Tổng quan phương pháp kiểm tra hạt từ tính

Kiểm tra hạt từ tính là một phương pháp kiểm tra không phá hủy hiệu quả để phát hiện các điểm không liên tục bề mặt và gần bề mặt.

Kiểm tra hạt từ tính (MT), một trong những phương pháp NDT lâu đời nhất và đáng tin cậy nhất, nhưng thường không được công nhận xứng đáng. Phương pháp thường được coi là kỹ thuật “không hào nhoáng” nhưng cần thiết trong lĩnh vực thử nghiệm vật liệu. Mặc dù có nhiều yếu tố kỹ thuật cần phải được xem xét và lựa chọn, các thủ tục để hoàn thành việc kiểm tra MT tương đối đơn giản và đáng tin cậy khi được thực hiện với nhân viên có trình độ và kinh nghiệm, sử dụng đúng quy trình và với thiết bị thích hợp.

Lịch sử của phương pháp kiểm tra MT

Có nhiều thông tin về các thử nghiệm MT đầu tiên. Hay gặp nhất là SH Saxby vào năm 1868 đã quan sát thấy sự hiện diện của các vết nứt trên nòng súng được nhiễm từ bằng cách đưa la bàn từ tính gần đó. Lịch sử không ghi lại liệu kỹ thuật này có thực sự khiến các nòng súng bị loại bỏ hay mang đi sửa chữa hay không. Sự phát hiện được chú ý nhất về khả năng sử dụng từ tính như một phương pháp NDT là của WE Hoke, người đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào ngày 9 tháng 4 năm 1919 cho các khối đo chính xác mà ông đã phát triển. Khi các khối được mài bề mặt, các mạt kim loại nhỏ tụ lại tại vị trí của các vết nứt nhỏ xuất hiện trong quá trình mài. MT thực sự được bắt đầu chấp nhận ở Hoa Kỳ thông qua nỗ lực của FB Doane, Carl Betz và Taber de Forest. Các ứng dụng ban đầu ứng dụng cho các bộ phận đường sắt, kim loại đúc và các vật liệu sắt từ khác.

Khái niệm cơ bản – Cách thức hoạt động

Một cách đơn giản, bộ phận được từ hóa với một lực từ hóa thích hợp, sau đó đưa các hạt sắt từ nhỏ (khô hoặc ở dạng huyền phù) vào khu vực kiểm tra. Các trường rò rỉ từ thông xảy ra tại vị trí không liên tục sẽ thu hút và giữ các hạt tạo thành một chỉ thị. Chỉ thị được đánh giá dựa trên kích thước và hình dạng của nó theo các tiêu chí chấp nhận. Phương pháp này đáp ứng tốt với các trường hợp bất liên tục tuyến tính như vết nứt, tạp chất phi kim loại, thiếu ngấu và các điều kiện khác gây ra rò rỉ từ thông. Phương pháp chủ yếu phát hiện những điểm bất liên tục ở trên bề mặt hoặc nông gần bề mặt trong vật liệu sắt từ.

Vì các đường sức từ là có hướng, nên phải xem xét sự định hướng của chúng với các bất liên tục. Phản ứng cực đại xảy ra khi bất liên tục có định hướng vuông góc với đường từ thông. Dù đây là thông tin có vẻ ai cũng biết, nhưng các thông tin cơ bản vẫn cần được nhắc lại để ngăn lỗi vẫn xảy ra với phương pháp NDT tương đối đơn giản này.

Trang thiết bị

Thiết bị được sử dụng trong kiểm tra MT có thể được phân loại thành ba nhóm:

Di động: Nam châm vĩnh cửu, AC Yokes và DC Prods.

Trạm từ hóa: Hệ thống kiểm tra bột từ ướt.

Phụ kiện: Bộ khử từ, cuộn dây từ hóa, đèn báo hiện trường, hạt từ, máy đo cường độ ánh sáng

Quy trình cơ bản

Điều kiện để đạt được hiệu quả khi kiểm tra MT là phải có kiến ​​thức về những điều sau:

  1. Yêu cầu – code, thông số kỹ thuật và yêu cầu công việc chi tiết
  2. Đối tượng thử nghiệm – loại vật liệu, hình dạng, kích thước, số lượng, v.v.
  3. Các thiết bị và phụ kiện có sẵn.
  4. Trình độ của người thực hiện.

