Reproductibilitatea fabricarii pulberilor magnetice pentru examinarea fisurilor

1. Introducere

Controlul nedistructiv al fisurilor cu pulberi magnetice este una dintre cele mai vechi metode de control nedistructiv (CND). Se aplică la multe produse, dar în primul rând în industria de automobile. Dacă s-a stabilit pentru o anumită piesă sensibilitatea necesară, atunci în primul rând trebuie să se şi realizeze la fiecare bucată examinată, sensibilitatea stabilită.

Asigurarea reproductibilităţii rezultatelor examinării fisurilor cu pulberi magnetice, este de importanţă deosebită mai ales la controlul pieselor care asigură siguranţa produsului controlat. Pentru aceasta trebuie să se asigure:

- funcţionarea ireproşabilă a fiecărui echipament de magnetizare

- constanţa condiăiilor de examinare (de ex. după ISO/FDIS 3059)

- personal instruit (EN 473)

- calitatea uniformă a pulberilor folosite pentru examinarea fisurilor

 

2. Clasificarea pulberilor magnetice pentru examinarea fisurilor

Clasificarea diferitelor pulberi magnetice pentru examinarea fisurilor se face dupăă criterii de realizarea contrastului şi a metodei de aplicare. Există următoarele pulberi magnetice pentru control:

- Fluorescentă ( la lumină ultravioletă UV)

- Ne fluorescentă (la lumina zilei)

- Fluorescentă la lumina zilei şi la lumină UV

La examinarea staţionară de serie de ex. la piese forjate, se utilizează preponderent pulberi magnetice fluorescente (I). La examinarea în exterior se utilizează pulberi nefluorescente (II) sau pulberi fluorescente la lumina zilei şi la lumina UV (III), deoarece astfel nu este necesară camuflarea locului de examinare, ca la utilizarea pulberilor fluorescente la lumina UV (I). 

Pulberile magnetice după clasificarea în funcţie de contrast se subclasifică după procedeul de aplicare astfel:

- pulberi pentru examinare uscata

- pulberi pentru examinare umedă

Pulberile uscate se aplică utilizând ca mediu de portanţă aerul. Se utilizează din ce în ce mai rar datorită dificultăţilor de aplicare şi a granulaţiei mari (cca. 20 µm la 300 µm) de ex. la controlul semifabricatelor unde se doreşte indicarea numai a fisurilor mari.

Datorită creşterii pretenţiilor de sensibilitate se utilizează în prezent preponderent pulberi în suspensii lichide. În acest caz se pot utiliza pulberi magnetice cu granulaţia de 1 µm şi astfel posibilitatea punerii în evidenţă a fisurilor fine este mult mai bună. Mediile de suport sunt apa sau petrolul. În prezent apa este preferată ca mediu de suport, deoarece este: mai ieftină decât petrolul, necesită pentru evacuare cheltuieli mai mici sau deloc, nu arde, nu miroase şi nu provoacă reacţii alergice personalului de control. Petrolul se utilizează numai atunci când este specificat ca obligatoriu în procedura de control, sau dacă se controlează piese extrem de sensibile la coroziune.

Pentru a asigura reproductibilitatea sensibilităţii de control, pulberile în suspensii lichide nu se mai prepară de utilizatori, din pulbere magnetică, apă, aditivi pentru umectare şi pentru protecţie la coroziune. Se utilizează:

- pulberi în suspensie preparate pentru utilizare

- concentrate de pulberi în suspensie

Pulberile în suspensie preparate pentru utilizare, se folosesc sub formă de sprayuri (cu aerosoli) de obicei pe şantiere pentru examinare vizuală. Utilizatorul nu poate influenţa în nici un fel compoziţia soluţiei pentru control.

La utilizarea concentratelor cu pulberi magnetice în suspensie (apă sau petrol), utilizatorul trebuie doar să le dilueze conform instrucţiunilor de preparare. Aceasta este în prezent cea mai utilizată metodă la controlul produselor în serie, deoarece posibilităţile de a face greşeli la prepararea soluţie cu pulberi magnetice în suspensie sunt reduse la minim şi prin variaţia proporţiei de diluare se poate adapta sensibilitatea de indicare la sarcina concretă de control.

