Lucidi Magnetoscopia
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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
