آزمون ذرات مغناطیسی (MT) چیست؟ اصول، اجرا و استانداردها

آزمون ذرات مغناطیسی (MT) عبارت است از روشی غیرمخرب که با مغناطیس کردن قطعه فرومغناطیس و پاشیدن ذرات مغناطیسی ریز روی سطح آن، ناپیوستگی‌های سطحی و نزدیک به سطح را آشکار می‌کند. ذرات در محل نشت میدان تجمع می‌کنند و ایندیکیشن قابل مشاهده می‌سازند.

آزمون ذرات مغناطیسی بر چه اصلی کار می‌کند؟

اصل کار آزمون ذرات مغناطیسی (MT) پدیده میدان نشتی (Magnetic Flux Leakage) است. وقتی قطعه فرومغناطیس مغناطیس می‌شود، خطوط شار مغناطیسی از داخل آن عبور می‌کنند. ترک، حفره یا هر ناپیوستگی دیگری که مسیر این خطوط را قطع کند، باعث می‌شود بخشی از شار از سطح خارج شود و در دو لبه ناپیوستگی قطب‌های موضعی بسازد.

ذرات مغناطیسی که روی سطح اعمال می‌شوند در همین ناحیه جذب و متراکم می‌شوند و شکل ناپیوستگی را بزرگ‌نمایی‌شده نشان می‌دهند. عرض ایندیکیشن معمولاً چند برابر عرض واقعی ترک است و همین بزرگ‌نمایی، دیدن ترک‌های بسیار باریک را با چشم غیرمسلح ممکن می‌کند.

شدت میدان نشتی به زاویه بین جهت میدان و جهت ناپیوستگی وابسته است. بیشترین حساسیت وقتی به دست می‌آید که جهت میدان مغناطیسی تا حد امکان بر جهت ناپیوستگی عمود باشد؛ ناپیوستگی موازی با خطوط شار عملاً هیچ نشتی نمی‌سازد و دیده نمی‌شود.

آزمون ذرات مغناطیسی روی چه موادی کار می‌کند و روی چه موادی نه؟

آزمون ذرات مغناطیسی (MT) فقط روی مواد فرومغناطیس قابل اجراست، یعنی موادی که بتوانند در میدان خارجی مغناطیس شوند و شار مغناطیسی را متمرکز کنند. فولادهای کربنی، فولادهای کم‌آلیاژ، فولادهای زنگ‌نزن فریتی و مارتنزیتی، و بیشتر چدن‌ها در این گروه‌اند.

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی (سری ۳۰۰)، آلومینیوم، مس، برنج، تیتانیوم و منیزیم خاصیت فرومغناطیس ندارند. روی این مواد نمی‌توان میدان مغناطیسی مؤثری ایجاد کرد و آزمون ذرات مغناطیسی روی آن‌ها بی‌معناست؛ برای این قطعات آزمون مایعات نافذ (PT) روش جایگزین است.

یک نکته عملی: جوش فولاد زنگ‌نزن آستنیتی گاهی مقداری فریت دلتا دارد و کمی پاسخ مغناطیسی نشان می‌دهد، ولی این پاسخ برای بازرسی قابل اتکا نیست و نباید مبنای پذیرش قرار گیرد.

برای اجرای آزمون MT چه مواد و تجهیزاتی لازم است؟

ذرات مغناطیسی به دو شکل خشک و تر عرضه می‌شوند. در روش خشک، پودر مغناطیسی مستقیم روی سطح پاشیده می‌شود و برای سطوح زبر، قطعات داغ و سازه‌های بزرگ مناسب‌تر است. در روش تر، ذرات در حامل مایع معلق‌اند و توزیع یکنواخت‌تری می‌سازند؛ این روش به ترک‌های بسیار باریک حساسیت بیشتری دارد.

در روش مرئی، ذرات مشکی روی سطح فولادی تیره کنتراست کافی ندارند و رنگ زمینه سفید پیش از اعمال ذرات پاشیده می‌شود. لایه رنگ زمینه باید نازک و یکنواخت باشد؛ ضخامت زیاد حساسیت آزمون را کاهش می‌دهد و سطح باید پیش از اعمال ذرات کاملاً خشک شده باشد.