 

3. Condiţii de recepţie pentru concentrate în apă cu pulberi magnetice fluorescente în suspensie utilizate la examinarea fisurilor 

Producătorii de pulberi magnetice pentru examinarea fisurilor, trebuie să fie capabili să asigure indicarea uniformă a fisurilor cu produsele lor. Aceasta se prezintă la exemplul “criteriile de recepţie finală” a unui suspensii în apă de pulberi magnetice fluorescente pentru examinarea fisurilor (sub forma unui concentrat).

Toate rezultatele controlului final sunt documentate în certificatul de recepţie care însoţeşte fiecare livrare. Este vorba de un document în concordană² cu DIN ISO 9001 cu înregistrări calitative efectuate şi verificate de personal calificat. Conţine pentru început identificarea exactă a produsului: se indică denumirea produsului, data de fabricaţie şi numărul şarjei, ca cea mai importantă indicaţie pentru identificarea istoriei fabricaţiei produsului.  Sub formă de tabel se prezintă fiecare criteriu de recepţie cu valoarea constatată şi valoarea prescrisă.

Acceptarea produsului pentru livrare se face explicit prin semnătura pe protocolul de recepţie a persoanei autorizate pentru aceasta. Trebuie să fie realizate integral următoarele criterii de recepţie:

3.1 Coeficientul de fluorescenţă după DIN 54 132

Luminozitatea fluorescenţei unei pulberi magnetice are o influenţă foarte mare asupra sensibilităţii de indicare. Caracteristica “fluorescent” se poate quantifica cu ajutorul modului de măsurare a coeficientului ß[cd/W] din fig. 1. Este definit ca relaţia dintre densitatea luminoasă L [cd/cm²] a unei suprafeţe plane iluminată cu lumină ultravioletă cu puterea de iluminare  Ec [W/m²]. Proba cercetată se iluminează uniform cu lumină ultravioletă sub un unghi de 45°. Lumina fluorescentă emisă de pulbere se determină cu un aparat de măsurare a densităţii luminoase. Pulberea de control inspectată aici are un coeficient de fluorescenţă ß tipic de 2,0 (cd/W] şi poate fi utilizată pentru examinarea celor mai fine fisuri.

În ideea  unei calităţi uniforme a produsului este interesant să se urmărească variaţiile care apar în decursul anilor. În fig. 2. se prezintă coeficientul de fluorescenţă ß [cd/W], măsurat pentru fiecare şarjă în parte cu data fabricaţiei. Calitatea fluorescentă a produsului poate avea variaţii în timp. Prin întroducerea şi menţinerea criteriilor de recepţie se asigură un produs definit care se menţine ani de zile.

  

 Fig. 1 Modul de măsurare pentru determinarea coeficientului de fluorescenţă

3.2 Testul la coroziune conform DIN 51 360 partea 2

Una din cele mai importante caracteristici de utilizabilitate ale pulberilor magnetice în suspensie în apă pentru examinarea fisurilor, este acţiunea de protecţie la coroziune a suprafeţelor controlate. Scopul protecţiei la coroziune este împiedecarea apariţăiei ruginii în timpul procesului de examinare şi scurt timp după. Deoarece soluţia cu pulbere în suspensie în apă, permite numai utilizarea de substanţe de protecţie la coroziune solubile în apă, protecţia la coroziune va fi întodeauna numai temporară. O protecţie la coroziune pe o perioadă lungă nu se poate realiza astfel. În funcţie de condiţiile de depozitare, în cazurile cele mai favorabile se realizează 6 săptămăni de protecţie în hală şi mai mult, în cazuri nefavorabile (de ex. mediu înconjurător umed, concentraţie mică a mediului de control) se realizează o protecţie de numai căteva ore sau zile.  DIN 51 360 partea 2  “Determinarea caracteristicilor de protecţie la coroziune a lubrifianţilor amestecaţi cu apă pentru răcire”  descrie o metodă simplă de laborator pentru determinarea caracteristicilor de protecţie la coroziune. Pe hârtie de filtru rotundă se aşează span din fontă cenuşie. Aceasta se umezeşte cu soluţia testată şi după 2 ore se evaluează eventualele pete de rugină pe hârta de filtru. În fig. 3. Se prezintă rezultatele obţinute pentru 3 concentraţii. Cerinţa pentru un mediu de control al fisurilor este ca la concentraţia de 5 % (diluţie cu apă la 1:20) să nu se observe pete de rugină.

