Il Metodo Magnetoscopico (MPI)
Il Metodo Magnetoscopico (MPI)
Questa tecnica si basa sull’analisi
delle variazioni nel campo magnetico
che si verificano in presenza di difetti
superficiali o subsuperficiali
Può essere applicato solo su
materiali ferromagnetici (es. ferro,
nichel, cobalto ed alcune delle loro
leghe)
È
un
tipo
di
controllo
estremamente diffuso nell’industria
petrolchimica, automobilistica ed
aerospaziale
Breve storia della tecnica
Magnetismo: proprietà della materia
di attrarre a sé altra materia, scoperta
dai Greci. Gli oggetti che possiedono
tale proprietà si definiscono magnetici o
magnetizzati
In tempi più recenti, Bergmann,
Becquerel e Faraday accertarono che
tutte le sostanze sono caratterizzate da
un certo grado di magnetismo, ma solo
alcune esibiscono questa proprietà a
livelli significativi
Primo uso documentato di sistemi
magnetoscopici: 1868 (controllo fusti di
cannoni) Primo uso commerciale: anni
‘20 (Hoke)
Linee di forza attorno
ai poli di un magnete
Poli opposti si
attraggono
Poli uguali si
respingono
Caratteristiche magnetiche dei materiali
Materiali diamagnetici
Materiali paramagnetici
Non possono essere magnetizzati
Possono essere magnetizzati
Sono debolmente
magnetismo
Sono influenzati
magnetici
respinti
dal
Esempi: Rame, Argento, Oro,
mercurio, Fosforo, Bismuto ecc.
dai
campi
Esempi:
Magnesio,
Platino,
Molibdeno, Litio, Alluminio
Materiali
ferromagnetici
paramagnetici)
(sottoclasse
dei
Possono essere fortemente magnetizzati
Vengono fortemente attratti dai campi magnetici
Esempi: Ferro, Nichel, Cobalto, ecc.
Materiali ferromagnetici
• Un materiale è considerato ferromagnetico se viene fortemente magnetizzato a seguito
dell’azione di un campo magnetico e mantiene una certa magnetizzazione residua al
cessare dell’azione del campo. Tipicamente tutti i materiali che possiedono una
significativa percentuale di ferro, nickel o cobalto sono ferromagnetici
• Questa proprietà si mantiene solo al di sotto di una certa temperatura, detta
temperatura di Curie, al di sopra della quale il materiale si comporta come un materiale
paramagnetico. Per il ferro, ad esempio, questa temperatura è di circa 770 °C.
• I materiali ferromagnetici sono costituiti da numerose regioni (definite domini
magnetici) nelle quali i campi magnetici dei singoli atomi risultano essere allineati
• Quando il materiale si trova in uno stato smagnetizzato ciascun dominio è orientato in
modo casuale, ma sotto l’azione di una corrente elettrica o di un campo magnetico
esterno, i domini si allineano originando una magnetizzazione macroscopica dell’intero
corpo
Smagnetizzato
Magnetizzato
Principi del metodo MPI
Elementi essenziali per poter svolgere
un’indagine MPI
Particelle di metallo magnetizzato
Campo magnetico
Meccanismo di evidenziazione dei difetti
La presenza di cricche o altri difetti
provoca una “rottura” del campo magnetico
naturale del pezzo, e le particelle di metallo
magnetizzato
si
raggruppano
in
corrispondenza della discontinuità che
funge da ulteriore dipolo magnetico
Campi di applicabilità
Affinché il campo magnetico si
alteri in modo significativo è
necessario che la discontinuità sia il
più possibile perpendicolare alle linee
di induzione così da offrire una brusca
variazione di permeabilità
Se la discontinuità giace su un
piano parallelo alle linee di induzione
non si produce alcun accumulo
In ogni caso la rivelazione delle
discontinuità avviene fino ad angoli
compresi tra 40 e 60° rispetto alle linee
di induzione
Il Metodo Magnetoscopico (MPI)
Schema di procedura del controllo MPI
Un controllo MPI si articola generalmente in 5 fasi:
1. Preparazione della superficie
2. Magnetizzazione della superficie
3. Applicazione della polvere magnetica
4. Illuminazione e ispezione della superficie
5. Demagnetizzazione del pezzo (opzionale)
1. Preparazione della superficie
• In questa fase occorre verificare che la
superficie del pezzo da testare sia esente da
grasso e polvere e che alcune porzioni della
superficie si prestino a fungere da terminali
elettrici (nei casi in cui questo è richiesto)
• La presenza di contaminanti può
ostacolare (o addirittura impedire) il
movimento delle particelle magnetiche
