine o indicatie foarte bine conturata.

Existenta indicatiei arata ca:

exista camp magnetic si se cunoaste si directia liniilor de camp;

sistemul de control este viabil, adica este apt sa detecteze prezenta discontinuitatilor;

cunoasterea pozitiei discontinuitatilor care pot scapa controlului (cele orientate in lungul liniilor de camp, astfel, rezulta ca este necesara completarea magnetizarii in vederea detectarii si acestui tip de discontinuitati).

Experimentul 2 Folosirea etaloanelor

Scop: determinarea sensibilitatii metodei si a conditiilor de magnetizare in vederea efectuarii controlului.

Notiuni teoretice

Etalon: piesa din material feromagnetic (eventual identic cu cel al pieselor controlate) continand discontinuitati artificiale (sinonim: bloc de referinta).

Desfasurare

Se testeaza capacitatea metodei de control cu pulberi magnetice de a pune in evidenta principalul defect al unei imbinari sudate cap la cap prin frecare sau topire intermediara: lipsa de legatura sau nepatrunderea (fig. 8).

Etalonul folosit are forma cilindrica cu doua tesituri la capat pentru a usura amplasarea polilor unui jug magnetic PM sau EM) ce asigura o magnetiza longitudinala (fig. 8).

Fig.8. Defecte artificiale

Discontinuitatea (defect plan orientat perpendicular pe axa piesei si pe liniile campului magnetic) produce o indicvatie de defect liniara, pe intreaga circumferinta a piesei.

Prezenta indicatiei demonstreaza capacitatea sistemului de control de a detecta acest tip de defect si ne obisnuieste cu aspectul indicatiei de defect (linie continua sau intrerupta pe circomfernita piesei, in zona de imbinare).

Experimentul 3 Magnetizarea cu jug magnetic

Scop: insusirea modului de utilizare a jugului magnetic pentru magnetizarea unei piese in vederea examinarii cu pulberi magnetice.

Notiuni teoretice: metode de magnetizare (v. pct. 3 si anexa 1).

Jug magnetic - piesa in forma de U, care conduce liniile de camp ale unui electromagnet sau magnet permanent si care serveste la magnetizarea obiectului de controlat, (fig. 9).

Bobina

Jug magnetic

Fig. 9. Jug magnetic (EM)

Desfasurare

• Se verifica daca jugul magnetic indeplineste conditia impusa de standard: ridicarea numai cu ajutorul fortei magnetice a unei piese din material feritic avand o masa de 18 kg, pentru alimentarea in curent continuu, respectiv 4,5 kg pentru alimentarea in curent alternativ.

• Jugul magnetic se amplaseaza pe suprafata controlata astfel incat liniile de forta ale campului magnetic, intre cei doi poli, sa traverseze perpendicular discontinuitatile presupuse a exista in pesa controlata. Orientarea liniilor de camp se poate evidentia cu ajutorul indicatorul de flux, magnetic.

• Pentru acoperirea unei suprafete mari este necesar ca electromagnetul sa fie amplasat succesiv pe portiuni alaturate (1,2,3.7 in figura 10), astfel incat intreaga suprafata sa fie controlata. Suprafata activa a electromagnetului se apreciaza pe baza distantei d dintre polii jugului.

Fig. 10. Amplasarea succesiva a jugului electromagnetic

Experimentul 4 Magnetizarea cu electrozi de contact

Scop: insusirea modului de utilizare a electrozilor de contact magnetizarea unei piese in vederea controlului cu pulberi magnetice.

Notiuni teoretice

Metode de magnetizare (v. pct. 3).

Electrozi mobili de contact - electrozi usor manevrabili, din cupru sau aluminiu, legati prin cabluri la sursa de curent, folositi pentru introducerea curentului electric in piesa examinata, in vederea magnetizarii acesteia (fig. 11).

Desfasurare

• Se calculeaza distanta dintre electrozi d folosind relatia: I = 4,7 x d [A]

in care I este intensitatea curentului debitat de sursa (in laborator se foloseste o sursa de curent alternativ ZS 500 care furnizeaza un curent de 500 A).

• Se apreciaza zona de examinare ca are forma unei elipse cu semiaxa mare egala cu distanta dintre electrozi si cu semiaxa mica egala cu jumatatea acestei distante (v. fig. 9 din exp. 3).

• Pentru examinarea unei suprafete intinse se va respecta asezarea electrozilor conform aceleiasi figuri, iar directia de asezare a electrozilor se va roti cu 90⁰ la a doua examinare.

• Pentru detectarea discontinuitatilor longitudinale ale cusaturilor sudate, electrozii se vor amplasa de o parte de alta a cusaturii, astfel incat directia curentului de magnetizare sa formeze un unghi de 20-30⁰ cu axa sudurii. Examinarea in lungul imbinarii se face pe zone suprapuse pe o distanta de  40 - 50 mm, cu scopul punerii in evidenta a defectelor din preajma electrozilor (fig. 12, a si b).
• Pentru detectarea defectelor transversale, curentul de magnetizare trebuie sa faca un unghi de 90 - 120⁰ in raport cu axa cusaturii sudate, iar distanta dintre electrozi, pentru doua zone vecine, sa nu depaseasca 100 mm (fig. 12,c).

camp circular

piesa controlata (sudata)

cablu

maner

Fig. 11. Magnetizarea cu electrozi de contact (CE)

Fig. 12. Magnetizarea cusaturilor sudate cu electrozi de contact

Anexa 1

Metode de magnetizare

Anexa 2

Exemple de aplicare practica a metodelor de magnetizare

Notatii: P - piesa; I - curentul electric de magnetizare; C - placi de curent

Anexa 3

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI

LABORATORUL DE DEFECTOSCOPIE, SALA CF 105

Splaiul Independentei 313, SECTOR 6

060042, BUCURESTI 

Tel: 4029445

Raport de examinare

CU PULBERI MAGNETICE

Nr.../..

Beneficiar .................Adresa .

Comanda nr: .........Data efectuarii examinarii ................

Proba nr: ......Materialul  ..Procedeul de obtinere .......

Metoda de examinare .

Standardul de metoda folosit .

Criteriul Admis / Respins

Conditiile tehnice de efectuare a examinarii

Modul de pregatire a produsului pentru examinare

Felul metodei de control: umed/uscat

Procedeul de magnetizare utilizat

Felul si marimea curentului electric ..

Distanta dintre electrozi .Tipul pulberii magnetice

Tipul lichidului suspensiei ..

Concentratia suspensiei .Timpul de agitare ..(min.)

Tipul si puterea lampii cu ultraviolete ..

Distanta dintre lampa si piesa (cm) .

Examinarea s-a efectuat INAINTE / DUPA tratamentul termic.

Examinarea s-a efectuat* ...............................

Rezultatele examinarii

Defecte constatate (denumire/ simbol) .........................

Clasa de calitate prescrisa / constatata ..........................

Decizia: ADMIS / RESPINS .

Raportul impreuna cu anexele contine pagini

Responsabilitati

*) In cazul sudurilor, in stare finala, dupa primul strat, pe stratul de radacina etc.