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Controllo con particelle magnetiche
CONTROLLO CON PARTICELLE MAGNETICHE
(MT)
Controllo con particelle magneticheWelding Inspection
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Controllo con particelle magnetiche
Linee di campo attorno ad una barra Linee di campo attorno ad una barra magnetizzatamagnetizzata
Attrazione tra poli oppostiAttrazione tra poli opposti
Repulsione tra poli dello stesso segnoRepulsione tra poli dello stesso segno
• 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
Introduzione al magnetismo
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Controllo con particelle magnetiche
• 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)
• 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
Smagnetizzato
MagnetizzatoS N
Materiali ferromagnetici
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Controllo con particelle magnetiche
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 discontinuitàopportunamente orientata si avràuna perturbazione delle linee di flusso:– flusso disperso – formazione di polarità libere
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Controllo con particelle magnetiche
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
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Controllo con particelle magnetiche
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
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Controllo con particelle magnetiche
>>1 – materiali ferromagnetici.
≥1 – materiali paramagnetici
<1 – materiali diamagnetici
Permeabilità magnetica relativa
μrB=μH
μ=μr·μ0
Intensità
E’ funzione della forza magnetica (H) e delle caratteristiche del mezzo
Induzione magnetica
(B)
SpiraCond. rettilineoIntensità
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.
Verso
Rappresentata con linee di forza.Forma
Condizione dello spazio in cui si manifestano forze di origine magnetica.
Campo magnetico
(H)
Principi del magnetismo
riHπ2
=l
niH =
La permeabilità magnetica relativa è funzione delle caratteristiche dei pezzi e dell’intensità del campo magnetico
Solo in questo caso èapplicabile il controllo con
particelle magnetiche
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Controllo con particelle magnetiche
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)
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• 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
Pulitura preliminare
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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
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Direzione del campo magnetico• Nei pezzi possono essere
prodotti capi longitudinali o circolari
• La tipologia di campo èfondamentale in funzione della morfologia delle discontinuità
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È’ necessario poter magnetizzare il pezzo lungo due direzioni principali, dato che la direzione delle discontinuità è generalmente ignota a prioriUn 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
Direzione del campo magnetico
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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
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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 funzionedel metodo di magnetizzazione e inparticolare del tipo di corrente.
Alternata
Monofase raddrizzata
Trifase raddrizzata
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• 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
Magnetizzazione longitudinale con bobina
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• 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
Magnetizzazione longitudinale con magneti permanenti o elettromagneti
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Controllo con particelle magnetiche
• 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
Campo magnetico
Corrente elettrica
Magnetizzazione circolare
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Apparecchiature Tipiche
Trifase raddrizzataContinua raddrizzata a onda interaContinua raddrizzata a semiondaCorrente alternata
Alimentazione
Bobina: sistema magnetico (magnetizzazione longitudinale)Testate: sistema elettrico (magnetizzazione trasversale)
Funzionamento
Apparecchiature a trasformatori di grosse dimensioni adatte per impieghi in serie su pezzi isolati
Magnetoscopia bancali
Garantire buon contatto elettrico tra pezzo e puntali per evitare scintillamenti.Nota
A corrente alternata (a bassa tensione)A corrente continua (a bassa tensione e raddrizzata a semionda)
Alimentazione
Sistema elettricoFunzionamentoUn trasformatore fornisce corrente a due puntali che vengono posti a contatto diretto col metallo
Trasformatori (Puntali)
A corrente alternata, direttamente dalla rete elettrica o da trasformatoriA corrente continua, fornita da accumulatori o da trasformatori/raddrizzatori AlimentazioneSistema magneticoFunzionamento
Nucleo di ferro dolce (a bassa forza coercitiva) sul quale è avvolto on conduttore percorso da corrente
Elettromagneti
Permanenza a temperature sensibilmente superiori rispetto a quella ambientePermanenza per lungo tempo a poli liberiForti campi magnetici esterniUrti
Fattori che possono comprometterne il funzionamento
Sistema magneticoFunzionamentoCalamite (costituite da materiale ad alta retentività magnetica) a forma di C
Magneti permanenti
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• 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
Applicazione del rivelatore
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• 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 contrastorispetto 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.
