اساس
روشهای آزمون الکتریکی ( بازرسی جریان گردآبی ) بر این است که وقتی یک سیم
پیچ حامل جریان متناوب، نزدیک ماده‌ای تقریباً رسانا قرار داده شود،
جریانهای گردابی یا ثانویه در آن ماده القا خواهد شد. جریانهای القایی،
میدانی مغناطیسی ایجاد خواهند کرد که در جهت مخالف میدان مغناطیسی اولیه
اطراف سیم پیچ است. تأثیر متقابل بین میدانها موجب ایجاد یک نیروی ضد محرکه
الکتریکی در سیم پیچ شده و در نتیجه سبب تغییر مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ
خواهد شد. اگر ماده از نظر ابعاد و ترکیب شیمیایی یکنواخت باشد، مقدار
مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر نزدیک سطح قطعه در کلیه نقاط سطح قطعه یکسان
خواهد بود، به غیر از تغییر اندکی که نزدیک لبه‌های نمونه مشاهده می‌شود.
اگر ماده ناپیوستگی داشته باشد، توزیع و مقدار جریانهای گردابی مجاور آن
تغییر می‌کند و در نتیجه کاهشی در میدان مغناطیسی در رابطه با جریانهای
گردابی به وجود می‌آید، بنابراین مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر تغییر
خواهد کرد.
مقاومت
ظاهری سیم پیچ را می توان با اندازهگیری ولتاژ درون آن تعیین نمود و از
روی تحلیل این آثار میتوان در مورد کیفیت و شرایط قطعه کار نتیجه‌گیری
کرد. این روشها بسیار متنوع هستند و با وسیله و روش آزمون مناسب، میتوان
آنها را برای آشکارسازی عیوب سطحی و زیر سطحی قطعات و تعیین ضخامت پوشش
فلزات به کار برد و اطلاعاتی در زمینه مشخصات ساختاری مانند اندازه دانه
بندی و شرایط عملیات حرارتی به دست آورد. همچنین میتوان خواص فیزیکی مانند
رسانایی الکتریکی، تراوایی مغناطیسی و سختی فیزیکی را تعیین کرد.
تشکلیل جریان گردابی در برابر میدان مغناطیسی
یکی
از متغیرهای اصلی این روش رسانندگی الکتریکی ماده است. رسانندگی عکس
مقاومت ویژه می باشد و هر ماده مقدار رسانندگی منحصر به خود را دارد.
رسانندگی فلز یا آلیاژ تحت تاثیر بسیاری از عاملهاست و میتواند بر اثر
تغییرات کاملاً جزئی در ترکیب شیمیایی و یا انجام عملیات حرارتی دچار تغییر
گردد. همچنین بزرگی میدان مغناطیسی در پیرامون پیچه اولیه، ویژگیهای
الکتریکی و مغناطیسی ماده و وجود ناپیوستگیها از جمله عواملی هستند که بر
جریانهای گردابی تاثیر گذارند .
با
برقرار شدن جریان در پیچه، دستگاه علائمی را نشان میدهد که حتی در نبود
قطعه نیز مشاهده می شود. با نزدیک شدن پیچه به قطعه این علائم تغییر کرده و
تا موقع رسیدن به قطعه افزایش می یابد. این تغییرات که در فاصله بین پیچه
و قطعه ایجاد می شود را خیز مینامند. اثر خیز بر روی نتایج از این جهت
اهمیت دارد که با تغییرات جزئی فاصله، بسیاری از نشانههای ناشی از شرایط
مورد نظر را میتواند بپوشاند. جریانهای گردابی در لبه‌های جسم دچار واپیچش
می‌شود و این پدیده اثر لبه نام دارد. معمولاً اثر لبه خیلی زیاد است و به
طور کلی توصیه می‌شود که بازرسی به فاصله 3 میلیمتری لبه جسم محدود شود .
جریانهای
گردابی در سطح قطعه به صورت یکنواخت پخش نمیشوند و در سطح جسم و در زیر
پیچه چگالترند و با دور شدن از سطح به طور نمایی از شدتشان کاسته می‌شود،
به طوری که این جریانها در فاصلهای از زیر سطح قطعات بزرگ ناچیز هستند.
این کاهش شدت را اثر پوسته مینامند .
عمق
نفوذ استاندارد در این روش برحسب بسامد و برای هر ماده مشخص می‌شود. زمانی
که ضخامت قطعه از حدود سه برابر عمق نفوذ استاندارد کمتر باشد، جریانهای
گردابی با فاصله گرفتن از سطح دچار واپیچش میشوند و این واپیچش با ضخامت
ماده تغییر می کند .
