Magnetisk partikelinspektion

En tekniker utför MPI på en pipeline för att kontrollera spänningskorrosionssprickor med den så kallade "svart eller vit" metoden. Inga tecken på sprickbildning visas i denna bild; de enda märkena är "footprints" av magnetoket och droppmärken.

En närbild av ytan på en (annan) rörledning som visar indikationer på spänningskorrosionssprickor (två kluster av små svarta linjer) avslöjad av MPI. Sprickor som normalt skulle ha varit osynliga är detekterbara på grund av de magnetiska partiklarna som samlas vid spricköppningarna. Skalan längst ner är numrerad i centimeter.

Magnetic particle Inspection ( MPI ) är en oförstörande testningsprocess (NDT) för att detektera yt- och grunda diskontinuiteter i ferromagnetiska material som järn , nickel , kobolt och några av deras legeringar . Processen lägger ett magnetiskt fält i delen. Biten kan magnetiseras genom direkt eller indirekt magnetisering. Direktmagnetisering uppstår när den elektriska strömmen leds genom testobjektet och ett magnetfält bildas i materialet. Indirekt magnetisering uppstår när ingen elektrisk ström passerar genom testobjektet, utan ett magnetfält appliceras från en extern källa. De magnetiska kraftlinjerna är vinkelräta mot den elektriska strömmens riktning, som kan vara antingen växelström (AC) eller någon form av likström (DC) (likriktad växelström).

Närvaron av en yta eller underjordisk diskontinuitet i materialet tillåter det magnetiska flödet att läcka, eftersom luft inte kan stödja lika mycket magnetfält per volymenhet som metaller.

För att identifiera en läcka appliceras järnpartiklar, antingen torra eller i en våt suspension, på en del. Dessa attraheras av ett område med flödesläckage och bildar en så kallad indikation, som utvärderas för att fastställa dess natur, orsak och åtgärdsförlopp, om någon.

Typer av elektriska strömmar som används

Det finns flera typer av elektriska strömmar som används vid inspektion av magnetiska partiklar. För att en korrekt ström ska väljas måste man ta hänsyn till delens geometri, material, vilken typ av diskontinuitet man söker och hur långt magnetfältet behöver tränga in i delen.

• Växelström (AC) används vanligtvis för att detektera ytdiskontinuiteter. Att använda AC för att upptäcka diskontinuiteter under ytan är begränsad på grund av vad som kallas hudeffekten, där strömmen går längs delens yta. Eftersom strömmen växlar i polaritet med 50 till 60 cykler per sekund, tränger den inte mycket förbi testobjektets yta. Detta innebär att de magnetiska domänerna endast kommer att justeras lika med avståndet växelströmspenetration in i delen. Växelströmmens frekvens avgör hur djupt penetrationen är.
• Fullvåg DC (FWDC) används för att detektera underjordiska diskontinuiteter där AC inte kan penetrera tillräckligt djupt för att magnetisera delen på det djup som behövs. Mängden magnetisk penetration beror på mängden ström genom delen. DC är också begränsad på mycket stora tvärsnittsdelar när det gäller hur effektivt den kommer att magnetisera delen.
• Halvvågslikström (HWDC, pulserande likström ) fungerar på samma sätt som helvågslikström, men tillåter detektering av ytbrytningsindikeringar och har mer magnetisk penetrering i delen än FWDC. HWDC är fördelaktigt för inspektionsprocessen eftersom det faktiskt hjälper till att flytta de magnetiska partiklarna under badet av testobjektet. Hjälpen till partikelmobilitet orsakas av den halvvågspulserande strömvågformen. I en typisk magpuls på 0,5 sekunder finns det 15 strömpulser som använder HWDC. Detta ger partikeln större möjlighet att komma i kontakt med områden med magnetiskt flödesläckage.

En AC-elektromagnet är den föredragna metoden för att hitta ytbrottsindikering. Det är svårt att använda en elektromagnet för att hitta indikationer under ytan. En AC-elektromagnet är ett bättre sätt att detektera en ytindikering än HWDC, DC eller permanentmagnet, medan någon form av DC är bättre för underjordiska defekter.

Utrustning

En våt horisontell MPI-maskin med en 36 tum (910 mm) spole

Med hjälp av en liknande maskin sprejar en tekniker från den amerikanska marinen magnetiska partiklar på en testdel under ultraviolett ljus.