Rivelatori secchi
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Sono normalmente a contrasto di colore o fluorescentiIl mezzo di sospensione ègeneralmente un idrocarburo leggero, anche se esistono rivelatori in acquaIl 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
Rivelatori umidi
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Criteri di scelta del rivelatore
Umido
Polveri in sospensione
Liscio
Polvere in sospensione
Rugoso
Polveri a grano grosso (secche)
Stato superficiale
Difetti grandi e subsuperficiali
Polveri secche
Difetti fini e superficiali
Polveri in sospensioneNatura e posizione dei difetti
Verticale o sopratesta
Polveri in sospensione
Piana
Polveri secchePolveri in sospensione
Posizione della
saldatura
Fattori di
scelta
RIVELATORE FLUORESCENTE IN SOSPENSIONE DI ACQUA
RIVELATORE FLUORESCENTE IN SOSPENSIONE DI KEROSENOIL
POLVERE NERA IN KEROSENOIL E LACCA DI CONTRASTO
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• 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 rugositàsuperficiali. 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
Interpretazione delle indicazioni
Rivelatore umido fluorescenteCortesia Sulzer
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Gancio di sollevamento - cricche dovute all’esercizio
Rivelatore umido fluorescente
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Ruota dentata - cricche da esercizio
Rivelatore umido fluorescente
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Albero - cricche da trattamento termico
Rivelatore umido fluorescente
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Controllo con particelle magnetiche
Albero - cricche da esercizio
Rivelatore umido fluorescente
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Controllo con particelle magnetiche
Rivelatore umido fluorescente
Albero - cricche da esercizio
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Controllo con particelle magnetiche
Bulloneria di grandi dimensioni - cricche da esercizio
Rivelatore umido fluorescente
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Controllo con particelle magnetiche
Albero a gomiti - cricche da esercizio
Rivelatore umido fluorescente
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Incollatura
Rivelatore secco a contrasto dicolore
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Controllo con particelle magnetiche
Rivelatore secco a contrasto dicolore
Cricche in ZTA
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Rivelatore secco a contrasto di colore
Cricche in zona fusa e in ZTA
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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
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SmagnetizzatoMagnetizzato
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
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Tecniche di smagnetizzazione
TEMPO
TEM
PO
CORRENTE
FLUSSO
Curva di smagnetizzazione
100 300 500 700 900
TEMPERATURA
PER
MEA
BIL
ITA
' MA
GN
ETIC
A
Andamento della permeabilitàmagnetica con la temperatura
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UNI EN 1290 “controllo magnetoscopico delle saldature”
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)
Intensità del campo
magnetico
Corrente AlternataCorrente di magnetizzazione
MAGNETIZZAZIONE
Contrasto di colore:- Illuminamento ambientale - min 500 lx
Particelle fluorescenti:- Luce di Wood - min 1000 μW/cm2
- Illuminamento ambientale - max 20 lxCondizioni di illuminamento
Spessore massimo delle verniciature non magnetiche: 50 mm
Assenza di olio, grasso, spruzzi di saldatura, ecc.Superficie da
esaminare
CONDIZIONI PRELIMINARI
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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 12062
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Potere di sollevamento:P=4,5 kg per alimentazione a c.a.P=18,1 kg per elettromagneti a c.c. o magneti permanenti
Elettromagneti e Magneti Permanenti
i=300÷800 d (Dimensione MAX sezione trasversale)Circolare
se (L/D)≥4 ; se 2<(L/D)<4Longitudinale
i= 100÷125 d per S > 19 mm; i= 90÷110 d per S< 19 mm;(S=spessore ; d=spaziatura fra puntali)Puntali
MAGNETIZZAZIONE
Contrasto di colore:- Illuminamento ambientale - min 500 lx
Particelle fluorescenti:- Luce di Wood - min 1000 μW/cm2
- Illuminamento ambientale : max 20lxCondizioni di illuminamento
Temperatura dei pezzi tale da non alterare le proprietà delle particelle.
Spessore minimo delle verniciature tale da non influenzare il controllo
Assenza di olio, grasso, spruzzi di saldatura, ecc.
Superficie da esaminare
CONDIZIONI PRELIMINARI
Codice ASME sez V art.7 (ASTM E 709)
( ) 2/000.35+
=⋅DL
ni ( )DLni
/000.45
=⋅
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Vantaggi del metodo con particelle magnetiche• È in grado di rilevare discontinuità superficiali e sub-
superficiali• 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
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Controllo con particelle magnetiche
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 verniciatureo strati protettivi superficiali per raggiungere la desiderata sensibilità di controllo
• La capacità di rilevare discontinuità subsuperficiali èlimitata
• 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
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Verbaledi Prova
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Verbaledi Prova