تست MT یا بازرسی با ذرات مغناطیس – قسمت اول

در بازرسی فنی و کنترل کیفی قطعات، به منظور اطمینان از کیفیت فلز پایه و جوش بدون وارد شدن آسیب به آن ها از آزمایش های غیر مخرب (Non-Destructive Testing) یا NDT استفاده می شود. روش های مهم NDT عبارتند از:

آزمایش مایعات نافذ (Penetrant Test) یا PT
آزمایش ذرات مغناطیس (Magnetic Particle Test) یا MT
آزمایش التراسونیک (Ultrasonic Test) یا UT
آزمایش رادیوگرافی (Radiographic Test) یا RT
آزمایش جریان های گردابی (Eddy Current Test) یا ET

تست MT یا بازرسی با ذرات مغناطیس

آزمایش با ذرات مغناطیسی (Magnetic Particles Test) یک روش بازرسی غیر مخرب (NDT) است که برای بازرسی قطعات فرومغناطیس به کار می رود. فرومغناطیس به موادی گفته می شود که به مغناطیس تبدیل می شوند یا به گونه ای قوی جذب میادین مغناطیسی می شوند. با این روش می توان ناپیوستگی ها و عیوب سطحی و بسیار نزدیک به سطح را با سرعت و حساسیت بالا با هزینه مناسب تشخیص داد. اصول این روش به این صورت است که ناپیوستگی ها و عیوب سطحی در یک قطعه مغناطیس شده، یک آهنربای موضعی ایجاد نموده و ذرات پودر آهن را به سمت خود جذب می کنند. در اثر تجمع ذرات مغناطیسی در محل ناپیوستگی، یک نشانه قابل رویت در ان محل ایجاد می شود.

این روش برای اولین بار در سال ۱۸۶۸ به کار گرفته شد. به این صورت که لوله توپ را مغناطیس کرده و سپس با استفاده از یک قطب نما به بازرسی نواقص آن می پرداختند. در این روش، عقربه قطب نما در محل نقص و به علت نشتی مغناطیس به حرکت در می آمد. در سال ۱۹۲۰ اصول اولیه این روش با مشاهده شکل نقص روی صفحه مغناطیس که با جذب ذرات ریز آهنی شکل گرفته بود توسط ویلیام هوک کشف گردید. از سال ۱۹۳۰ این روش به صورت استاندارد، در صنعت به کار گرفته شد.

اصول بازرسی با ذرات مغناطیس شونده

زمانی که یک ماده فرو مغناطیس مانند آهن در یک میدان مغناطیسی قوی قرار بگیرد یا جریان الکتریکی از آن عبور نماید، به مغناطیس تبدیل می شود. حال در صورتی که نواقص سطحی یا زیر سطحی (عمود بر خطوط میدان) در این ماده وجود داشته باشد، در میدان مغناطیسی گرفتار و باعث فشار و انتقال بخشی از میدان به سطح نمونه می گردد. به این حالت نشت میدان گفته می شود. با پاشش ذرات بسیار ریز آهنی (معمولاً میکروسکوپی) روی سطح، این ذرات جذب نشت مغناطیسی گردیده و یک نشانه قابل رویت تشکیل می دهند.

شکل های زیر خطوط میدان را در یک نمونه بدون نقص و در یک نمونه دارای نقص نشان می دهد.

شکل خطوط میدان مغناطیسی یک نمونه بدون نقص

شکل یک نمونه ترک دار که ذرات مغناطیس را به خود جذب کرده است

در شکل فوق مشاهده می کنید که ترک باعث ایجاد قطب شمال مغناطیسی (N) و جنوب مغناطیسی (S) نیز گردیده که باعث جذب ذرات میکروسکوپی آهنی می شود.

در مغناطیس کردن نمونه ها از دو روش می توان بهره برد:

۱- استفاده از آهنرباهای دائم: این روش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و تقریباً منسوخ شده است.

۲- استفاده از آهنرباهای الکتریکی: اصول آهنرباهای الکتریکی، ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف یک هادی الکتریکی است.

جریان مورد استفاده در بازرسی عبارتند از:

۱- جریان مستقیم (Direct Current)، جریان DC

۲- جریان متناوب (Alternating Current)، جریان AC

۳- جریان نیم موج مستقیم (Half Wave Direct Current)

میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان متناوب در لایه های سطحی قطعه تمرکز بیشتری دارد. مغناطیس تولید شده در این نوع جریان، سبب تحرک بیشتر ذرات مغناطیسی روی سطوح شده و لذا از جریان AC در بازرسی عیوب سطحی استفاده می شود. میدان مغناطیسی تولید شده با جریان DC، قدرت نفوذ بیشتری دارد، بنابراین با مغناطیس حاصل از این نوع جریان، می توان عیوب نزدیک به سطح را ردیابی نمود. جریان نیم موج یکسو شده یا مستقیم ترکیبی از دو جریان AC و DC است، مزایای هر دو جریان را دارا است و به علت ایجاد لرزش در قطعات ویژه مورد استفاده قرار می گیرد.

