Magnetoscopia (MT)

CARATTERISTICHE DEL METODO

Il controllo non distruttivo per mezzo di particelle magnetiche è un metodo per la localizzazione di discontinuità superficiali e sub-superficiali in materiali ferromagnetici.
Il test si basa sul fatto che quando l'oggetto da testare è magnetizzato, le discontinuità che si trovano in un senso generalmente trasversale al campo magnetico determinano una deviazione delle linee di flusso del campo magnetico stesso.
Se il difetto poi affiora in superficie, parte delle linee di flusso del campo magnetico vengono disperse oltre la superficie stessa. Per evidenziare il difetto sarà sufficiente spruzzare le superfici con adatte sospensioni di polveri ferromagnetiche, colorate o fluorescenti. Le particelle si concentreranno allineandosi lungo le linee di flusso del campo magnetico, formando un "profilo" della discontinuità che generalmente ne indica la posizione, la dimensione, la forma e l'estensione. Le particelle così concentrate sulla difettosità saranno rese visibili mediante illuminazione con una lampada di Wood. 
Figura 1A - Magnete a ferro di cavallo su barra ferromagneticaFigura 1A - Magnete a ferro di cavallo
su barra ferromagnetica
Figura 1A - Magnete a ferro di cavallo
su barra ferromagnetica
CAMPO MAGNETICO

Se prendiamo un magnete a ferro di cavallo, con le estremità quadrate, ben regolari, e lo appoggiamo su una barra di materiale magnetico, facendo in modo che le estremità del magnete aderiscano perfettamente alla barra (senza discontinuità) in modo da formare un circuito chiuso, le linee di flusso del campo magnetico attraverseranno il materiale magnetico dal polo Nord verso il polo Sud (figura 1A).
Non esistendo alcun polo esterno, le linee magnetiche di forza saranno trattenute all'interno del "circuito chiuso ad anello". Limature di ferro o altre particelle magnetiche che si trovino sul complesso, non sono saranno attratte al magnete anche se ci sono linee di forza magnetica che lo attraversano.
Figura 1BFigura 1B
Figura 1B
Se un'estremità del magnete a ferro di cavallo non è regolare e crea quindi una discontinuità fra quell'estremità del magnete ed il materiale magnetico, i poli attrarranno i materiali magnetici disposti nelle vicinanze. Le particelle magnetiche aderiranno ai poli e colmeranno la lacuna fra loro, come indicato nella figura 1b. Ogni cricca radiale presente in un particolare magnetizzato circolarmente genererà un polo Nord ed un polo Sud ai bordi della cricca. Le particelle magnetiche saranno attratte ai poli generati dalla cricca, formando un'indicazione della discontinuità del materiale.
I campi che si creano in corrispondenza delle discontinuità vengono detti "fughe di campo". La "forza" delle fughe di campo determina il numero delle particelle magnetiche che saranno attratte e che daranno origine all'indicazione di difettosità rendendone le dimensioni proporzionali alle dimensioni del difetto rilevato. 


Figura 2A - Barra magnetizzata e rotta in due pezziFigura 2A - Barra magnetizzata e rotta in due pezzi
Figura 2A - Barra magnetizzata e rotta in due pezzi
Una barra di materiale ferromagnetico presenta un polo ad ogni estremità. Le linee di forza del campo magnetico scorrono attraverso la barra dal polo Sud in direzione del polo Nord. Siccome le linee di forza magnetiche corrono nel senso della lunghezza della barra, si dice che la barra è magnetizzata longitudinalmente ovvero che contiene un campo magnetico longitudinale.
Se la barra viene rotta in due pezzi (figura 2A), tra i due pezzi si crea una fuga di campo magnetico, caratterizzata anch'essa dalla presenza dei poli Sud e Nord. 
Figura 2B - Spezzoni ravvicinatiFigura 2B - Spezzoni ravvicinati
Figura 2B - Spezzoni ravvicinati
Questa fuga di campo persiste anche se i due spezzoni di barra vengono riavvicinati (figura 2B).
Figura 2C - Fuga di campo in corrispondenza di una criccaFigura 2C - Fuga di campo in corrispondenza di una cricca
Figura 2C - Fuga di campo in corrispondenza di una cricca
Ancora, se la barra di materiale ferromagnetico è "criccata" ma non rotta completamente in due, accade comunque qualcosa di simile. Agli opposti bordi della cricca si formano un polo Nord ed un polo Sud (figura 2C). E' proprio questo campo che attrae le particelle magnetiche che determinano il "profilo" della cricca. Ovviamente la forza di questi poli sarà differente da quella dei poli ottenuti nel caso della barra completamente rotta e sarà in funzione della profondità e della larghezza della cricca in superficie.
I materiali non ferromagnetici non possono essere controllati mediante questo metodo. Quindi non risultano controllabili con questo metodo: leghe di alluminio, leghe di magnesio, rame e le sue leghe, titanio e le sue leghe, acciai inossidabili austenitici. 

