Il Metodo Magnetoscopico (MPI)Il Metodo Magnetoscopico (MPI)

Il Metodo Magnetoscopico (MPI)

� Questa tecnica si basa sull’analisidelle variazioni nel campo magneticoche si verificano in presenza di difettisuperficiali o subsuperficiali

� Può essere applicato solo sumateriali ferromagnetici (es. ferro,materiali ferromagnetici (es. ferro,nichel, cobalto ed alcune delle loroleghe)

� È un tipo di controlloestremamente diffuso nell’industriapetrolchimica, automobilistica edaerospaziale

Breve storia della tecnica

� Magnetismo: proprietà della materiadi attrarre a sé altra materia, scopertadai Greci. Gli oggetti che possiedonotale proprietà si definiscono magnetici omagnetizzati

� In tempi più recenti, Bergmann,Becquerel e Faraday accertarono che

Linee di forza attorno ai poli di un magnete

Becquerel e Faraday accertarono chetutte le sostanze sono caratterizzate daun certo grado di magnetismo, ma soloalcune esibiscono questa proprietà alivelli significativi

� Primo uso documentato di sistemimagnetoscopici: 1868 (controllo fusti dicannoni) Primo uso commerciale: anni‘20 (Hoke)

Poli opposti si attraggono

Poli uguali si respingono

Caratteristiche magnetiche dei materiali

Materiali diamagnetici

� Non possono essere magnetizzati

� Sono debolmente respinti dalmagnetismo

� Esempi: Rame, Argento, Oro,

Materiali paramagnetici

� Possono essere magnetizzati

� Sono influenzati dai campimagnetici

� Esempi: Magnesio, Platino,� Esempi: Rame, Argento, Oro,mercurio, Fosforo, Bismuto ecc.

� Esempi: Magnesio, Platino,Molibdeno, Litio, Alluminio

Materiali ferromagnetici (sottoclasse deiparamagnetici)

� 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 seguitodell’azione di un campo magnetico e mantiene una certa magnetizzazione residua alcessare dell’azione del campo. Tipicamente tutti i materiali che possiedono unasignificativa percentuale di ferro, nickel o cobalto sono ferromagnetici

• Questa proprietà si mantiene solo al di sotto di una certa temperatura, dettatemperatura di Curie, al di sopra della quale il materiale si comporta come un materialeparamagnetico. Per il ferro, ad esempio, questa temperatura è di circa 770 °C.

• I materiali ferromagnetici sono costituiti da numerose regioni (definite dominimagnetici) nelle quali i campi magnetici dei singoli atomi risultano essere allineati

• Quando il materiale si trova in uno stato smagnetizzato ciascun dominio è orientato inmodo casuale, ma sotto l’azione di una corrente elettrica o di un campo magneticoesterno, i domini si allineano originando una magnetizzazione macroscopica dell’interocorpo

Smagnetizzato Magnetizzato

Principi del metodo MPI

Elementi essenziali per poter svolgereun’indagine MPI

� Particelle di metallo magnetizzato� Campo magnetico

Meccanismo di evidenziazione dei difettiMeccanismo di evidenziazione dei difetti

� La presenza di cricche o altri difettiprovoca una “rottura” del campo magneticonaturale del pezzo, e le particelle di metallomagnetizzato si raggruppano incorrispondenza della discontinuità chefunge da ulteriore dipolo magnetico

Campi di applicabilità

� Affinché il campo magnetico sialteri in modo significativo ènecessario che la discontinuità sia ilpiù possibile perpendicolare alle lineedi induzione così da offrire una bruscavariazione di permeabilitàvariazione di permeabilità

� Se la discontinuità giace su unpiano parallelo alle linee di induzionenon si produce alcun accumulo

� In ogni caso la rivelazione dellediscontinuità avviene fino ad angolicompresi tra 40 e 60° rispetto alle lineedi 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 superficie2. 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 lasuperficie del pezzo da testare sia esente dagrasso e polvere e che alcune porzioni dellasuperficie si prestino a fungere da terminalielettrici (nei casi in cui questo è richiesto)

• La presenza di contaminanti può• La presenza di contaminanti puòostacolare (o addirittura impedire) ilmovimento delle particelle magnetichesotto l’azione del campo esterno, rendendodifficoltosa la visualizzazione dei difetti

• Olio e grasso attenuano l’attrazione delleparticelle da parte del campo esterno ealterano il loro accumulo producendo falseindicazioni

2. Magnetizzazione della superficie

Sistema elettricoProduce la magnetizzazione del pezzo mediante il passaggio di una corrente elettrica sul pezzo stesso

In questa fase si procede all’applicazione del campo magnetico sullasuperficie del pezzo

Sistema magneticoProduce la magnetizzazione del pezzo mediante immersione in un campo magnetico

2. Magnetizzazione della superficie

� Equipaggiamento più usato: giogo(magnete permanente o elettromagnetefoggiato ad “U”)

� La direzione di magnetizzazionedeve essere > di 45° rispetto alladirezione dei potenziali difetti

2. Magnetizzazione della superficie

Il tipo di campo magnetico da generare per il controllo dipendedal presunto orientamento dei difetti che ci si aspetta diriscontrare e dalla geometrica del componente

• Un campo magnetico longitudinalepossiede le linee di forza orientatepossiede le linee di forza orientateparallelamente all’asse della barra

• Un campo magnetico circolarepossiede linee di forza che sisviluppano secondo circonferenzeortogonali all’asse della barra

2. Magnetizzazione della superficie

La direzione del campo è particolarmente critica. Solo idifetti che presentano un orientamento tra i 45 e i 90gradi (condizione di massima visibilità) rispetto alladirezione delle linee di forza del campo potranno essererivelati.