کدام روش مغناطیس‌سازی برای کدام قطعه مناسب است؟

روش مغناطیس‌سازی تعیین می‌کند خطوط شار در چه جهتی از قطعه عبور کنند، و چون حساسیت به زاویه میدان نسبت به ناپیوستگی وابسته است، انتخاب این روش مستقیماً روی نتیجه آزمون اثر می‌گذارد.

چون هر روش میدان را در یک جهت می‌سازد، ناپیوستگی موازی با آن جهت آشکار نمی‌شود. به همین دلیل قطعه معمولاً در دو جهت تقریباً عمود بر هم مغناطیس‌سازی و دو بار بازرسی می‌شود. با یوک، این کار با چرخاندن یوک حدود ۹۰ درجه نسبت به وضعیت اول انجام می‌شود.

تفاوت جریان AC و DC در آزمون ذرات مغناطیسی چیست؟

نوع جریانی که میدان مغناطیسی را می‌سازد، عمق نفوذ میدان در قطعه را تعیین می‌کند و انتخاب آن به این بستگی دارد که به دنبال عیب سطحی هستید یا عیب زیرسطحی.

جریان متناوب (AC) به دلیل اثر پوستی، میدان را در لایه نزدیک سطح متمرکز می‌کند. نتیجه این است که AC برای ترک‌های باز به سطح حساسیت بیشتری دارد، ولی عیب‌های عمیق‌تر را نمی‌بیند. تحرک ذرات در میدان متناوب هم بیشتر است و ذرات راحت‌تر به محل نشتی می‌رسند.

جریان مستقیم (DC) و جریان یکسوشده نیم‌موج (HWDC) میدان را عمیق‌تر در مقطع قطعه می‌برند و ناپیوستگی‌های نزدیک به سطح را که کمی زیر سطح قرار دارند هم آشکار می‌کنند. در عوض، حساسیتشان به ترک‌های بسیار باریک سطحی از AC کمتر است و مغناطیس باقی‌مانده بیشتری در قطعه می‌گذارند.

یوک‌های دوحالته AC/DC به همین دلیل ساخته می‌شوند: بازرس بسته به اینکه عیب مورد انتظار سطحی است یا نزدیک به سطح، حالت را عوض می‌کند.

روش مرئی یا فلورسنت؟ تفاوت دو رویکرد رایج

روش فلورسنت به دلیل کنتراست بسیار بالای ایندیکیشن زیر نور UV، عموماً حساسیت بالاتری نسبت به ناپیوستگی‌های ریز دارد. در عوض به محیط تاریک‌شده، لامپ UV و زمان سازگاری چشم بازرس با تاریکی نیاز دارد.

در بازرسی میدانی، روی سازه نصب‌شده یا در محیطی که تاریک کردن آن عملی نیست، روش مرئی گزینه کاربردی‌تری است. آزمون ذرات مغناطیسی به روش مرئی با یک اسپری جوهر مغناطیسی مشکی و یک اسپری رنگ زمینه سفید قابل اجراست و به تجهیزات نوری خاصی نیاز ندارد.

تکنیک پیوسته و باقی‌مانده چه فرقی با هم دارند؟

تکنیک پیوسته و باقی‌مانده دو حالت زمان‌بندی متفاوت برای اعمال ذرات مغناطیسی نسبت به لحظه مغناطیس‌سازی‌اند، و انتخاب بینشان روی حساسیت آزمون اثر مستقیم دارد.

در تکنیک پیوسته (Continuous)، ذرات همزمان با برقرار بودن میدان مغناطیسی اعمال می‌شوند. چون میدان در لحظه تجمع ذرات فعال است، شدت میدان نشتی حداکثر مقدار خود را دارد و حساسیت بیشتر است. این تکنیک برای اغلب کاربردهای بازرسی جوش و قطعات صنعتی حالت متداول است.