به طور کلی میدان مغناطیسی به دو صورت طولی (LONGITUDINAL FIELD) و محیطی یا دورانی (CIRCULAR FIELD) در قطعات اعمال می شود. چنانچه جریان برق برای مغناطیس نمودن نمونه از درون آن عبور نماید، یک میدان تحت عنوان میدان محیطی یا دورانی در آن ایجاد می نماید. در این حالت نواقص عمود بر میدان یعنی عیوب طولی با کیفیت بهتری شناسایی خواهند شد. در حالی که جریان برق توسط دستگاه یا کابل حامل جریان از سطح خارجی به نمونه تحت بازرسی اعمال گردد نوعی میدان در نمونه ایجاد می شود که به میدان خطی معروف است. در این حالت ناپیوستگی های عمود بر میدان یعنی نواقص عرضی با کیفیت بهتری مورد شناسایی قرار می گیرند.

میدان مغناطیسی دورانی

میدان مغناطیسی دورانی و شناسایی نواقص طولی

میدان مغناطیسی طولی و شناسایی نواقص عرضی

چندین روش به منظور تولید مغناطیس طولی و محیطی در قطعات وجود دارد. مغناطیس طولی اغلب با استفاده از یوک (Yoke) و کویل (Coil) و مغناطیس محیطی با استفاده از پراد (Prod) و Head Shot ایجاد می شود.

در مغناطیس طولی، عیوبی که راستای آن ها عمود برخطوط میدان مغناطیسی باشد، به خوبی قابل رویت هستند. عیوبی که تحت زاویه ۴۵ درجه نسبت به خطوط میدان مغناطیسی قرار دارند با حساسیت کمتری رویت می شوند و عیوبی که کاملاً موازی با خطوط میدان باشند قابل رویت نخواهند بود.

مغناطیس محیطی یا دورانی، عمود بر محور طولی قطعه تشکیل می شود و عیوبی که در راستای محور طولی قطعه هستند به خوبی قابل رویت هستند. در مقابل، عیوبی که به صورت محیطی و موازی با خطوط میدان باشند قابل رویت نیستند.

تجهیزات و مواد مصرفی تست MT

الف- تجهیزات

برخلاف بسیاری از آزمون های غیرمخرب، مواد، دستگاه ها، لوازم و تجهیزات متعددی در آزمون ذرات مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند.

۱- تجهیزات تولید میدان مغناطیسی (مغناطیس کردن قطعه):

یوک (Yoke)

یوک یک آهنربای الکتریکی U شکل با پایه های انعطاف پذیر است که از یک هسته مغناطیسی و یک سیم پیچ که دور آن پیچیده شده است، تشکیل شده است. با فشار دادن سوییچ یوک و عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی خطی بین پایه های یوک ایجاد می شود. یوک می تواند با جریان مستقیم و متناوب کار کند. بازرسی MT با یوک به دو صورت امکان پذیر می باشد: ممکن است یوک روی نمونه قرار گیرد و یا نمونه در بین فک های متحرک (legs adjustable) دستگاه قرار گرفته و نمونه ها را مغناطیس نماید.

چنانچه دستگاه یوک با جریان مستقیم کار کند، نسبت به حالتی که با جریان متناوب کار می کند، قادر است وزنه سنگین تری را هنگام روشن بودن از زمین بلند کند.

یوک مغناطیسی

پراد (Prod)

پراد یا تیزک وسیله ای قابل حمل و نقل برای ایجاد میدان دورانی است و با رکتیفایر مورد استفاده قرار می گیرد. هر دستگاه شامل دو دستک تیز مسی و هادی الکتریکی می باشد که قابل جابه جایی روی نمونه است. این دستگاه ممکن است روی قطعات حساس جای جرقه باقی بگذارد، لذا باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرد.

پراد

میله رسانای مرکزی (Central Conductor)

یک هادی مستقیم (معمولاً مسی) می باشد که از آن جریان الکتریکی عبور کرده و میدان دورانی ایجاد می کند و قطعه تحت بازرسی آن را در بر می گیرد. این روش عموماً برای قطعات رینگی و توخالی نظیر چرخدنده ها و بوش ها و … مورد استفاده قرار می گیرد.

