CONTROLLO CON PARTICELLE MAGNETICHE (MT)

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1 Controllo Welding Inspection con particelle magnetiche CONTROLLO CON PARTICELLE MAGNETICHE (MT)

2 Introduzione al magnetismo Il magnetismo è la capacità di alcuni materiali (detti ferromagnetici) di attrarre altri materiali o se stessi Il campo magnetico è di norma caratterizzato attraverso le sue linee di flusso: - In corrispondenza di un polo magnetico, escono (o entrano) nel pezzo stesso - Formano percorsi chiusi - Non si intersecano - Seguono il percorso con minore riluttanza magnetica - Hanno la stessa intensità - Hanno una direzione dovuta alle forze di attrazione o repulsione tra i poli Linee di campo attorno ad una barra magnetizzata Attrazione tra poli opposti Repulsione tra poli dello stesso segno 2/44

3 Materiali ferromagnetici Un materiale è considerato ferromagnetico se può essere magnetizzato (materiali quali gli acciai al C e bassolegati, alcuni acciai inossidabili, il nickel puro ed il cobalto puro sono ferromagnetici) Smagnetizzato I materiali ferromagnetici sono suddivisi in domini, nei quali l orientamento del campo è lo stesso per tutti gli atomi I domini magnetici risultano orientati casualmente in condizioni normali ma possono orientarsi secondo la medesima direzione in presenza di campi esterni S Magnetizzato N 3/44

4 Campo magnetico nei mezzi non omogenei Una particolarità dei circuiti magnetici è che non esistono circuiti aperti, dovendo essere, in ogni caso, le linee di flusso chiuse. Nel caso di una barra in materiale ferromagnetico a sezione costante, sede di un campo longitudinale uniforme di induzione B, caratterizzato dalla presenza di una discontinuità opportunamente orientata si avrà una perturbazione delle linee di flusso: flusso disperso formazione di polarità libere 4/44

5 Principio del metodo con particelle magnetiche Al pezzo in esame è applicato un intenso campo magnetico, ottenuto mediante un apposita apparecchiatura Qualora il pezzo presenti una discontinuità, essa interromperà le linee di flusso magnetico, creando una fuga di flusso sulla superficie del pezzo 5/44

6 Principio del metodo con particelle magnetiche Il rivelatore è applicato alla superficie da esaminare Le particelle ferromagnetiche, ricoperte da un pigmento risultano attratte dalla fuga di flusso localizzata sino a formare un indicazione in corrispondenza della discontinuità L indicazione può essere rilevata in presenza delle adeguate condizioni di illuminamento 6/44

7 Principi del magnetismo Condizione dello spazio in cui si manifestano forze di origine magnetica. Campo magnetico (H) Forma Verso Rappresentata con linee di forza. Regola della mano destra: immaginando di disporre la mano destra in modo che il pollice indichi il verso della corrente, le linee di forza hanno la direzione indicata dalle dita; nel caso di spira o solenoide, se le dita indicano il verso della corrente il pollice individua la direzione del campo magnetico. Intensità Cond. rettilineo H = i 2πr Spira H = ni l E funzione della forza magnetica (H) e delle caratteristiche del mezzo Permeabilità magnetica relativa Induzione magnetica (B) Intensità B=μH μ=μ r μ 0 μ r <1 materiali diamagnetici 1 materiali paramagnetici >>1 materiali ferromagnetici. La permeabilità magnetica relativa è funzione delle caratteristiche dei pezzi e dell intensità del campo magnetico Solo in questo caso è applicabile il controllo con particelle magnetiche 7/44

8 Procedure di controllo I punti fondamentali di una procedura di controllo sono: Pulitura preliminare delle superfici Applicazione (se previsto) di un idoneo mezzo di contrasto Applicazione del campo magnetico Applicazione del rivelatore Interpretazione delle indicazioni Verbalizzazione delle indicazioni Smagnetizzazione del pezzo (se prevista) 8/44

9 Pulitura preliminare Scopo fondamentale di questa fase è garantire la mobilità del rivelatore e, quindi, la formazione dell eventuale fuga di flusso Le superfici devono dunque risultare pulite ed asciutte prima del controllo Sostanze quali oli, grassi o ruggine devono essere rimossi perché limitano l interazione tra rivelatore e flusso disperso 9/44