Corrente di magnetizzazione
Per la magnetizzazione si può ricorrere sia alla corrente continua che alla corrente alternata. La differenza principale è che il campo magnetico generato dalla corrente continua, generalmente penetra nella sezione trasversale del materiale mentre i campi generati dalla corrente alternata rimangono confinati sulla superficie del materiale con un effetto che è conosciuto come effetto pelle. Quindi la corrente alternata non dovrebbe essere utilizzata nella ricerca di difettosità sub-superficiali.

Magnetizzazione circolare
Il passaggio di corrente elettica all'interno di un conduttore rettilineo, ad esempio una barra od un filo, determina un campo magnetico intorno al conduttore; se questo è costituito da un materiale ferromagnetico il campo magnetico interessa anche il conduttore. Un particolare magnetizzato in tale modo si dice che ha un campo circolare o che è stato magnetizzato circolarmente (figura 3A).
Figura 3A
Magnetizzazione longitudinale
La corrente elettrica può essere utilizzata anche per creare, in materiali magnetici, campi longitudinali. Quando la corrente viene fatta passare attraverso una bobina, si genera un campo magnetico longitudinale nello spazio posto all'interno della bobina (figura 3B). 
Figura 3B
Rilevabilità delle difettosità
Per dare un'indicazione, il campo magnetico deve incontrare la discontinuità con un angolo sufficientemente grande da causare la distorsione localizzata delle linee di forza del campo magnetico: i migliori risultati si ottengono quando questo angolo è di 90°. Per questo dimensione, forma e direzione della discontinuità sono molto importanti.

La figura 4A esemplifica la condizione in cui la corrente, passando attraverso il particolare, determina un campo magnetico circolare intorno allo stesso. In tali condizioni una discontinuità come quella indicata con la lettera A non verrebbe rilevata in quanto di forma regolare e giacente in direzione parallela a quella del campo magnetico. Se la discontinuità, pur giacendo parallelamente al campo magnetico, ha forma irregolare (come quella indicata con la lettera B) ci sono buone probabilità che venga evidenziate una, debole, indicazione.
Quando le direzione predominante della discontinuità è a 45°, come nel caso di C, D ed E, le condizioni sono più favorevoli e dipendono comunque dalla forma e dalla dimensione della discontinuità. Come già accennato le indicazioni poste a 90° rispetto alla direzione del campo magnetico sono quelle che forniscono le indicazioni più evidenti (F, G ed H).
Figura 4A - Magnetizzazione circolare
La figura 4B mostra invece una barra che è stata magnetizzata longitudinalmente. Le discontinuità L, M ed N che sono poste a cira 45° rispetto alla direzione del campo magnetico, produrranno le stesse indicazioni che avrebbero prodotto con un campo magnetico circolare. Le discontinuità J e K produrranno delle marcate indicazioni mentre, probabilmente le discontinuità P, Q ed R non saranno rilevate. 
Figura 4B - Magnetizzazione Longitudinale
PARTICELLE MAGNETICHE (POLVERI)
Per il controllo magnetico possono essere utilizzati due tipi di polvere:
  • secche
  • umide
Queste polveri, a loro volta possono essere
  • colorate
  • fluorescenti
Caratteristica essenziale delle polveri magnetiche è quella di avere un'alta permeabilità magnetica ed una basso magnetismo residuo; in pratica vuol dire che si magnetizzano molto facilmente e nel momento in cui termina l'azione magnetica si distaccano dalla parte magnetizzata.
Le polveri magnetiche inoltre devono presentare, sulla superficie in esame, un adeguato contrasto; per questo motivo vengono colorate con colori piuttosto vivaci.