به
دلیل این که تغییر ضخامت اجسام با مقطع نازک سبب تغییر در مقاومت ظاهری
پیچه بازرسی خواهد شد، از این ویژگی برای تعیین ضخامت اجسام نازک استفاده
می‌شود و هر چقدر جسم نازکتر باشد تعیین ضخامت آن از دقت بالاتری برخوردار
خواهد بود .
در
این روش برای بررسی عیوب سطحی از بسامدهای بالا و برای آشکار سازی عیوب
زیر سطحی و عمقی از بسامد های پایین استفاده می‌شود. با کاهش بسامد حساسیت
این روش کاهش مییابد و بسامدهای به کار رفته در بازرسی مواد غیر مغناطیسی
به مراتب بالاتر از مواد فرومغناطیس است و به دلیل اینکه مواد فرومغناطیسی
عمق نفوذ کمی دارند به بسامدهای پایینتری برای بازرسی نیاز دارند. بازرسی
مواد غیر مغناطیسی در بسامدهایی با گستره MHZ 5 - kHz 1 انجام شده و برای
مواد مغناطیسی غالباً از بسامدهای پایینتر از MHz 1 استفاده می‌شود. به
طور کلی بسامد مورد استفاده در هر آزمون باید به گونهای باشد که امکان
دستیابی به حساست بهینه را در عمق دلخواه به وجود آورد .
در
بسیاری از بازرسیها از پیچههایی که درون محفظهای جاسازی شدهاند به
عنوان پروب بازرسی استفاده می‌شود. این پروبها برعکس پروبهای فراصوتی به
سیال واسط بین خود و قطعه نیاز ندارند، زیرا به وسیله میدان مغناطیسی به
قطعه جفت میشوند و در نتیجه پیش از بازرسی به آماده سازی چندانی نیاز
ندارند .
پروبها
در انواع گوناگونی طراحی شدهاند ولی میتوان آنها را دو گروه پروبهای سطح
و پروبهای سوراخ تقسیم نمود. پروبهای سطح باید بر سطح قطعه عمود باشند و
به این منظور میتوان از یک راهنما استفاده کرد. در این نوع از پروبهای تک
پیچهای برای آشکار سازی نقصهای سطحی مانند ترکهای ریز و از پروبهای دو
پیچهای برای اندازه گیری ضخامت روکشهای سطحی یا اندازه گیری رسانندگی
استفاده می‌شود .
به
منظور درجه بندی تجهیزات بازرسی از قطعات مرجعی که دارای نقصهایی با شکل و
اندازه مشخص هستند استفاده می‌شود. این قطعات از نظر نوع ماده و کیفیت با
قطعه مورد بازرسی یکسان هستند به طوری که رسانندگی یکسانی دارند .
آزمون
جریان گردابی دارای دقت بالایی است و در کنترل کیفی بسیاری از فرآیندهای
تولید به کار میرود. این روش را میتوان به صورت کاملاً خودکار انجام داد و
علاوه بر شناسایی عیوب میتوان از آن برای اندازهگیری ضخامت روکشهای
رسانا یا نارسانا و همچنین تشخیص و ردهبندی مواد استفاده نمود .
در
این روش از پیچههای جستجوگر گوناگونی استفاده می‌شود که دو نوع متداول آن
عبارت است از پیچه نوع تخت که برای بازرسی سطوح تخت مناسب است و پیچه نوع
سیملولهای که برای قطعات استوانهای توپر و توخالی به کار میرود.
در ادامه.......
تست
ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Test) یا به اختصار MT به همراه تست
مایعات نافذ، برای تست عیوب سطحی و زیر سطحی در جوش ها کاربرد فراوان دارد.
در مورد مواد فرومغناطیسی، روش تست ذرات مغناطیسی به خاطر قابلیت آن در
پیدا کردن عیوب زیر سطحی که به سطح راه پیدا نکرده اند ترجیح داده می شود
به خاطر وجود این مزیت نسبت به تست مایعات نافذ، برای تمام مواد فرو
مغناطیسی استفاده از تست ذرات مغناطیسی روش مرسومی می باشد.