sotto l’azione del campo esterno, rendendo
difficoltosa la visualizzazione dei difetti
• Olio e grasso attenuano l’attrazione delle
particelle da parte del campo esterno e
alterano il loro accumulo producendo false
indicazioni
2. Magnetizzazione della superficie
In questa fase si procede all’applicazione del campo magnetico sulla
superficie del pezzo
Sistema elettrico
Produce la magnetizzazione del pezzo
mediante il passaggio di una corrente
elettrica sul pezzo stesso
Sistema magnetico
Produce la magnetizzazione del pezzo
mediante immersione in un campo
magnetico
2. Magnetizzazione della superficie
Equipaggiamento più usato: giogo
(magnete permanente o elettromagnete
foggiato ad “U”)
La direzione di magnetizzazione
deve essere > di 45° rispetto alla
direzione dei potenziali difetti
2. Magnetizzazione della superficie
Il tipo di campo magnetico da generare per il controllo dipende
dal presunto orientamento dei difetti che ci si aspetta di
riscontrare e dalla geometrica del componente
• Un campo magnetico longitudinale
possiede le linee di forza orientate
parallelamente all’asse della barra
• Un campo magnetico circolare
possiede linee di forza che si
sviluppano secondo circonferenze
ortogonali all’asse della barra
2. Magnetizzazione della superficie
Flux Leakage
La direzione del campo è particolarmente critica. Solo i
difetti che presentano un orientamento tra i 45 e i 90
gradi (condizione di massima visibilità) rispetto alla
direzione delle linee di forza del campo potranno essere
rivelati.
No Flux Leakage
2. Magnetizzazione della superficie
Un campo magnetico longitudinale
può essere realizzato introducendo la
barra all’interno di una bobina
Magnetic Field
Electric
Current
Un campo magnetico circolare può
essere realizzato facendo attraversare
la barra da una corrente elettrica
2. Magnetizzazione della superficie
La tecnica che prevede l’impiego di
questi apparecchi produce una
magnetizzazione
longitudinale
localizzata
Le linee di induzione sono prodotte
in prossimità dei poli del magnete o
dell’elettromagnete
Sia nei magneti permanenti che
negli elettromagneti le espansioni
polari sono snodabili per consentire
una
maggiore
adattabilità
alla
particolare configurazione geometrica
del pezzo
Elettromagneti
Gli
elettromagneti
sono
costituiti da più segmenti
articolati di ferro dolce eccitati
da un avvolgimento alimentato
in corrente continua.
Il nucleo è a pacco lamellare
onde ridurre le perdite per
correnti parassite
Gli elettromagneti sono più
potenti dei magneti ma anche
meno pratici perché richiedono
l’alimentazione elettrica
3. Applicazione della polvere magnetica
Caratteristiche delle polveri magnetiche:
Comportamento magnetico
Geometria delle particelle
Visibilità degli agglomerati in corrispondenza di un difetto
Distribuzione della dimensione delle particelle
3. Applicazione della polvere magnetica
Comportamento magnetico:
• Quasi tutte le polveri magnetiche sono realizzate mediante particelle di ferro a
grana fine rivestite con pigmenti.
• È importante che il materiale garantisca bassa retentività magnetica, cioè che
non trattengano il magnetismo per tempi troppo prolungati, altrimenti l’adesione
tra esse risulterebbe essere eccessiva e l’applicazione (così come la visibilità del
difetto) ne risentirebbero
• Viceversa è importante avere alti valori di permeabilità magnetica (attitudine a
magnetizzarsi in presenza di campo magnetico), in modo tale che le particelle
siano attratte (e intrappolate) anche dai piccoli campi magnetici dispersi che si
creano in corrispondenza della posizione delle discontinuità
• La concentrazione di materiale magnetico (rispetto ai pigmenti) è essenziale in
una polvere asciutta poiché il pigmento tende a diminuire la sensibilità della
polvere
3. Applicazione della polvere magnetica
Dimensione e forma:
• Le polveri magnetiche non sono dei semplici aggregati di limatura di
ferro…ma derivano da un’accurata lavorazione di materiali magnetici
attentamente selezionati per forma dimensione e, ovviamente, caratteristiche
magnetiche
• La granulometria di una polvere asciutta è di norma compresa tra 50 e 150
micron. Le particelle più fini sono molto sensibili ai campi dispersi.