Rivelatori a secco
La polvere a secco deve avere una granulometria compresa fra 50 e 300 micron.
Questa polvere deve essere usata preferibilmente per i controlli in piano, su superfici non lavorate.
Nel caso in cui il contrasto tra polvere e pezzo in esame non fosse sufficiente, si deve spruzzare un leggero strato di vernice bianca.

Rivelatori in sospensione liquida
I rivelatori in sospensione umida, hanno la caratteristica di avere le particelle magnetiche diluite in un liquido a base di idrocarburi alifatici, che funge da mezzo di trasporto delle particelle.
Il rivelatore fluorescente viene utilizzato con il magnetoscopio bancale, mentre il rivelatore a polvere nera, contenuta in bomboletta spray, viene utilizzato nei test condotti con l'ausilio del giogo magnetico.
La granulometria delle particelle in sospensione liquida deve essere compresa tra 0,5 e 35 micron. L'applicazione avviene mediante spruzzo, cercando di coprire tutta la zona in esame.
Ampolla calibrata ASTMAmpolla calibrata ASTM
Ampolla calibrata ASTM
Concentrazione delle particelle
La concentrazione per le particelle colorate deve essere compresa tra 1,2 % e 2,4 % del volume di liquido mentre, per quanto riguarda le particelle fluorescenti, la concentrazione deve essere compresa fra 0,1 % e 0,5% del volume del liquido.
Nel caso di utilizzo periodico dell'apparecchiatura, questa concentrazione deve essere controllata  prima di iniziare un esame mentre nel caso di utilizzo continuo il controllo deve essere effettuato ogni otto ore.
Il controllo della determinazione della concentrazione delle particelle nella sospensione, viene eseguita mediante una provetta, all'interno della quale 100 ml di soluzione vengono lasciati decantare per circa 30 minuti, dopo questo periodo di tempo le particelle depositate devono segnare da 0,05 a 0,1 ml.
Nel caso in cui le particelle decantate siano inferiori a quanto richiesto, occorrerà aggiungere altra polvere mentre, nel caso contrario, occorrerà aggiungere altro liquido
PREPARAZIONE DELLE SUPERFICI
Le superfici da esaminare devono essere pulite ed asciutte, esenti da polvere, scorie, spruzzi di saldatura, grasso o qualsiasi altra cosa che potrebbe falsare il risultato dell'esame.
Per la pulizia si possono usare sgrassanti, spazzole, solventi o altro.
Nel caso di superfici irregolari  è necessario molare  tutto quello che  può mascherare le indicazioni di discontinuità.

APPLICAZIONE DELLE PARTICELLE MAGNETICHE
Possono essere utilizzati tre tipi di particelle magnetiche:
  1. a secco
  2. ad umido
  3. bombolette spray
I paragrafi successivi descrivono i metodi di applicazione.

Metodo a secco
Il metodo a secco consiste nell'applicare con un soffietto le particelle in polvere; questa operazione deve essere effettuata durante il passaggio di corrente e interrotta prima della fine del passaggio.
Anche la rimozione della polvere in eccesso viene effettuata, prima di staccare la corrente, con leggero soffio d'aria.
La valutazione delle indicazioni deve essere eseguito durante il ciclo di magnetizzazione e durante la rimozione della polvere in eccesso.

Metodo a umido
Il liquido, contenente le particelle magnetiche, viene spruzzato sulla superficie da esaminare, prima e durante il passaggio di corrente.
E' importante che l'impulso di corrente sia sufficientemente lungo, per permettere alle particelle di muoversi attraverso il liquido.
Con questo metodo, la valutazione delle eventuali indicazioni deve essere eseguito durante o dopo il ciclo di magnetizzazione.