Bước thứ hai đề cập đến việc phát triển và viết quy trình cần tuân thủ. Quy trình là tài liệu hướng dẫn hoàn chỉnh, độc lập, từng bước, chứa các yếu tố cần thiết để tạo ra kết quả thử nghiệm đáng tin cậy và nhất quán. Kỹ thuật và dòng điện từ hóa chính xác phải được thiết lập và sau đó quy trình phải được xác nhận phù hợp với các bộ phận cần được kiểm tra.

Để thu được các kết quả có ý nghĩa, quá trình kiểm tra phải bao gồm các nội dung sau:

  1. Đánh giá tình trạng bề mặt. Mặc dù điều này không quá quan trọng đối với thử nghiệm thẩm thấu, nhưng cần phải tránh các bề mặt nhám có thể gây kết quả nhầm lẫn hoặc không chính xác.
  2. Bề mặt sau đó phải được làm sạch bằng chất tẩy rửa thích hợp để loại bỏ chất bẩn có thể cản trở chuyển động của các hạt trên bề mặt.
  3. Sau đó, bộ phận có thể được từ hóa bằng cách sử dụng kỹ thuật đã được lựa chọn.
  4. Đánh giá.
  5. Bộ phận sau đó nên được kiểm tra với các đường từ thông theo hướng xấp xỉ 90 độ để kiểm tra ban đầu. Lưu ý: Trong một số trường hợp, có thể cần phải khử từ bộ phận trước khi kiểm tra ở góc 90 so với góc ban đầu nếu từ trường dư cao hơn từ trường được sử dụng.
  6. Đánh giá.
  7. Hoàn thành báo cáo.
  8. Bộ phận sau đó phải được làm sạch kỹ lưỡng và nếu cần, sơn một lớp chống gỉ.

Tham khảo thêm về quy trình kiểm tra hạt từ tính cho mối hàn.

Kỹ thuật

Có một số lựa chọn kỹ thuật chính cần được xem xét khi phát triển kỹ thuật MT thích hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể.

Từ hóa liên tục hay Từ trường dư

Kỹ thuật liên tục (dòng điện chạy trong khi các hạt được áp dụng) sẽ cung cấp mức độ từ tính cao nhất trong bộ phận và do đó tạo ra sự rò rỉ từ thông lớn nhất tại vị trí gián đoạn dẫn đến chỉ thị dễ phát hiện hơn. Kỹ thuật từ trường dư chỉ nên sử dụng hạn chế đối với những vật liệu có khả năng giữ từ cao.

Hạt huyền phù ướt hay Hạt từ khô

Nói chung, các hạt huyền phù ướt được sử dụng với các thiết bị tĩnh như trạm từ hóa ngang ướt và được ưa chuộng hơn cho các bề mặt nhẵn. Các hạt này cũng có sẵn ở dạng bình xịt để sử dụng cho các thiết bị di động. Tuy nhiên, các hạt khô được sử dụng phổ biến nhất với gông từ AC , DC Prods gông từ nam châm vĩnh cửu.

Bột từ khả kiến và Bột từ huỳnh quang

Các hạt huỳnh quang vẫn là phương pháp cho độ nhạy tốt nhất. Phương pháp hạt từ khô có màu sắc lựa chọn cho độ tương phản tốt nhất với bề mặt thử nghiệm, nhưng với các hạt huỳnh quang, nền vật liệu thường có màu đen hoặc tím đậm khi quan sát bề mặt thử nghiệm dưới ánh sáng đen. Sự phát sáng rực rỡ của các hạt huỳnh quang trên nền tối mang lại độ tương phản cao làm cho chỉ thị rõ ràng hơn

AC và DC

Thường các bộ phận được từ hóa bằng dòng điện một chiều sẽ có thể phát hiện ra bất liên tục ngay dưới bề mặt. Mặc dù nhìn chung DC cho phép thâm nhập sâu hơn vào bề mặt, nhưng MT chỉ nên được coi là một phương pháp NDT hiệu quả để phát hiện khuyết tật bề mặt và có thể phát hiện khuyết tật ngay dưới bề mặt chi trong điều kiện lý tưởng. Độ sâu của bất liên tục có thể được phát hiện một cách đáng tin cậy bị ảnh hưởng bởi hướng, hình dạng, kích thước, chiều dọc và các đặc tính từ tính (độ thẩm từ) của vật liệu thử. Và với việc sử dụng nguồn điện một chiều, khả năng xuất hiện hồ quang hay tia lửa điện khi không duy trì tiếp xúc tốt giữa bộ phận thử nghiệm và thiết bị từ hóa.