Flux Leakage

No Flux Leakage

2. Magnetizzazione della superficie

Un campo magnetico longitudinalepuò essere realizzato introducendo labarra all’interno di una bobina

Magnetic Field

Electric

Current

Un campo magnetico circolare puòessere realizzato facendo attraversarela barra da una corrente elettrica

2. Magnetizzazione della superficie

� La tecnica che prevede l’impiego diquesti apparecchi produce unamagnetizzazione longitudinalelocalizzata

� Le linee di induzione sono prodottein prossimità dei poli del magnete o

Le linee di induzione sono prodottein prossimità dei poli del magnete odell’elettromagnete

� Sia nei magneti permanenti chenegli elettromagneti le espansionipolari sono snodabili per consentireuna maggiore adattabilità allaparticolare configurazione geometricadel pezzo

Elettromagneti

� Gli elettromagneti sonocostituiti da più segmentiarticolati di ferro dolce eccitatida un avvolgimento alimentatoin corrente continua.

� Il nucleo è a pacco lamellareonde ridurre le perdite percorrenti parassite

� Gli elettromagneti sono piùpotenti dei magneti ma anchemeno pratici perché richiedonol’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 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 • 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 • 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 magnetichepuò essere eseguita secondo duemodalità

Esame a magnetizzazione direttaL’applicazione del rivelatore avviene assiemeL’applicazione del rivelatore avviene assiemealla magnetizzazione del pezzo (oimmediatamente prima). L’osservazione delleindicazione è simultanea all’applicazione delrivelatore

Esame a magnetizzazione residuaIl rivelatore viene applicato dopo che è cessatal’operazione di magnetizzazione, sfruttando ilmagnetismo 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 finisiano maggiormente sensibili, non è possibile pensare di impiegare esclusivamentesiano maggiormente sensibili, non è possibile pensare di impiegare esclusivamentequesta 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” vengonofacilmente attratte dai campi dispersi, ma tendono ad opacizzarsi e a raggrupparsi ingrappoli

• Il colore dei pigmenti con i quali vengono rivestite le particelle è importante infunzione 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 effetticorrosivi, quando l’acqua potrebbe manifestare problemi elettrici e su leghe ad altaresistenza laddove gli atomi di idrogeno dell’acqua potrebbero diffondersi nellaresistenza laddove gli atomi di idrogeno dell’acqua potrebbero diffondersi nellastruttura cristallina generando infragilimento

• La granulometria è solitamente più fine rispetto al metodo asciutto (5-15 µm) e laforma è compatta

• In genere non vengono aggiunti pigmenti, quindi la mobilità è maggiore rispetto almetodo asciutto. Il metodo umido si impiega laddove si prediliga la sensibilitàrispetto alla visibilità

Le Polveri Magnetiche

Polveri colorate:La percettibilità delle indicazionidipende dalla differenza tra il loro coloree quello del pezzo in esame, quindi sihanno polveri adeguate alla superficiedel pezzo da esaminare (ocra persuperfici brunite, nero per quellerettificate, blu per quelle ossidate ecc.)

Polveri fluorescenti:Sono costituite da particelle magnetichemolto fini rivestite da pigmentifluorescenti.

3. Applicazione della polvere magnetica

Metodi di applicazione delle polveri magnetiche

� Polveri secche: dispenser (simil borotalco)� 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 superficialiTendono a fornire indicazioni nitide, strette e bendelimitate con particelle ben legate tra loro

I difetti subsuperficialiForniscono indicazioni più larghe e sfocateForniscono 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 residuopotenzialmente in grado di interferire con le sue funzioni o con successivelavorazioni 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 intensitàgradualmente 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 edessere causa (o fattore di accelerazione) di fenomeni di danneggiamentosuperficiale

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 deicampo, 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 daun disco di materiale ferromagnetico adalta permeabilità che è separato in sei ootto triangoli e i cui vertici sono uniti dapiccoli gap contenenti materiale nonferromagnetico.

� I triangoli sono brasati insieme in mododa formare un esagono, e ricoperti su unda formare un esagono, e ricoperti su unlato da una lamina di rame di 0.25 mm dispessore.

� La sonda viene appoggiata sul pezzo, siprocede alla magnetizzazione e sicosparge al sonda con le particellemagnetiche

� La comparsa più o meno nitida deigiunti brasati indica la raggiuntasensibilità.

L’Anello di Ketos

� L’anello di Ketos consiste in un anello contenente una serie di fori di diametro 1.75mm eseguiti a differente profondità� La corrente magnetizzante passa attraverso il centro dell’anello per mezzo di unconduttore e le particelle magnetiche sono sparse sulla superficie superiore.� Il numero di fori che risulta visibile è indice della sensibilità e risoluzione delsistema.

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:

� Può rilevare discontinuità superficialie sub-superficiali non identificabilivisivamente� Non è richiesta una preparazionesuperficiale particolare� Possono essere esaminate superfici

Limiti:

� Può essere impiegato solo su materialiferromagnetici� La sensibilità di rilevazionediminuisce all’aumentare dellaprofondità del difetto� L’orientamento del campo magnetico� Possono essere esaminate superfici

rivestite (0.1 mm)� Dimensioni e configurazione delcomponente solitamente non limital’esame� L’esame è veloce e semplice� L’apparecchiatura può essere portatile� Vengono prodotte indicazioni“dirette”� La necessità di una pulitura post-ispezione è minima

� L’orientamento del campo magneticorispetto alla direzione delle discontinuitàè un fattore critico� Per alcune tecniche è necessario unbuon contatto elettrico� Una tecnica operativa scorretta puòportare a fenomeni di surriscaldamentoed innesco di arco� Può essere richiesta lasmagnetizzazione� Il metodo non è affidabile per larilevazione di piccole porosità