اساس
روش تست ذرات مغناطیسی به این صورت است: وقتی که یک ماده فرومغناطیس در
اثر اعمال میدان مغناطیسی به صورت مغناطیسی در می آید، ناپیوستگی هایی که
خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کنند باعث به وجود آمدن نشت میدان مغناطیسی
اطراف خود می گردند. ذرات ریز مواد فرومغناطیس که به صورت پودر درآمده اند
روی سطح مورد نظر پاشیده می شوند و توسط نشتی میدان، به وجود آمده در اثر
ناپیوستگی جذب می شوند و این ذرات جمع شده در روی نشتی میدان باعث دیده شدن
ناپیوستگی و محل آن می گردند علاوه بر آن، شکل و مقدار ناپیوستگی را نیز
نشان می دهند. برای به دست آوردن بیشترین حساسیت در این روش، استفاده از
ذرات مغناطیسی دارای خاصیت فلوئورسنت که در محصولات نفتی به صورت نامحلول
قرار گرفته اند با روش پیوسته و همراه با جریان مستقیم تمام موج به دست می
آید.
روش
تست ذرات مغناطیسی شامل مراحل زیر است: مغناطیس کردن قطعه، اعمال محیط
مغناطیسی، تست الگوهای به وجود آمده توسط مواد مغناطیسی و دی مغناطیس کردن
قطعه. تست ذرات مغناطیسی روش حساسی برای پیدا کردن ترک های کوچک و کم عمق
سطحی در مواد فرومغناطیسی می باشد، در صورتی که باز شدگی دهانه ترک های
سطحی بسیار زیاد باشد در روی اینگونه ترک ها هیچ الگویی از ذرات مغناطیسی
جمع نمی شود زیرا دهانه ترک آنقدر بزرگ است که ذرات مغناطیسی قادر به پل
زدن روی آن ها نیستند.
در
صورتی که ناپیوستگی ها ظریف و تیز باشند و هم چنین بسیار نزدیک سطح نیز
باشد مثل یک رشته بلند از یک ناخالصی غیر فلزی، یک نشانه تیز در اثر آن روی
سطح به وجود می آید. هر چقدر که ناپیوستگی دارای عمق بیشتری باشد آنگاه
نشان به وجود آمده در اثر آن هم دارای وضوح بیشتری می شود. نشانه های به
وجود آمده در اثر ذرات مغناطیسی به صورت مستقیم روی سطح به وجود می آیند و
از عیوب واقعی، شکل های مغناطیسی بوجود می آورند. هیچ محدودیتی در اندازه و
شکل قطعه مورد آزمایش وجود ندارد. معمولا نیاز به تمیز کاری اولیه زیادی
ندارد و ترک هایی که توسط مواد اضافی پر شده اند را می توان براحتی شناسایی
کرد.
انواع روش های مغناطیس کردن
در
تست ذرات مغناطیسی، با توجه به قابلیت نگهداری میدان مغناطیسی قطعه ممکن
است محیط مغناطیسی یا در هنگام اعمال جریان مغناطیس کننده یا بعد از قطع
جریان مغناطیس کننده، روی قطعه اعمال شود. روش اول به روش پیوسته و روش
بعدی به روش ناپیوسته یا پسماند شهرت دارد. روش ناپیوسته، فقط روی موادی که
قابلیت نگهداری بالایی دارند اعمال می شود. معمولا هر چقدر ماده سخت تر
باشد قابلیت نگهداری میدان نیز بیشتر می شود. در مورد فولاد های کم کربن یا
آهن که قابلیت نگهداری پایینی دارند یا اصلا قابلیت نگهداری ندارند فقط از
روش پیوسته و در اغلب اوقات از جریان متناوب به خاطر ایجاد تحرک بالا در
ذرات مغناطیسی استفاده می شود.
جریان مغناطیس کننده
هم
جریان مستقیم و هم جریان متناوب برای مغناطیس کردن قطعات مناسب هستند.
قدرت، جهت و توزیع میدان مغناطیسی به نوع جریانی که برای مغناطیسی کردن از
آن استفاده شده است بستگی دارد. در تست ذرات مغناطیسی معمولا میدانی که
توسط جریان مستقیم به وجود می آید در داخل قطعه نفوذ می کند. در حالی که
میدانی که در اثر جریان متناوب ایجاد می شود فقط محدود به سطح یا نزدیک سطح
قطعه می شود که معمولا به عنوان اثر سطحی شناخته می شود. بنابراین برای
پیدا کردن عیوب زیر سطحی نباید از جریان متناوب استفاده شود.
مناسب
ترین منبع برای جریان مستقیم در حقیقت جریان یک سو شده متناوب می باشد.
جریان متناوب تک فاز و سه فاز به صورت تجاری تولید می شود. وقتی که جریان
متناوب به صورت مستقیم برای مغناطیس کردن استفاده می شود باید به صورت تک
فاز باشد که معمولا فرکانس 50 تا 60 هرتز دارد. وقتی که از این جریان برای
مغناطیس کردن استفاده می شود ولتاژ خطی توسط مبدل ها به صورت مرحله ای به
ولتاژهای پایین تبدیل می شود. جریان های مغناطیس کننده با هزاران آمپر اغلب
از این ولتاژهای کم استفاده می کنند.
