Controllo Con Particelle Magnetiche

Istituto Italiano della SaldaturaENTE MORALE

Controllo con particelle magnetiche

CONTROLLO CON PARTICELLE MAGNETICHE

(MT)

Controllo con particelle magneticheWelding Inspection


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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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• 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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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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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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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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>>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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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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• 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



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Albero - cricche da trattamento termico



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Albero - cricche da esercizio



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Albero - cricche da esercizio


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Bulloneria di grandi dimensioni - cricche da esercizio



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Albero a gomiti - cricche da esercizio



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Incollatura

Rivelatore secco a contrasto dicolore


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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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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


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Verbaledi Prova

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