10 Applicazione del campo magnetico Il campo magnetico può essere indotto nel pezzo con numerosi sistemi un elettromagnete o magnete permanente a contatto del pezzo attraverso una corrente elettrica che percorre il pezzo attraverso una bobina, posa in prossimità del pezzo, attraversata da corrente elettrica 10/44

11 Direzione del campo magnetico Nei pezzi possono essere prodotti capi longitudinali o circolari La tipologia di campo è fondamentale in funzione della morfologia delle discontinuità 11/44

12 Direzione del campo magnetico È necessario poter magnetizzare il pezzo lungo due direzioni principali, dato che la direzione delle discontinuità è generalmente ignota a priori Un angolo di 90 tra le linee di flusso ed il piano della discontinuità è la condizione di maggiore sensibilità, con una tolleranza di circa 30 Nel caso dei giunti, è dunque necessario adottare opportune tecniche e sequenze di magnetizzazione Fuga di flusso Nessuna fuga di flusso 12/44

13 Intensità del campo magnetico Affinché possa aver luogo una fuga di flusso provocata da un difetto, è necessaria una sufficiente differenza di permeabilità fra quella del difetto (che si può supporre abbia permeabilità eguale a quella dell'aria) e la permeabilità del materiale ferromagnetico circostante: in funzione delle dimensioni del difetto e della sensibilità del mezzo rivelatore usato, la forza magnetica deve essere comunque tale da creare un numero di linee di forza, deviate dal difetto, sufficiente a formare una segnalazione chiara; una permeabilità troppo elevata del materiale ferromagnetico può essere controproducente, soprattutto in presenza di difetti molto piccoli; una permeabilità troppo bassa, legata a fenomeni di saturazione, annulla la differenze di permeabilità tra mezzo ed aria 13/44

14 Tipo di campo magnetico e profondità del difetto Il metodo magnetoscopico offre le migliori possibilità di rivelazione per difetti che affiorano alla superficie o che sono immediatamente sotto la superficie. Oltre a una certa distanza (comunque non superiore ad alcuni millimetri) la possibilità di rilevare dei difetti diventa praticamente illusoria, salvo che per difetti di dimensioni sensibili e di orientamento particolarmente favorevole. Risulta significativo in particolar modo il tipo di magnetizzazione (continuo o alternato), che influenza la distribuzione della corrente sulla base del cosiddetto effetto pelle. Il tipo di campo magnetico è funzione del metodo di magnetizzazione e in particolare del tipo di corrente. Alternata Monofase raddrizzata Trifase raddrizzata 14/44

15 Magnetizzazione longitudinale con bobina La superficie del pezzo è posta in prossimità della parte interna della bobina La bobina genera un campo magnetico longitudinale diretto in direzione parallela al proprio asse Bobina fissa Bobina mobile 15/44

16 Magnetizzazione longitudinale con magneti permanenti o elettromagneti Magneti permanenti ed elettromagneti (gioghi) sono i sistemi più utilizzati, specie nel caso di giunti saldati Le linee di campo fluiscono da un polo all altro I poli sono posizionati in modo da orientare le linee perpendicolarmente rispetto alla direzione della discontinuità 16/44

17 Magnetizzazione circolare Campo magnetico Corrente elettrica E possibile ottenere una magnetizzazione circolare per passaggio diretto di corrente nel pezzo in esame Possibili metodi di magnetizzazione sono le teste di bancali fissi o puntali elettrici Un terzo modo per ottenere campi circolari è la tecnica cosiddetta a barra passante 17/44

18 Apparecchiature Tipiche Calamite (costituite da materiale ad alta retentività magnetica) a forma di C Magneti permanenti Elettromagneti Trasformatori (Puntali) Magnetoscopi a bancali Funzionamento Sistema magnetico Urti Fattori che possono Forti campi magnetici esterni comprometterne il funzionamento Permanenza per lungo tempo a poli liberi Permanenza a temperature sensibilmente superiori rispetto a quella ambiente Nucleo di ferro dolce (a bassa forza coercitiva) sul quale è avvolto on conduttore percorso da corrente Funzionamento Sistema magnetico Alimentazione A corrente continua, fornita da accumulatori o da trasformatori/raddrizzatori A corrente alternata, direttamente dalla rete elettrica o da trasformatori Un trasformatore fornisce corrente a due puntali che vengono posti a contatto diretto col metallo Funzionamento Sistema elettrico A corrente continua (a bassa tensione e raddrizzata a semionda) Alimentazione A corrente alternata (a bassa tensione) Nota Garantire buon contatto elettrico tra pezzo e puntali per evitare scintillamenti. Apparecchiature a trasformatori di grosse dimensioni adatte per impieghi in serie su pezzi isolati Funzionamento Alimentazione Testate: sistema elettrico (magnetizzazione trasversale) Bobina: sistema magnetico (magnetizzazione longitudinale) Corrente alternata Continua raddrizzata a semionda Continua raddrizzata a onda intera Trifase raddrizzata 18/44

