تست ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Testing – MPT) یکی از روشهای بازرسی غیرمخرب (NDT) است که برای تشخیص ترک‌ها و ناپیوستگی‌های سطحی و نیمه‌سطحی در مواد فرومغناطیسی مانند فولاد و آهن استفاده می‌شود. این روش با استفاده از خاصیت مغناطیسی مواد، توانایی شناسایی عیوبی را دارد که به چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند.
این روش NDT اغلب جهت ردیابی عیوب سطحی در فلزات فرومغناطیس مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش عیوب زیر سطحی نیز قابل تشخیص هستند ولی معمولاً تفسیر آنها بسیار مشکل می‌باشد. عیوب زیر سطحی اغلب توسط سایر روشهای NDT قابل تشخیص و ارزیابی هستند. ناپیوستگی‌های سطحی در یک قطعه مغناطیسی شده، یک آهنربای موضعی ایجاد نموده و ذرات پودر آهن را به سمت خود جذب می‌کنند. در اثر تجمع ذرات مغناطیسی در محل ناپیوستگی یک نشانه قابل رویت در آن محل ایجاد می‌گردد.
با وجود چندین روش متنوع آزمایش ذرات مغناطیسی، اصول تست در تمام روش‌ها یکسان می‌باشد. تمام این آزمایشات از طریق ایجاد میدان مغناطیسی در قطعه کار و اعمال ذرات مغناطیسی به سطح آن انجام می‌شوند.
شکل زیر ، خطوط میدان مغناطیسی را در اطراف یک آهنربا نشان می‌دهد. مطابق شکل، جهت خطوط فلاکس مغناطیسی از قطب N به قطب S می‌باشد . این خطوط با یکدیگر موازی بوده و هیچگاه یکدیگر را قطع نمی‌کنند. شدت میدان مغناطیسی در داخل آهنربا بیشترین مقدار و با دور شدن از آهنربا، از شدت آن کاسته می‌شود.
زمانی که یک آهنربا از وسط نصف شود در هریک از قطعات به دست آمده یک قطب شمال و یک قطب جنوب خواهیم داشت. اما اگر قطعه ای دارای ترک باشد و به طور کامل به ۲ قسمت تقسیم نشده باشد، یک قطب شمال و یک قطب جنوب در اطراف ترک خواهیم داشت و جهت میدان مغناطیسی از سمت قطب شمال مغناطیسی به سمت قطب جنوب مغناطیسی خواهد بود. وجود چنین ترکی سبب پراکنده شدن میدان مغناطیسی(نشت میدان) می‌شود، چرا که هوا توانایی تحمل میدان مغناطیسی در واحد حجم را همانند آهنربا ندارد. در نتیجه اگر مقداری از ذرات با خاصیت مغناطیسی (مانند پودر آهن خالص) بر روی قطعه پاشیده شود، این ذرات در محل نشت میدان مغناطیسی جمع می‌شوند و بدین گونه محل عیب شناسایی می‌شود.
نحوه کار آزمون
هنگامی که یک ماده فرومغناطیس تحت میدان مغناطیسی قرار می گیرد مغناطیسی شده و ناپیوستگی‌ها و عیوبی که خطوط میدان مغناطیسی را به صورت عرضی قطع می‌کنند، سبب ایجاد یک نشت میدان اطراف خود می‌شود. هنگامی که ذرات بسیار ریز از پودر فرومغناطیس بر روی سطح پاشیده می‌شوند، مقداری از این ذرات به دلیل نشتی میدان به وجود آمده ناشی از عیوب دور هم تجمع می‌کنند. تجمع این ذرات نشان دهنده‌ی موقعیت عیب است. ضمن اینکه شکل و مقدار ناپیوستگی نیز مشخص می‌شود.
در تست جوش mt، ابتدا قطعات مورد بازرسی مغناطیسی شده و سپس پودر مغناطیسی بر روی سطح اعمال می‌گردد. الگوی بوجود آمده از پودر مغناطیسی آزمایش شده و نهایتا میدان مغناطیسی از روی قطعه برداشته می‌شود. تست جوش mt یک روش حساس و دقیق برای مواد فرومغناطیس، برای شناسایی ترک‌های ریز و کم عمق در روی سطح است.