En automatisk våt horisontell MPI-maskin med extern strömförsörjning, transportör och avmagnetiseringssystem. Den används för att inspektera motorvevar.

En våt horisontell MPI-maskin är den mest använda massproduktionsinspektionsmaskinen. Maskinen har ett huvud- och stjärtlager där delen placeras för att magnetisera den. Mellan huvudet och svansstocken finns vanligtvis en induktionsspole, som används för att ändra orienteringen av magnetfältet med 90° från huvudstocken. Det mesta av utrustningen är byggd för en specifik tillämpning.

Mobila kraftpaket är specialbyggda magnetiserande nätaggregat som används i trådlindningsapplikationer.

Magnetisk ok är en handhållen enhet som inducerar ett magnetfält mellan två poler. Vanliga applikationer är för utomhusbruk, avlägsna platser och svetsinspektion . Nackdelen med magnetiska ok är att de bara inducerar ett magnetfält mellan polerna, så storskaliga inspektioner med hjälp av enheten kan vara tidskrävande. För korrekt inspektion måste oket roteras 90 grader för varje inspektionsområde för att upptäcka horisontella och vertikala diskontinuiteter. Detektering under ytan med ett ok är begränsad. Dessa system använde torra magnetiska pulver, våta pulver eller aerosoler.

Avmagnetisera delar

En genomdragande AC-avmagnetiseringsenhet

Efter att delen har magnetiserats måste den avmagnetiseras. Detta kräver specialutrustning som fungerar på motsatt sätt av magnetiseringsutrustningen. Magnetiseringen görs normalt med en hög strömpuls som når en toppström mycket snabbt och omedelbart stängs av och lämnar delen magnetiserad. För att avmagnetisera en del måste strömmen eller magnetfältet som behövs vara lika med eller större än strömmen eller magnetfältet som används för att magnetisera delen. Strömmen eller magnetfältet reduceras sedan långsamt till noll, vilket lämnar delen avmagnetiserad. En populär metod för att registrera kvarvarande magnetism är att använda en Gauss-mätare.

• AC avmagnetisering
  • Genomdragande AC-avmagnetiseringsspolar: ses i figuren till höger är AC-drivna enheter som genererar ett högt magnetfält där delen långsamt dras igenom för hand eller på en transportör. Handlingen att dra delen genom och bort från spolens magnetfält saktar ner det magnetiska fältet i delen. Observera att många AC-avmagnetiseringsspolar har effektcykler på flera sekunder så delen måste passeras genom spolen och vara flera fot (meter) bort innan avmagnetiseringscykeln avslutas, annars kommer delen att ha kvarvarande magnetisering.
  • AC sönderfallande avmagnetisering: detta är inbyggt i de flesta enfas MPI-utrustning. Under processen utsätts delen för en lika stor eller större växelström, varefter strömmen reduceras under en bestämd tidsperiod (vanligtvis 18 sekunder) tills noll utström uppnås. Eftersom AC växlar från en positiv till en negativ polaritet kommer detta att lämna de magnetiska domänerna i delen randomiserade.
  • AC-demag har betydande begränsningar vad gäller dess förmåga att demagera en del beroende på geometrin och de legeringar som används.
• Reverserande fullvågs DC-avmagnetisering: detta är en avmagnetiseringsmetod som måste byggas in i maskinen under tillverkningen. Det liknar AC-avklingning förutom att DC-strömmen stoppas med intervaller på en halv sekund, under vilka strömmen minskas med en mängd och dess riktning vänds. Sedan leds ström genom delen igen. Processen att stoppa, minska och vända strömmen kommer att lämna de magnetiska domänerna randomiserade. Denna process fortsätter tills nollström passerar genom delen. Den normala reverserande DC-demagcykeln på modern utrustning bör vara 18 sekunder eller längre. Denna demagmetod utvecklades för att övervinna de begränsningar som AC-demagmetoden presenterar där detaljgeometri och vissa legeringar hindrade AC-demagmetoden från att fungera.
• Halvvågs-DC-avmagnetisering (HWDC): denna process är identisk med fullvågs-DC-avmagnetisering, förutom att vågformen är halvvåg. Denna metod för avmagnetisering är ny för branschen och endast tillgänglig från en enda tillverkare. Den utvecklades för att vara en kostnadseffektiv metod för att avmagnetisera utan att behöva en fullvågslikströmsbrodesign. Denna metod finns endast på enfas AC/HWDC-nätaggregat. HWDC-avmagnetisering är lika effektiv som fullvågslikström, utan extra kostnad och extra komplexitet. Naturligtvis gäller andra begränsningar på grund av induktiva förluster vid användning av HWDC-vågform på delar med stor diameter. Dessutom är HWDC-effektiviteten begränsad till över 410 mm (16 tum) diameter med en 12-volts strömförsörjning.