19 Applicazione del rivelatore Il metodo MT impiega rivelatori secchi o in sospensione (umidi) Nel caso dei rivelatori secchi, gli stessi sono applicati sulla superficie mentre per gli umidi si adopera un mezzo liquido che li trascina sulla superficie I rivelatori secchi sono molto pratici, per quanto abbiano alcune limitazioni I rivelatori in sospensione risultano mediamente più sensibili ed applicabili in ogni posizione 19/44

20 Rivelatori secchi Si tratta di polveri ferromagnetiche disponibili in un ampia gamma di colorazioni Di principio, si scelgono le colorazioni in grado di garantire le condizioni di massimo contrasto rispetto alla superficie in esame Va spruzzato contemporaneamente alla magnetizzazione del pezzo per evitare che la polvere cada dal pezzo prima che sia attratta in corrispondenza delle zone ove vi è flusso disperso. 20/44

21 Rivelatori umidi Sono normalmente a contrasto di colore o fluorescenti Il mezzo di sospensione è generalmente un idrocarburo leggero, anche se esistono rivelatori in acqua Il rivelatore in sospensione liquida invece va spruzzato sempre immediatamente prima o nelle prime fasi della magnetizzazione stessa, onde evitare che lo scorrimento del liquido provocato dalla violenza del getto possa cancellare le indicazioni 21/44

22 Criteri di scelta del rivelatore Piana Fattori di scelta Posizione della saldatura Natura e posizione dei difetti Stato superficiale Polveri secche Polveri in sospensione Verticale o sopratesta Polveri in sospensione Difetti fini e superficiali Polveri in sospensione Difetti grandi e subsuperficiali Polveri secche Rugoso Polveri a grano grosso (secche) Liscio Polvere in sospensione Umido Polveri in sospensione RIVELATORE FLUORESCENTE IN SOSPENSIONE DI ACQUA RIVELATORE FLUORESCENTE IN SOSPENSIONE DI KEROSENOIL POLVERE NERA IN KEROSENOIL E LACCA DI CONTRASTO 22/44

23 Interpretazione delle indicazioni Dopo l applicazione del rivelatore si possono interpretare le indicazioni: False indicazioni: dovute ad accumuli di rivelatore, che si deposita entro scanalature, negli angoli o nelle rugosità superficiali. E sufficiente soffiare leggermente o sciacquare moderatamente perché scompaiano. Indicazioni spurie: più difficili da riconoscere, provengono effettivamente da variazioni di campo magnetico, le quali non sono provocate comunque da difetti, ma da particolari situazioni (eccessiva magnetizzazione, forma dl pezzo, variazioni di permeabilità magnetica) Indicazioni provocate da imperfezioni:, a loro volta classificabili in accettabili o non accettabili Rivelatore umido fluorescente Cortesia Sulzer 23/44

24 Gancio di sollevamento - cricche dovute all esercizio Rivelatore umido fluorescente 24/44

25 Ruota dentata - cricche da esercizio Rivelatore umido fluorescente 25/44

26 Albero - cricche da trattamento termico Rivelatore umido fluorescente 26/44

27 Albero - cricche da esercizio Rivelatore umido fluorescente 27/44

28 Albero - cricche da esercizio Rivelatore umido fluorescente 28/44

29 Bulloneria di grandi dimensioni - cricche da esercizio Rivelatore umido fluorescente 29/44

30 Albero a gomiti - cricche da esercizio Rivelatore umido fluorescente 30/44

31 Incollatura Rivelatore secco a contrasto di colore 31/44

32 Cricche in ZTA Rivelatore secco a contrasto di colore 32/44

33 Cricche in zona fusa e in ZTA Rivelatore secco a contrasto di colore 33/44

34 Smagnetizzazione I pezzi sottoposti a controllo MT possono talvolta presentare livelli di induzione magnetica residua in grado di interferire con successive lavorazioni o le condizioni di esercizio del componente Ad esempio: Operazioni di saldatura Lavorazioni di macchina Posizionamento di sensori sensibili alla presenza di campi magnetici Aumento della severità delle condizioni di usura nel caso di taluni organi meccanici, a causa della mutua attrazione tra l organo e particelle ferromagnetiche 34/44