دستگاه ثابت:

تجهیزات بازرسی ثابت و ایستگاهی مانند COIL SHOT (تولید میدان مغناطیس خطی) و HEAD SHOT (تولید میدان مغناطیس دورانی) معمولاً برای بازرسی قطعات کوچک با تعداد زیاد یا بازرسی قطعات بزرگ صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیزات اغلب شامل مکانیزم مغناطیس زدایی است.

۲- لامپ ماوراء بنفش

هنگام استفاده از مواد فلورسنت، عملیات بازرسی در فضایی تاریک و زیر نور ماوراء بنفش که با این لامپ تولید می شود انجام می پذیرد.

۳- نشانگر میدان (indicator field)

این ابزار برای اطلاع از اینکه در قطعه ای، مغناطیس پسماند وجود دارد یا خیر، مورد استفاده قرار می گیرد.

ب- مواد مصرفی

ذرات مغناطیسی

ذرات مغناطیسی عضو ثابت بازرسی در این روش می باشند. این ذرات به شدت جذب قسمت های دارای نشت میدان مغناطیسی می شوند. ذرات مغناطیسی می توانند به صورت خشک یا معلق در یک مایع (آب یا حلال پایه نفتی) مورد استفاده قرار گیرند.

جنس ذرات مغناطیسی اغلب از آهن و یا اکسید آهن می باشد. اندازه این ذرات برای حالت تر برابر ۱۰۰ـ ۵۰ میکرون و برای پودر خشک ۲۰۰ـ۷۰ میکرون می باشد. اگر اندازه ذرات خیلی کوچک باشد حین بازرسی مانند غبار پراکنده می شوند و اگر اندازه این ذرات خیلی بزرگ باشد دیگر ترک ها و عیوب خیلی ریز را با آن ها نمی توان شناسایی کرد.

این ذرات مخلوطی از ذرات گرد و ذرات میله ای هستند. گاهی اوقات از ذرات رنگی استفاده می شود تا حساسیت برای انجام عملیات بازرسی بالاتر رود و عیوب راحت تر دیده شوند. استفاده از ذرات با غلظت کم به دلیل اینکه امکان تشخیص عیوب ریز را از بین می برد، نامناسب است. همچنین اگر از ذراتی با غلظت بالا استفاده شود، امکان کلوخه ای شدن ذرات و یا عدم رویت عیوب ریز وجود دارد. ذرات تر دارای حساسیت بالاتری هستند و برای آشکارسازی عیوب ریز و یا عیوب سطحی مناسب هستند. اگر ذرات به رنگ فلورسنت آغشته گردند در زیر تابش نور ماوراء بنفش به وضوح دیده می شوند.

تقسیم بندی ذرات مغناطیسی:

ذرات به طور کلی به صورت خشک (پودر) و یا معلق در مایع (تر) وجود دارند. ذرات تر می تواند معلق در آب یا نفت باشد. ذرات به دو شکل گرد و میله ای هستند. هدف از وجود ذرات گرد کمک به ایجاد لغزش کل ذرات روی سطح نمونه است. ذرات میله ای نیز به علت شکل خود سریع به یک آهنربای کوچک تبدیل و سریع جذب نقص در محل نشتی مغناطیسی می گردند.

در زمان پاشش ذرات و انجام بازرسی باید از نور مناسب با نوع ذرات استفاده شود. چنانچه ذرات از نوع مرئی باشند، در نور مناسب معمولی مثال نور محیط یا زیر نور یک لامپ قابل مشاهده می باشند. اما چنانچه ذرات از نوع فلورسنت باشند، به علت دارا بودن ماده شفاف مخصوص، نمونه باید زیر نور فرابنفش مورد بازرسی قرار گیرد. این نوع ذرات از حساسیت بیشتری نسبت به ذرات مرئی برخوردار می باشند، لذا جهت بازرسی قطعات حساس تر و شناسایی نواقص کوچک تر مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایای ذرات تر عبارتند از:

نواقص ریز را بهتر نشان می دهند.

قطعات کوچک و متعدد را می توان سریع تر بازرسی کرد.

سطح نمونه را به راحتی پوشش می دهد.

مایع مجدداً قابل استفاده می باشد.

محدودیت های ذرات تر عبارتند از :

برای شناسایی نقص های زیر سطحی مناسب نمی باشند.

مواد نفتی قابل اشتعال می باشند.

ذرات خشک به صورت پودر و به منظور سهولت رویت آن ها در روی قطعه به رنگ های قرمز، زرد، آبی، مشکی و خاکستری تهیه می شوند..

مزایای ذرات خشک عبارتند از:

برای شناسایی نقص های زیر سطحی مناسب می باشند.

بیشتر با دستگاه های پرتابل استفاده می شوند.