ذرات مغناطیس کننده بسیار ریز بوده و به منظور سهولت مشاهده آنها روی قطعه به صورت رنگی ساخته می‌شوند. رنگ این مواد اغلب خاکستری، سفید، قرمز، زرد، آبی و یا مشکی است. در آزمایش ذرات مغناطیسی به این مواد، ذرات مرئی گفته می‌شود. یعنی علائم این مواد، زیر نور مرئی قابل مشاهده هستند. ذرات مغناطیسی ممکن است آغشته به مواد فلوئورسنت نیز باشند که در این صورت علائم زیر نور ماوراءبنفش قابل مشاهده خواهند بود. حساسیت بازرسی با ذرات فلوئورسنت بیشتر از ذرات مرئی است. نحوه اعمال ذرات مغناطیسی روی قطعه به دو صورت است:
- به صورت پودر خشک
- به صورت معلق در آب یا نفت
هر دو روش مزایا و محدودیت هایی دارند، ولی روش تر فلوئورسنت تر از حساسیت بیشتری برخوردار است.
یکی از مشکلاتی که در تست MT وجود دارد، این است که اگر بازشدگی ترک‌های سطحی زیاد باشد، امکان پل زدن ذرات مغناطیسی بر روی دهانه‌ی ترک وجود داشته و در نهایت ممکن است الگویی از تجمع ذرات مغناطیسی تشکیل نشود. همچنین هرچه ناپیوستگی موجود در قطعه عمیق‌تر باشد، نشانه بوجود آمده ناشی از آن نیز وضوح کمتری خواهد داشت.
هیچ محدودیتی بر روی اندازه و شکل نمونه مورد بازرسی وجود ندارد فقط باید توجه داشت که قطعات غیر مغناطیسی قابلیت بازرسی به این روش را ندارند. در تست MT نیاز زیادی به تمیزکاری اولیه نیست چرا که ترک‌هایی که با مواد خارجی پر شده‌اند نیز قابل شناسایی‌اند.
جریان مغناطیسی کننده
استفاده از هر دو جریان مستقیم (DC) و متناوب (AC) برای مغناطیسی کردن قطعات در تست MT مناسب است. قدرت، جهت و توزیع میدان های مغناطیسی به مقدار زیادی وابسته به جریانی است که سبب مغناطیسی کردن می شود. در بازرسی ذرات مغناطیسی، میدانی که به وسیله جریان مستقیم تولید می‌شود، در داخل قطعه نفوذ میکند. در حالی که میدان تولید شده به وسیله جریان متناوب به روی سطح یا نزدیک سطح قطعه محدود بوده که از آن بعنوان «اثر سطحی» یاد می‌شود. بنابراین در تست ذرات مغناطیسی، از جریان متناوب برای شناسایی ناپیوستگی‌های زیرسطحی استفاده نمی‌شود. جریان متناوب یکسو شده مناسب‌ترین منبع برای جریان مستقیم است. این جریان ها بصورت سه فاز و تک فاز و معمولا دارای فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز هستند.
تجهیزات قابل حمل تست MT به همراه منبع قدرت کم وزن می‌توانند به راحتی به مکان های مورد نظر برای بازرسی برده شوند. این تجهیزات قابل حمل برای استفاده از ولتاژهای متناوب ۱۱۵، ۲۳۰ یا ۴۴۰ ولت و فراهم نمودن خروجی جریان متناوب مغناطیس کننده ۷۵۰ تا ۱۵۰۰ آمپر طراحی شده اند.
میدان مغناطیسی به وجود آمده در تست ذرات مغناطیسی بر دو نوع است:
طولی: زمانی که جهت میدان مغناطیسی در راستای محور قطعه باشد.
حلقوی: چنانچه جهت میدان مغناطیسی عمود بر محور قطعه باشد.
دستگاه یوک
به منظور تولید جریان مغناطیسی طولی می‌توان از یوک استفاده نمود. یوک یک آهنربای الکتریکی است که از یک هسته مغناطیسی و یک سیم پیچ که دور آن پیچیده شده، تشکیل شده است. زمانی که جریان از سیم پیچ عبور میکند، یک میدان مغناطیسی خطی بین پایه های یوک ایجاد می نماید. 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 به دست می آید.
پس از انجام تست ذرات مغناطیسی MT ، لازم است کــه قطعه مغناطیس زدایی شود و چرا که مغناطیسی بودن ماده مشکلات عدیده مانند اختلال در سیستم الکترونیکی ، عدم برداشت براده از روی سطح و … ایجاد میکند .
بصورت کلـــی دو روش برای مغناطیس زدایی پیشنهاد شده است .
۱) بالا بردن دمای قطعه ، تا دمای بازیابی مجدد حوزه‌های مغناطیسی که این روش بعلت احتمال آزاد شدن تنش پسماند و ایجاد اعوجاج در قطعه توصیـــه نمی‌شود .