35 Smagnetizzazione La smagnetizzazione, quando prevista, deve essere considerata parte integrante della procedura di controllo La smagnetizzazione non elimina completamente l induzione residua ma la abbassa ad un valore ritenuto tollerabile I singoli domini magnetici risultano comunque orientati, ma la loro risultante è nulla Magnetizzato Smagnetizzato 35/44

36 Tecniche di smagnetizzazione FLUSSO CORRENTE TEMPO PERMEABILITA' MAGNETICA TEMPO TEMPERATURA Curva di smagnetizzazione Andamento della permeabilità magnetica con la temperatura 36/44

37 UNI EN 1290 controllo magnetoscopico delle saldature CONDIZIONI PRELIMINARI MAGNETIZZAZIONE Superficie da esaminare Condizioni di illuminamento Corrente di magnetizzazione Intensità del campo magnetico Assenza di olio, grasso, spruzzi di saldatura, ecc. Spessore massimo delle verniciature non magnetiche: 50 mm Particelle fluorescenti: - Luce di Wood - min 1000 μw/cm 2 - Illuminamento ambientale - max 20 lx Contrasto di colore: - Illuminamento ambientale - min 500 lx Corrente Alternata Compresa tra 2 ka/m e 6 ka/m, verificabile tramite: - Pezzo campione - Sonda di Hall - Opportuni calcoli - Metodi basati su principi consolidati (es, formule empiriche) 37/44

38 UNI EN 1291 livelli di accettazione La larghezza della superficie di prova deve includere il metallo fuso di saldatura ed il materiale base adiacente fino ad una distanza di 10 mm da ciascun lato. Tutte le indicazioni adiacenti fra loro situate ad una distanza minore della dimensione maggiore dell indicazione più piccola devono essere valutate come un indicazione singola continua. UNI EN /44

39 Codice ASME sez V art.7 (ASTM E 709) Assenza di olio, grasso, spruzzi di saldatura, ecc. CONDIZIONI PRELIMINARI MAGNETIZZA ZIONE Superficie da esaminare Condizioni di illuminamento Puntali Longitudinale Circolare Elettromagneti e Magneti Permanenti Spessore minimo delle verniciature tale da non influenzare il controllo Temperatura dei pezzi tale da non alterare le proprietà delle particelle. Particelle fluorescenti: - Luce di Wood - min 1000 μw/cm 2 - Illuminamento ambientale : max 20lx Contrasto di colore: - Illuminamento ambientale - min 500 lx i= d per S > 19 mm; i= d per S< 19 mm; (S=spessore ; d=spaziatura fra puntali) i n = ( L / D) + 2 se (L/D) 4 ; i n = ( L / D) i= d (Dimensione MAX sezione trasversale) Potere di sollevamento: P=4,5 kg per alimentazione a c.a. P=18,1 kg per elettromagneti a c.c. o magneti permanenti se 2<(L/D)<4 39/44

40 Vantaggi del metodo con particelle magnetiche È in grado di rilevare discontinuità superficiali e subsuperficiali Pezzi di geometria anche complessa possono essere controllati con semplicità la pulitura preliminare delle superfici è meno critica rispetto ad altri metodi (PT): la maggior parte dei prodotti inquinanti non altera la direzione e l intensità delle linee di flusso Il metodo è rapido e le indicazioni risultano visibili direttamente sulla superficie, I costi sono complessivamente contenuti Le attrezzature risultano portatili, con notevole flessibilità nel caso dei controlli in campo 40/44

41 Limitazioni del controllo con particelle magnetiche Il metodo è inapplicabile a materiali non ferromagnetici (numerosi acciai inossidabili, leghe di Al, Mg, Ti, Cu, Ni ed altre) Per controlli in posizione devono essere utilizzati rivelatori idonei In alcuni casi può essere necessario rimuovere verniciature o strati protettivi superficiali per raggiungere la desiderata sensibilità di controllo La capacità di rilevare discontinuità subsuperficiali è limitata Si rendono spesso necessari la pulitura dopo il controllo e la smagnetizzazione E fondamentale l orientamento tra il piano della discontinuità e la direzione del campo magnetico 41/44

42 Verbale di Prova 42/44