در تکنیک باقی‌مانده (Residual)، ابتدا قطعه مغناطیس می‌شود، سپس میدان قطع می‌شود و ذرات روی مغناطیس باقی‌مانده در قطعه اعمال می‌شوند. این تکنیک فقط روی موادی جواب می‌دهد که پس‌ماند مغناطیسی کافی داشته باشند، مثل فولادهای سخت‌شده، و حساسیتش از حالت پیوسته کمتر است.

در کار میدانی با یوک، تکنیک عملاً پیوسته است: بازرس یوک را روی قطعه نگه می‌دارد و در همان حال اسپری ذرات را اعمال و ناحیه را مشاهده می‌کند.

آزمون ذرات مغناطیسی گام‌به‌گام چطور اجرا می‌شود؟

1. تمیزکاری سطح و حذف چربی، زنگ، پوسته اکسیدی، پاشش جوش و هر پوششی که مانع تجمع ذرات یا مشاهده ایندیکیشن شود. ناحیه تمیزکاری باید به اندازه کافی فراتر از محدوده مورد بازرسی ادامه یابد تا لبه ناحیه هم قابل ارزیابی باشد.
2. اعمال رنگ زمینه سفید در روش مرئی، به صورت لایه نازک و یکنواخت، و صبر تا خشک شدن کامل سطح.
3. انتخاب روش مغناطیس‌سازی متناسب با هندسه قطعه و جهت ناپیوستگی مورد انتظار.
4. برقراری میدان مغناطیسی و اعمال ذرات مغناطیسی در همان حال (تکنیک پیوسته).
5. مشاهده و تفسیر ایندیکیشن‌ها زیر روشنایی کافی، توسط بازرس دارای صلاحیت.
6. تکرار مراحل ۳ تا ۵ با جهت میدان تقریباً عمود بر جهت قبلی.
7. دمغناطیس کردن قطعه در صورت نیاز، تمیزکاری نهایی و ثبت و مستندسازی نتایج.

اسپری‌های جوهر مغناطیسی معمولاً در بازه یک تا سه دقیقه خشک می‌شوند و دمای کاری متعارفشان حدود ۱۰ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد است. خارج از این بازه، پایداری سوسپانسیون و چسبندگی ذرات تغییر می‌کند و نتیجه آزمون قابل اتکا نیست.

شرایط روشنایی و مشاهده چه الزامی دارد؟

در روش مرئی، حداقل شدت نور روی سطح قطعه ۱۰۷۶ لوکس (معادل ۱۰۰ فوت‌کندل) است؛ مقداری که ASTM E709 و ASTM E1444 تعیین می‌کنند. زیر این حد، ایندیکیشن‌های ضعیف از دید بازرس جا می‌مانند و آزمون عملاً بی‌اعتبار است.

شدت نور باید روی خودِ سطح مورد بازرسی اندازه‌گیری شود، نه در فضای اطراف. روشنایی سقفی کارگاه معمولاً روی سطح قائم یا داخل شیار جوش به مقدار لازم نمی‌رسد.

کیفیت سطح رنگ زمینه هم روی مشاهده اثر دارد: پوشش مات انعکاس نور را کاهش می‌دهد و خیرگی ایجاد نمی‌کند، در حالی که سطح براق نور را بازمی‌تاباند و تشخیص ایندیکیشن را سخت می‌کند. زاویه دید بازرس نسبت به سطح هم مؤثر است و نگاه مماس بر سطح، ایندیکیشن‌های کم‌عمق را بهتر نشان می‌دهد.

در روش فلورسنت، مشاهده زیر نور UV-A و در محیط تاریک‌شده انجام می‌شود و چشم بازرس پیش از شروع بازرسی به مدتی سازگاری با تاریکی نیاز دارد. شدت نور سفید محیط در این حالت باید پایین نگه داشته شود، چون نور زمینه کنتراست ایندیکیشن فلورسنت را کم می‌کند.