Metodo con le bombolette spray
Questo è il metodo più utilizzato perché rapido e comodo dato che si utilizzano delle bombolette spray con le particelle magnetiche in soluzione già pronte per l'uso.
Prima dell'utilizzo la bomboletta deve essere agitata con cura in modo da omogeneizzare le particelle nel contenitore.
Il liquido deve essere spruzzato omogeneamente durante la magnetizzazione sulla superficie da esaminare.
La valutazione delle eventuali indicazioni, deve essere eseguito dopo il ciclo di magnetizzazione.
Esecuzione tecnica particelle magnetiche
Risultato prova
VANTAGGI
Il metodo con particelle magnetiche è un mezzo sensibile per la localizzazione, in materiali ferromagnetici, di cricche piccole e poco profonde. Le indicazioni di difettosità possono essere prodotte da cricche aventi dimensioni tali da essere visibili ad occhio nudo, tuttavia non verranno evidenziate cricche talmente larghe da impedire alle particelle da disporsi "a ponte" sulle due estremità della discontinuità.
In diversi casi vengono evidenziate anche quelle discontinuità del materiale che si trovano "sottopelle" senza affiorare in superficie.

LIMITI
Il metodo presenta alcune limitazioni che l'operatore deve assolutamente tenere presenti.
Per esempio sottili film di vernice, o altre coperture non magnetiche, come le placcature, riducono sensibilmente l'efficacia del metodo, fino ad invalidarlo completamente. Altre limitazioni:
  • il metodo è applicabile unicamente ai materiali ferromagnetici
  • per ottenere buoni risultati il campo magnetico deve essere sviluppato in una direzione che intercetti il piano principale della discontinuità con un angolo corretto. Questo significa che a volte sono necessarie due o tre ispezioni in sequenza, effettuate con differenti magnetizzazioni.
  • Dopo l'esame è spesso indispensabile eseguira la smagnetizzazione dei pezzi.
  • Dopo l'esame è spesso richiesta la pulizia dei pezzi per rimuovere i residui di polvere e di soluzione portante (acqua od olio).
  • Bisogna prestare attenzione ad evitare, su particolari finiti, "riscaldamenti" localizzati e "bruciature" che si possono determinare nel punto di contatto elettrico.
  • Sebbene le indicazioni di difettosità evidenziate dalle particelle magnetiche siano facilmente visibili, non è da trascurare la necessità di far ricorso a personale specializzato (certificato al 2° livello) e con adeguata esperienza.
APPLICAZIONI
Le più frequenti applicazioni industriali riguardano
  • il controllo finale di prodotto
  • il controllo in accettazione
  • il controllo in linea tra lavorazioni successive
  • indagini nel settore della manutenzione di macchine ed impianti
Nei controlli effettuati durante il processo di produzione lo scopo è quello di rilevare il prima possibile, nella catena delle lavorazioni, eventuali imperfezioni (discontinuità) del materiale. Ad esempio il controllo viene frequentemente applicato ai pezzi in uscita dal processo di trattamento termico.

Esperienze
  • Verifica saldature su recipienti a pressione in acciaio al carbonio.
  • Verifica su strutture di carpenteria, prodotti finiti e verifiche in fase di assemblaggio.
  • Indagini su stato di carroponti, giunzioni saldate e componenti meccanici   
  • Varie tipologie di componenti meccanici di varie forme e dimensioni.

NORME DI RIFERIMENTO

UNI EN 1290:2003
Controllo non distruttivo delle saldature - Controllo magnetoscopico con particelle magnetiche delle saldature

ASME V art.7 1995
Magnetic particle examination

UNI 8930:1987
Prove non distruttive. Controllo magnetoscopico con particelle magnetiche. Tecniche di magnetizzazione, parametri relativi e caratterizzazione delle apparecchiature magnetoscopiche.

UNI EN 1291:2003
Controllo non distruttivo delle saldature - Controllo magnetoscopico con particelle magnetiche delle saldature - Livelli di accettabilità

UNI 8375:1982
Prove non distruttive. Classi di irradiamento e valutazione dell' efficienza globale degli apparecchi di illuminazione a luce nera. Metodo diretto.

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