انواع
وسایل و تجهیزات پرتابل که به راحتی می توان آن ها را به محل بازرسی برد
وجود دارند. به صورت کلی این وسایل برای استفاده از ولتاژهای متناوب 115،
230 یا 440 ولت و ایجاد جریان متناوب و نیم موج مغناطیسی کننده از 750 تا
1500 آمپر، به کار می روند دستگاه هایی با قابلیت تولید جریان نیم موج
متناوب و کنترلرهای برای تغییر جریان دارای کاربرد وسیعی در تست ذرات
مغناطیسی هستند. استفاده اولیه از این دستگاه های پرتابل این است که جریان
کمی را تولید می کنند. برای پیدا کردن عیوب با عمق بیشتر سطوح بزرگ از
دستگاه هایی با آمپر خروجی بیشتری استفاده می شود.
دستگاه
های متحرک معمولا با جریان مغناطیس کننده نیم موج یا متناوب کار می کنند و
معمولا به وسیله جریان متناوب 50 تا 60 هرتز (230 تا 440 ولت) تغذیه می
شوند و خروجی جریان 1500 تا 4500 آمپر دارند، کنترل جریان معمولا به وسیله
یک سوئیچ و در سیستم های پیشرفته به وسیله کنترل فاز مبدل با استفاده از یک
هسته اشباع شده در میدان انجام می شود. از دستگاه های ثابت ممکن است برای
یک روش خاص یا به صورت جنرال استفاده شود. دستگاه های چند منظوره به صورت
کلی از روش تر استفاده می کنند و در داخل مخزن همزن دار، به طور پیوسته
مواد را مخلوط می کند. توسط پمپ و شلنگ مواد را روی قطعه ای که تست می شود
اعمال می کنند، دو فک متحرک و یک کویل ثابت، توانایی لازم برای به وجود
آوردن میدان های مغناطیسی دوار و طولی را در این دستگاه ها به وجود آورده
اند. این دستگاه ها قابلیت تولید جریان AC و DC در جریان های 1000 تا 6000
آمپر را دارند. دستگاه های ثابت با استفاده ویژه برای تست تعداد زیادی از
قطعات شبیه هم طراحی شده اند. به طور کلی، برای تسریع در جا به جایی و
تغییر موقعیت قطعاتی که مورد بازرسی قرار می گیرند در این دستگاه ها سیستم
هایی مثل نقاله یا علامت گذاری به صورت اتوماتیک و سیستم های هشدار نصب شده
است.
تست جوش ها با ذرات مغناطیسی
به
وسیله تست ذرات مغناطیسی و با استفاده از یوک و پراد می توان بسیاری از
عیوبی که به سطح راه پیدا کرده اند را شناسایی کرد برای شناسایی عیوب زیر
سطحی مثل ناخالصی های جوش، جفره های گازی و عدم نفوذ در ریشه جوش، روش پراد
همراه با جریان متناوب، مستقیم یا جریان نیم موج، بهترین روش می باشد.
طریقه
قرار دادن دو پایه یوک در جهت عمود بر عیوب سطحی که انتظار داریم، است.
این نوع میدان با میدان مغناطیسی که توسط پراد تولید می شود فرق دارد. به
خاطر ایجاد میدان مغناطیسی طولی بین دو پایه یوک برای پیدا کردن عیوب عرضی،
باید دو پایه یوک در جهت عمود بر جهت ترک ها، در دو طرف بستر جوش قرار
گیرند. برای پیدا کردن عیوب طولی، پایه های پراد کنار جوش قرار می گیرند و
برای پیدا کردن عیوب عرضی، پایه های پراد دو طرف جوش قرار می گیرند. در
مواردی که نگاه داشتن اتصال پراد برای دست خسته کننده است، پراد دارای گیره
های مغناطیسی است که پراد را به صورت مغناطیسی روی سطح قطعه نگاه می
دارند. پرادهایی که جریان مغناطیس کننده را به قطعه اعمال می کنند به صورت
محکم به قطعه می چسبند و می توان یکی یا هر دو شاخه های پراد را به وسیله
جریان مغناطیسی به سطح قطعه چسباند.