چرا و چه زمانی قطعه باید دمغناطیس شود؟

پس از آزمون ذرات مغناطیسی، مقداری مغناطیس باقی‌مانده در قطعه می‌ماند. دمغناطیس کردن (Demagnetization) فرآیند کاهش این پس‌ماند تا حد قابل قبول است و همیشه لازم نیست، ولی در چند حالت مشخص ضروری می‌شود.

• قطعه بعداً جوشکاری می‌شود و مغناطیس باقی‌مانده باعث انحراف قوس (Arc Blow) می‌شود
• قطعه متحرک است و براده فلزی جذب می‌کند، مثل شفت، یاتاقان و چرخ‌دنده
• قطعه در مجاورت تجهیزات حساس به میدان مغناطیسی کار می‌کند
• قطعه بعداً ماشین‌کاری می‌شود و براده به ابزار و سطح می‌چسبد

دمغناطیس کردن باید پیش از تمیزکاری نهایی انجام شود، چون در غیر این صورت ذرات مغناطیسی باقی‌مانده روی سطح نگه داشته می‌شوند و پاک کردنشان دشوارتر است. اگر هیچ‌یک از شرایط بالا برقرار نباشد و قطعه در همان وضعیت باقی بماند، دمغناطیس کردن الزامی نیست و یک مرحله کاری بی‌دلیل به فرآیند اضافه می‌کند. تصمیم درباره لزوم آن باید در دستورالعمل اجرایی آزمون مشخص شده باشد، نه به قضاوت لحظه‌ای بازرس واگذار شود.

آزمون ذرات مغناطیسی طبق کدام استانداردها اجرا می‌شود؟

این استانداردها روش اجرا را تعریف می‌کنند، ولی معیار پذیرش و رد ایندیکیشن از سند دیگری می‌آید: کد ساخت، استاندارد جوشکاری یا مشخصات فنی کارفرما. یک ایندیکیشن یکسان می‌تواند طبق یک کد قابل قبول و طبق کد دیگری مردود باشد.

برای مواد مصرفی، الزامات در ISO 9934-2 تعریف شده است. طبق بند ۱۰ این استاندارد، روی هر ظرف باید شناسه محصول، نوع ماده آشکارساز، شماره بچ، تاریخ تولید و تاریخ انقضا درج شود؛ و طبق بند ۹، گواهی انطباق مطابق EN 10204 قابل درخواست است. همین دو بند، مبنای استانداردی رهگیری بچ و گواهی آنالیز‌اند.

آزمون ذرات مغناطیسی چه محدودیت‌هایی دارد؟

• فقط روی مواد فرومغناطیس قابل اجراست؛ آلومینیوم، مس، برنج و فولاد زنگ‌نزن آستنیتی خارج از دامنه‌اند
• عیوب عمیق داخل مقطع قطعه را آشکار نمی‌کند و برای آن‌ها روش حجمی مانند آزمون التراسونیک لازم است
• نتیجه به جهت میدان نسبت به ناپیوستگی وابسته است، بنابراین مغناطیس‌سازی در یک جهت کافی نیست
• به آماده‌سازی سطح نیاز دارد؛ رنگ، زنگ و پوسته اکسیدی مانع تجمع درست ذرات می‌شوند
• روش پراد ریسک جرقه و سوختگی موضعی روی سطح قطعه دارد
• در برخی قطعات دمغناطیس کردن پس از آزمون لازم می‌شود و یک مرحله کاری اضافه می‌کند

با وجود این محدودیت‌ها، آزمون ذرات مغناطیسی (MT) برای آشکارسازی ترک‌های سطحی در قطعات فولادی همچنان سریع‌ترین و کم‌هزینه‌ترین روش در دسترس است. نکته تعیین‌کننده این است که محدودیت‌ها پیش از انتخاب روش شناخته شوند، نه پس از تحویل گزارش بازرسی. در بسیاری از پروژه‌ها آزمون ذرات مغناطیسی در کنار یک روش حجمی به کار می‌رود تا هم عیب سطحی و هم عیب داخلی پوشش داده شود.