Magnetiska partikelpulver

En vanlig partikel som används för att upptäcka sprickor är järnoxid , för både torra och våta system.

• Våta systempartiklar varierar i storlek från mindre än 0,5 mikrometer till 10 mikrometer för användning med vatten- eller oljebärare. Partiklar som används i våta system har pigment applicerade som fluorescerar vid 365 nm ( ultraviolett A) vilket kräver 1000 μW/cm ² (10 W/m ² ) på ytan av delen för korrekt inspektion. Om partiklarna inte har rätt ljus applicerat i ett mörkrum kan partiklarna inte upptäckas/seas. Det är branschpraxis att använda UV-glasögon/glasögon för att filtrera UV-ljuset och förstärka det synliga ljusspektrum (normalt grönt och gult) som skapas av de fluorescerande partiklarna. Grön och gul fluorescens valdes eftersom det mänskliga ögat reagerar bäst på dessa färger.

Efter att ha applicerat våta magnetiska partiklar undersöker en amerikansk flottans tekniker en bult för sprickor under ultraviolett ljus.

• Torra partikelpulver varierar i storlek från 5 till 170 mikrometer, designade för att ses i vitt ljus. Partiklarna är inte konstruerade för att användas i våta miljöer. Torra pulver appliceras normalt med hjälp av handdrivna luftpulverapplikatorer.
• Aerosolpåförda partiklar liknar våta system, säljs i förblandade aerosolburkar som liknar hårspray.

Magnetiska partikelbärare

Det är vanlig branschpraxis att använda speciellt utformade olje- och vattenbaserade bärare för magnetiska partiklar. Deodoriserad fotogen och mineralsprit har inte använts i branschen på 40 år. Det är farligt att använda fotogen eller mineralsprit som bärare på grund av brandrisken.

Inspektion

Följande är allmänna steg för inspektion på en våt horisontell maskin:

1. Arbetsstycket rengörs från olja och andra föroreningar.
2. Nödvändiga beräkningar görs för att veta hur mycket ström som krävs för att magnetisera arbetsstycket. Se ASTM E1444/E1444M för formler.
3. Magnetiseringspulsen appliceras i 0,5 sekunder, under vilken operatören tvättar arbetsstycket med partikeln och stoppar innan den magnetiska pulsen är avslutad. Underlåtenhet att stoppa före slutet av magnetpulsen kommer att tvätta bort indikationer.
4. UV-ljus appliceras medan operatören letar efter indikationer på defekter som är 0 till ±45 grader från banan som strömmen flödade genom arbetsstycket. Indikationer visas endast 45 till 90 grader av det applicerade magnetfältet. Det enklaste sättet att snabbt bestämma riktningen för magnetfältet är att ta tag i arbetsstycket med endera handen mellan huvudstockarna och lägga tummen mot arbetsstycket (linda inte tummen runt arbetsstycket) detta kallas antingen vänster eller höger tumme regel eller högerhandsgreppsregel . Riktningen tummen pekar avslöjar riktningen strömmen flyter. Magnetfältet kommer att löpa 90 grader från den aktuella banan. På komplex geometri, som en vevaxel , måste operatören visualisera den ändrade riktningen för strömmen och magnetfältet som skapas. Strömmen börjar vid 0 grader sedan 45 grader till 90 grader tillbaka till 45 grader till 0 sedan -45 till -90 till -45 till 0 och detta upprepas för varje vevtapp . Det kan alltså vara tidskrävande att hitta indikationer som bara ligger 45 till 90 grader från magnetfältet.
5. Arbetsstycket accepteras eller förkastas, baserat på fördefinierade kriterier.
6. Arbetsstycket är avmagnetiserat.
7. Beroende på krav kan magnetfältets orientering behöva ändras 90 grader för att inspektera indikationer som inte kan detekteras från steg 3 till 5. Det vanligaste sättet att ändra magnetfältets orientering är att använda ett "spoleskott". I Fig. 1 kan en 36-tums spole ses, sedan upprepas steg 4, 5 och 6.