Hiểu lầm và lạm dụng

Mặc dù MT được coi là một phương pháp NDT “không hấp dẫn” và tương đối đơn giản khi sử dụng, nhưng có quá nhiều hiểu lầm trong quy trình và làm việc theo lối mòn thường xảy ra có thể dẫn đến kết quả thử nghiệm không đáng tin cậy, bao gồm:

Từ hóa liên tục

Kỹ thuật này yêu cầu dòng điện (lực từ hóa) được đưa vào bộ phận cùng lúc với các hạt từ. Trong một số trường hợp, các hạt được áp dụng sau khi dòng điện dừng dẫn đến sự phụ thuộc vào từ trường dư yếu hơn. Đây là một vấn đề nghiêm trọng hơn khi kiểm tra vật liệu có độ bền từ thấp.

Hai hướng vuông góc

Như đã đề cập trong quy trình trên, cần phải đặt chi tiết kiểm tra trong ít nhất 2 từ trường vuông góc theo các hướng đối lập để đảm bảo phát hiện các điểm gián đoạn theo mọi hướng. Đã có trường hợp từ trường chỉ được áp dụng theo một hướng không cung cấp sự đảm bảo phát hiện tất cả bất liên tục.

Cải thiện tương phản nền

Một cách chắc chắn để cải thiện độ tương phản của các chỉ thị với bề mặt thử nghiệm là phủ một lớp sơn nền trắng khô nhanh lên bề mặt trước khi phủ các hạt sẫm màu. Trong khi kỹ thuật này cải thiện khả năng hiển thị của chỉ thị, một số người coi đây là một bước bổ sung đòi hỏi nhiều thời gian thực hiện. Cần phải hiểu rằng thời gian tốn thêm và chi phí bổ sung nhỏ của sơn là hợp lý khi cần đạt được kết quả kiểm tra đáng tin cậy.

Một số quy tắc tham chiếu chung, tiêu chuẩn và thông lệ

  • ASME Mục V, Điều 7
  • ASTM E709 – Hướng dẫn tiêu chuẩn để kiểm tra hạt từ tính
  • ASTM E1444 – Thực hành tiêu chuẩn để kiểm tra hạt từ tính
  • A275 – 15 – Thực hành tiêu chuẩn để kiểm tra hạt từ tính của rèn thép
  • ASTM A966 / A966M – 15 – Thực hành tiêu chuẩn để kiểm tra hạt từ tính

Ưu điểm và hạn chế của MT

Ưu điểm

  • Rất đáng tin cậy để phát hiện các điểm gián đoạn bề mặt và ngay dưới bề mặt.
  • Thiết bị có thể di động hoặc sử dụng trạm tự động
  • Các chỉ thị xuất hiện trực tiếp trên bề mặt.
  • Có thể kiểm tra qua các lớp phủ mỏng như sơn.
  • Không yêu cầu chuẩn bị bề mặt nhiều.
  • Thiết bị tương đối rẻ so với các phương pháp NDT khác.
  • Tương đối dễ sử dụng và yêu cầu đào tạo tối thiểu

Nhược điểm

  • Cần phải thực hiện kiểm tra theo hai hướng đối lập hoặc sử dụng nhiều phương pháp từ hóa cho chi tiết phức tạp.
  • Không thể kiểm tra một số kim loại, chẳng hạn như nhôm, magiê và hầu hết các loại thép không gỉ.
  • Định hướng bất liên tục với hướng từ thông phải được xem xét cụ thể.
  • Có thể cần khử từ.
  • Khả năng đánh hồ quang khi kiểm tra bằng kỹ thuật từ hóa trực tiếp.
  • Có thể tốn thời gian tùy thuộc vào kích thước bộ phận, số lượng, cấu hình, v.v.

Kết luận

Kiểm tra hạt từ tính là một phương pháp kiểm tra không phá hủy rất hiệu quả để phát hiện các điểm không liên tục bề mặt và gần bề mặt. Nó được sử dụng rộng rãi cho nhiều loại cấu trúc trong quá trình xây dựng mới và các ứng dụng trong kiểm tra bảo trì hay dịch vụ. Nói chung, kiểm tra MT nhanh chóng, chi phí thấp và là phương pháp NDE tốt để phát hiện các bất liên tục bề mặt.

Trả lời