۲) استفاده از جریان الکتریستـــه در مخالفت با جریان اولیــه، با این کار میدان مغناطیسی در جهت مخالف میدان مغناطیسی اولیـــه به وجود می‌آید و سبب حذف خاصیت آهنربایی قطعه می‌شود .
- مزایای روش :
سرعت بالا
هزینه پایین
حساسیت کم شرایط سطحی قطعه ( امکان تست روی یک لایه نازک رنگ نیز وجود دارد.)
امکان انجام تست روی سطوح داغ با استفاده از پودر خشک
امکان استفاده از روش های قابل حمل مانند یوک با جریان AC
حساسیت بالا به عیوب سطحی و زیر سطحی
قابلیت انجام در محل بدون نیاز به برش یا نمونه‌برداری از قطعه
هزینه‌های نسبتاً پایین نسبت به سایر روشهای غیرمخرب
عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و قابل حمل بودن دستگاه‌های مورد نیاز
- محدودیت‌های روش:
امکان بازرسی فقط جهت فلزات مغناطیس شونده میسر می‌باشد.
اغلب قطعات نیاز به مغناطیس زدایی پس از انجام آزمایش دارند.
به جریان برق نیاز می‌باشد.
این روش فقط برای مواد فرومغناطیسی (مانند فولاد و آهن) کاربرد دارد و برای مواد غیرمغناطیسی مانند آلومینیوم یا مس قابل استفاده نیست.
این روش برای تشخیص عیوب عمیق در قطعات کارایی ندارد و محدود به شناسایی عیوب سطحی یا نزدیک به سطح است.
برای مشاهده دقیق‌تر نتایج، ممکن است نیاز به نور فرابنفش و استفاده از مواد فلوئورسنت باشد که این موضوع در شرایط نوری ضعیف ممکن است چالش‌برانگیز باشد.
استانداردهای انجام تست
استاندارد انجام تست ASTM و ASME SECTION V و استانداردهای حد پذیرش ASME SECTION VIII و AWS D1.1 می باشد. لازم به ذکر است استانداردهای ISO مربوطه نیز می‌تواند به کار گرفته شود.
در خصوص هزینه تست جوش MT نیز می‌توان گفت هزینه انجام آن نسبت به روشهای دیگر مانند UT و RTI پایین‌تر است. به کمک این روش فقط می‌توان عیوب سطحی و زیر سطحی را آشکار کرد و نمی‌توان عیوب عمقی را ارزیابی کرد.
کاربرد تست
تست ذرات مغناطیسی در بسیاری از صنایع به عنوان یکی از اصلی‌ترین روشهای بازرسی غیرمخرب به‌کار می‌رود. این روش به‌ویژه در صنایعی که نیاز به کنترل کیفیت بالا و شناسایی عیوب سطحی دارند، بسیار مؤثر است. در ادامه، به برخی از نقش‌های مهم این روش در صنایع مختلف اشاره می‌شود:
صنعت نفت و گاز: در صنعت نفت و گاز، تجهیزات تحت فشار مانند لوله‌ها، مخازن و اتصالات جوشی نیاز به بررسی دقیق دارند. ترک‌ها و شکستگی‌های سطحی در این تجهیزات می‌توانند به نشت مواد خطرناک و در نهایت به حوادث فاجعه‌بار منجر شوند. تست ذرات مغناطیسی به‌طور گسترده برای بازرسی جوش‌ها و شناسایی عیوب سطحی در این تجهیزات استفاده می‌شود.
صنعت هوافضا: در صنعت هوافضا، اطمینان از سلامت ساختاری قطعات و جلوگیری از هر گونه نقص سطحی که ممکن است به خرابی منجر شود، اهمیت بالایی دارد. تست ذرات مغناطیسی به عنوان یکی از روشهای کلیدی در بازرسی پره‌های توربین، قطعات فلزی بدنه هواپیما و قطعات موتور به‌کار می‌رود.
صنعت خودروسازی: در تولید قطعات خودرو، به‌ویژه قطعاتی که تحت بارهای زیاد قرار دارند مانند قطعات موتور و شاسی، هر گونه نقص سطحی می‌تواند به شکست زودهنگام منجر شود. تست ذرات مغناطیسی به‌طور گسترده در کنترل کیفیت قطعات خودرویی به‌کار می‌رود تا از ایمنی و دوام آنها اطمینان حاصل شود.
صنعت ساخت و ساز: در پروژه‌های ساخت و ساز، به‌ویژه در سازه‌های فلزی مانند پل‌ها و ساختمان‌های بلند، تست ذرات مغناطیسی برای بررسی جوش‌ها و اتصالات فلزی استفاده می‌شود تا از ایمنی و دوام سازه‌ها اطمینان حاصل شود.