Standarder

International Organization for Standardization (ISO)

• ISO 3059, Icke-förstörande testning - Penetranttestning och magnetisk partikeltestning - Betraktningsförhållanden
• ISO 9934-1, Icke-förstörande testning - Magnetisk partikeltestning - Del 1: Allmänna principer
• ISO 9934-2, Icke-förstörande testning - Magnetisk partikeltestning - Del 2: Detektionsmedia
• ISO 9934-3, Icke-förstörande testning - Magnetisk partikeltestning - Del 3: Utrustning
• ISO 10893-5, Icke-förstörande provning av stålrör. Magnetisk partikelinspektion av sömlösa och svetsade ferromagnetiska stålrör för detektering av ytfel
• ISO 17638, Icke-förstörande provning av svetsar - Magnetisk partikelprovning
• ISO 23278, Icke-förstörande provning av svetsar - Magnetisk partikelprovning av svetsar - Acceptansnivåer

Europeiska standardiseringskommittén (CEN)

• EN 1330-7, Icke-förstörande testning - Terminologi - Del 7: Termer som används vid testning av magnetiska partiklar
• EN 1369, Founding - Magnetisk partikelinspektion
• EN 10228-1, oförstörande provning av stålsmide - Del 1: Magnetisk partikelinspektion

American Society of Testing and Materials (ASTM)

• ASTM E1444/E1444M Standardpraxis för testning av magnetiska partiklar
• ASTM A 275/A 275M testmetod för magnetisk partikelundersökning av stålsmide
• ASTM A456-specifikation för magnetisk partikelinspektion av stora vevaxelsmider
• ASTM E543 Practice Standard Specification för utvärdering av byråer som utför oförstörande tester
• ASTM E 709 Guide för undersökning av magnetiska partiklar
• ASTM E 1316 Terminologi för oförstörande undersökningar
• ASTM E 2297 Standardguide för användning av UV-A och synliga ljuskällor och mätare som används i metoderna för flytande penetrant och magnetiska partiklar

Canadian Standards Association (CSA)

• CSA W59

Society of Automotive Engineers (SAE)

• AMS 2641 inspektionsfordon för magnetiska partiklar
• AMS 3040 magnetiska partiklar, icke-fluorescerande, torr metod
• AMS 3041 magnetiska partiklar, icke-fluorescerande, våt metod, oljefordon, färdiga att använda
• AMS 3042 magnetiska partiklar, icke-fluorescerande, våt metod, torrt pulver
• AMS 3043 magnetiska partiklar, icke-fluorescerande, våtmetod, oljefordon, aerosolförpackad
• AMS 3044 Magnetiska partiklar, fluorescerande, våt metod, torrt pulver
• AMS 3045 magnetiska partiklar, fluorescerande, våtmetod, oljefordon, färdiga att använda
• AMS 3046 magnetiska partiklar, fluorescerande, våt metod, oljefordon, aerosolförpackad5
• AMS 5062 stål, lågkolhaltiga stänger, smide, rör, plåt, band och plåt 0,25 kol, max.
• AMS 5355 Investeringsgjutgods
• AMS I-83387 Inspektionsprocess, magnetiskt gummi
• AMS-STD-2175 Gjutgods, klassificering och inspektion av AS 4792 vattenkonditioneringsmedel för inspektion av vattenhaltiga magnetiska partiklar AS 5282 Verktygsstålring Standard för inspektion av magnetiska partiklar AS5371 referensstandarder Skårade mellanlägg för inspektion av magnetiska partiklar

United States Military Standard

• A-A-59230 Fluid, Magnetic Partikel Inspection, Suspension

Vidare läsning

• "Testning av flytande penetrant och magnetiska partiklar på nivå 2" ( PDF) (PDF). Internationella atomenergiorganet. 2000.

externa länkar

• Video om magnetisk partikelinspektion , Karlsruhes yrkeshögskola