اعمال
جریان نیم موج در جوش باعث ایجاد نشانه کاذب می شود. یک جوش T شکل که از
یک طرف یا هر دو طرف به صورت کامل نفوذی نیست نیمه نفوذی (PjP) محسوب می
شود. در این نوع جوش ریشه باز مجاز می باشد وقتی که از پراد با جریان نیم
موج استفاده می شود، این اثر کاذب روی سطح جوش دیده می شود. با استفاده از
جریان متناوب به جای نیم موج این اثر کاهش می یابد.
با
قرار دادن دو پایه یوک در دو طرف بستر جوش و استفاده از جریان مستقیم می
توان قابلیت پیدا کردن عیوب زیر سطحی که در جوش های سر به سر و بین ورق های
نسبتا نازک به وجود می آیند را افزایش داد. به دلیل عدم نشت شار مغناطیسی
که در حالت معمولی از دو پایه یوک صادر می شود نتایج قابل قبولی در ردیابی
عیوب زیر سطحی در این روش به دست آمده است.
دی مغناطیس کردن بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی
در
تمام مواد فرومغناطیس بعد از اعمال میدان مغناطیسی در آن ها، مقداری میدان
مغناطیسی پسماند باقی می ماند این میدان در مواد مغناطیس نرم، قابل چشم
پوشی می باشد، با این وجود این میدان پسماند در مواد مغناطیسی سخت با میدان
های مغناطیس آهنرباهای دائم که از آلیاژهای خاص می باشند تقریبا قابل
مقایسه است و بر حسب نوع ماده، دی مغناطیس کردن می تواند آسان یا مشکل
باشد. فلزاتی که انرژی زیادی برای مغناطیس کردن لازم دارند به سختی دی
مغناطیس می شوند. دلایل زیادی برای دی مغناطیس کردن قطعه بعد از انجام تست
ذرات مغناطیسی وجود دارد.
برای
مثال در هنگام ماشین کاری قطعه و در مراحل بعد ممکن است براده های ناشی از
ماشین کاری به قطعه چسبیده و اثر بدی بر سطوح تمام شده یا ابعاد قطعه و در
نهایت روی عمر مفید قطعه داشته باشند یا در هنگام جوشکاری قطعه به روش قوس
الکتریکی باعث انحراف قوس در روی سطح قطعه شود.
روش های دی مغناطیس کردن بعد از انجام تست ذرات مغناطیسی
1- استفاده از میدان متناوب به تدریج کاهنده
مطابق
شکل روبرو نیروی لازم برای دی مغناطیس کردن (HC) همیشه از نیروی لازم برای
مغناطیس کردن (HM) قطعه کمتر است. بنابراین در صورتی که قطعه تحت یک نیروی
مغناطیس کننده که بیشتر از نیروی HC باشد و به صورت متناوب تغییر جهت می
دهد در حالی که مقدار آن به تدریج کم می شود، قرار گیرد، آنگاه میزان BX کم
می شود. همان طور که در شکل نشان داده شده است HC و BX به کمترین مقدار
خود می رسند. در حقیقت برای استفاده موثر از این روش، فرکانس تناوب فاکتور
مهمی است. استفاده از فرکانس های بالا موجب کاهش اثر نفوذ میدان مغناطیسی
در سطح مقطع قطعه می شود. برای موارد خاص حتی می توان از فرکانس کم حدود 12
هرتز استفاده کرد.
2- روش حرارتی
وقتی
که قطعه فرو مغناطیس را به دمای بالای دمای کوری قطعه ببریم (1023 کلوین
برای آهن)، قطعه مذکور دی مغناطیس می شود. در مورد آهن این دما نه عملی است
و نه مناسب. این روش زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که بعد از انجام تست
ذرات مغناطیسی، عملیات حرارتی روی قطعه انجام شود و قطعه به بالای دمای
کوری خود برسد.
3- دمای مغناطیس کردن با استفاده از میدان حلقوی متناوب
این
روش برای قطعات بزرگ مناسب است و شبیه استفاده از کویل با جریان متناوب
است زیرا در این روش جهت میدان به صورت متناوب همراه با تغییر جهت جریان
مغناطسی کننده عوض می شود. در این روش با استفاده از عبور جریان از داخل
قطعه میدان مطلوب به دست می آید، که شدت جریان به تدریج به صفر می رسد.
4- روش استفاده از یوک AC یا DC
این
روش برای قطعاتی که انرژی زیادی برای دی مغناطیس شدن لازم دارند مناسب می
باشد. عملکرد در بعضی یوک ها شبیه به کویل AC می باشد به این صورت که قطعه
از بین پایه های یوک عبور داده شده و سپس خارج می شود. در روش پیشرفته از
یک آهنربای الکتریکی سلونوئیدی استفاده می شود.