• Anche la forma ha notevole importanza…le particelle fini ed allungate
tendono ad essere attratte dai deboli campi dispersi, ma possono manifestare
tendenza ad opacizzarsi e a formare “grappoli” di non facile applicazione
• Le particelle “compatte “ scorrono facilmente, posseggono elevata mobilità e
possono essere facilmente disperse in “nubi” per una corretta applicazione
3. Applicazione della polvere magnetica
Nel metodo umido
• Le particelle sono ricavate da Ossidi di Ferro (nero e marrone), ferriti e
nichel e hanno granulometria fine (sotto i 10 micron), forma compatta con
rapporti lunghezza/diametro prossimi all’unità
• Il veicolo oleoso è preferibile per applicazioni nelle quali occorrono certezze
sulla assenza di fenomeni corrosivi, quando l’acqua potrebbe dare origine a
fenomeni indesiderati di tipo elettrico e sulle leghe ad alta resistenza (pericoli
di infragilimento superficiale legati alla diffusione dell’idrogeno nella
struttura cristallina)
• Il veicolo acquoso ha dalla sua un basso costo, nessun pericolo di incendi,
formazione dell’indicazione più rapida (minore viscosità), minore necessità di
pulizia post-trattamento
Applicazione delle polveri magnetiche
La prova con particelle magnetiche
può essere eseguita secondo due
modalità
Esame a magnetizzazione diretta
L’applicazione del rivelatore avviene assieme
alla
magnetizzazione
del
pezzo
(o
immediatamente prima). L’osservazione delle
indicazione è simultanea all’applicazione del
rivelatore
Esame a magnetizzazione residua
Il rivelatore viene applicato dopo che è cessata
l’operazione di magnetizzazione, sfruttando il
magnetismo residuo del pezzo
Le Polveri Magnetiche
Metodo asciutto:
• Si tratta di particelle di ferro finemente suddivise rivestite con pigmenti
• La polvere viene applicata cospargendola o soffiandola sul componente da testare
• La granulometria è accuratamente selezionata perché, sebbene le particelle più fini
siano maggiormente sensibili, non è possibile pensare di impiegare esclusivamente
questa tipologia considerato che esse aderiscono ad ogni genere di discontinuità
(ditate, tracce d’olio, rugosità) e dunque produrrebbero un sottofondo troppo
“denso”
• Anche la forma ha la sua importanza: le particelle più “allungate” vengono
facilmente attratte dai campi dispersi, ma tendono ad opacizzarsi e a raggrupparsi in
grappoli
• Il colore dei pigmenti con i quali vengono rivestite le particelle è importante in
funzione dell’aspetto della superficie del componente
Le Polveri Magnetiche
Metodo umido
• Le particelle sensibili sono miscelate con un liquido (acqua, olio leggero o kerosene)
e poi spruzzate sulla superficie del componente.
• Il veicolo oleoso si preferisce quando è essenziale garantire assenza di effetti
corrosivi, quando l’acqua potrebbe manifestare problemi elettrici e su leghe ad alta
resistenza laddove gli atomi di idrogeno dell’acqua potrebbero diffondersi nella
struttura cristallina generando infragilimento
• La granulometria è solitamente più fine rispetto al metodo asciutto (5-15 µm) e la
forma è compatta
• In genere non vengono aggiunti pigmenti, quindi la mobilità è maggiore rispetto al
metodo asciutto. Il metodo umido si impiega laddove si prediliga la sensibilità
rispetto alla visibilità
Le Polveri Magnetiche
Polveri colorate:
La
percettibilità
delle
indicazioni
dipende dalla differenza tra il loro colore
e quello del pezzo in esame, quindi si
hanno polveri adeguate alla superficie
del pezzo da esaminare (ocra per
superfici brunite, nero per quelle
rettificate, blu per quelle ossidate ecc.)
Polveri fluorescenti:
Sono costituite da particelle magnetiche
molto fini rivestite da pigmenti
fluorescenti.
3. Applicazione della polvere magnetica
Metodi di applicazione delle polveri magnetiche
Polveri secche: dispenser (simil borotalco)
Sospese in acqua: spray
Sospese in un distillato del petrolio a bassa viscosità
(kerosene): spray
Tecniche speciali (vernici magnetiche, plastica e gomma
magnetica)
Sensibilità del metodo
4. Illuminazione della superficie
Occorre disporre di un buon livello di illuminazione
(almeno 1000 lux)
Lampade ad incandescenza (min 80 W ad 1 m)
Lampade fluorescenti (min 80 W ad 1 m)
Lampade “a luce nera” (polveri fluorescenti)
5. Ispezione della superficie
I difetti superficiali
Tendono a fornire indicazioni nitide, strette e ben
delimitate con particelle ben legate tra loro
I difetti subsuperficiali
Forniscono indicazioni più larghe e sfocate
Attenzione alle indicazioni non rilevanti
Spigoli o variazioni di sezione
Punti di unione tra differenti materiali
Contorni dei cordoni di saldatura (HAZ)
Lavorazioni meccaniche
Gap d’aria in presenza di accoppiamenti forzati
5. Ispezione della superficie
5. Ispezione della superficie
5. Ispezione della superficie
6. Demagnetizzazione della superficie
La prova magnetoscopica può lasciare sul pezzo un campo magnetico residuo
potenzialmente in grado di interferire con le sue funzioni o con successive
lavorazioni a cui deve essere sottoposto
Per riportare il pezzo alle sue condizioni originarie
Si applica un campo magnetico di polarità inversa al precedente e di intensità
gradualmente descrescente
Possibili ragioni per cui è necessaria la smagnetizzazione
• Interferenza con altri processi tecnologici (saldatura, lavorazioni meccaniche..)
• Interferenza con strumenti di misura posizionati in prossimità del componente
• Particelle metalliche abrasive possono restare attratte dal componente ed
essere causa (o fattore di accelerazione) di fenomeni di danneggiamento
superficiale
Indicatori Standard di Difetto
La valutazione della sensibilità dell’equipaggiamento impiegato
per un test MPI (strumentazione elettrica + polveri) viene
usualmente valutata impiegando i cosiddetti indicatori di
campo, ossia strumenti che misurano l’intensità relativa dei
campi magnetici dispersi e che fungono da calibratori del
sistema.
Esistono diversi tipi di indicatori (Anello di Ketos, Piastrine
ottagonali, Indicatori artificiali di difettosità AFI, ecc.)
La Piastrina Ottagonale
La piastrina ottagonale è costituita da
un disco di materiale ferromagnetico ad
alta permeabilità che è separato in sei o
otto triangoli e i cui vertici sono uniti da
piccoli gap contenenti materiale non
ferromagnetico.
I triangoli sono brasati insieme in modo
da formare un esagono, e ricoperti su un
lato da una lamina di rame di 0.25 mm di
spessore.
La sonda viene appoggiata sul pezzo, si
procede alla magnetizzazione e si
cosparge al sonda con le particelle
magnetiche
La comparsa più o meno nitida dei
giunti brasati indica la raggiunta
sensibilità.
L’Anello di Ketos
L’anello di Ketos consiste in un anello contenente una serie di fori di diametro 1.75
mm eseguiti a differente profondità
La corrente magnetizzante passa attraverso il centro dell’anello per mezzo di un
conduttore e le particelle magnetiche sono sparse sulla superficie superiore.
Il numero di fori che risulta visibile è indice della sensibilità e risoluzione del
sistema.
Gli Indicatori Quantitativi di Qualità (QQI)
Gli indicatori quantitativi di qualità (QQI, o AFI) sono piastrine di dimensioni
20*20 mm nelle quali è presente un difetto artificiale lungo 6 mm
In genere i QQI vengono incollati sul pezzo in modo tale che il difetto sia in
intimo contatto con la superficie ripulita.
In figura sono mostrati tre tipi di QQI per la verifica rispettivamente di campi
magnetici longitudinali (A), circolari (B) e multidirezionali (C).
Vantaggi e limiti del metodo
Vantaggi:
Limiti:
Può rilevare discontinuità superficiali
e sub-superficiali non identificabili
visivamente
Non è richiesta una preparazione
superficiale particolare
Possono essere esaminate superfici
rivestite (0.1 mm)
Dimensioni e configurazione del
componente solitamente non limita
l’esame
L’esame è veloce e semplice
L’apparecchiatura può essere portatile
Vengono
prodotte
indicazioni
“dirette”
La necessità di una pulitura postispezione è minima
Può essere impiegato solo su materiali
ferromagnetici
La
sensibilità
di
rilevazione
diminuisce
all’aumentare
della
profondità del difetto
L’orientamento del campo magnetico
rispetto alla direzione delle discontinuità
è un fattore critico
Per alcune tecniche è necessario un
buon contatto elettrico
Una tecnica operativa scorretta può
portare a fenomeni di surriscaldamento
ed innesco di arco
Può
essere
richiesta
la
smagnetizzazione
Il metodo non è affidabile per la
rilevazione di piccole porosità