Fig. 2.  Variaţii în timp ale capacităţii fluorescente a pulberilor magnetice

Fig. 3 Test de coroziune conform DIN 51 360 partea 2

3.3   Concentraţia pulberii magnetice / volumul decantărilor conform AMS 3044/ASTM D 96

Concentraţia pulberii magnetice a unei suspensii de pulbere magnetică proaspăt preparată pentru controlul fisurilor, se poate determina prin măsurarea volumului de sedimentare într-un tub de depunere centrifugală conform ASTM D 96. În AMS 3044 şi 3045 se prevede o concentraţie de minim 0,19 g/l şi maximum de 1,3 g/l. de pulberea magnetică fluorescentă. Aceste concentraţii duc în tubul de sedimentare conform ASTM D 96 la volume depuse de 0,1 si maxim de 0,4 ml / 100 ml.

Această metodă de determinare a concentraţiei pulberii nu este foarte exactă (Fig. 4) şi se poate aplica numai la soluţii pentru control proaspăt preparate şi  nefolosite. Nu este bună pentru supravegherea mediului de control în timpul controlului, deoarece întodeauna datorită impurificării soluţiei de control (cu ţuder, materiale de sablare, materiale de tratare a suprafeţei) indică eronat concen-traţii prea mari. £ ţineţi seama şi de faptul că valorile maxime şi minime admise la determinarea volumului de sedimentare au un factor de 4, iar la concentraţia admisă este chiar un factor de 6,8. La un câmp de toleranţă aşa de mare, se pune întrebarea dacă are rost să se determine concentraţia. Totuşi această metodă de determinare a concentraţiei pulberii magnetice este răspândită în întreaga lume în diverse specificaţii de aplicare a examinării fisurilor cu pulberi magnetice şi s-a constituit într-un standard internaţional.

Fig. 4   Determinarea concentraţiei pulberii magnetice conform: AMS 3044 /  ASTM D 96

3.4 Valoarea pH-ului

Valoarea pH-ului este definită ca logaritmul zecimal negativ al concentraţiei de H⁺ . El reprezintă deci o indicaţie privind concentraţia. Valori mici ale pH-ului (de la 0 la 7) caracterizează soluţii acide şi conţin o concentraţie ridicată de ioni de hidrogen, pe când valori mari ale pH-ului (de la 7 la 14) caracterizează soluţii alcaline şi conţin o concentraţie scăzută de ioni de Hidrogen. O valoare a pH –ului de exact 7 caracterizează o soluţie neutră, deci nici acidă şi nici alcalină.

Valoarea pH-ului unei soluäii cu pulberi magnetice în suspensie pentru examinarea fisurilor, trebuie să fie în domeniul alcalin (pH > 7), deoarece în caz contrar nu există protecţie anticorosivă. Dacă valoarea pH-ului este peste 9, se îmbunătăţeşte acţiunea anticorosivă, dar apar din ce în ce mai multe iritaţii pe pielea controlorilor. Din această cauză în multe proceduri de control coordonatoare (de ex. în DBL 6785.00) s-a stabilit că se pot utiliza numai soluţii pentru control la care valoarea pH-ului este sub 9.

 

3.5 Tensiunea superficială

Tensiunea superficială se măsoară, deoarece permite caracterizarea umectabilităţii soluţiei cu pulberi magnetice în suspensie pentru examinarea fisurilor. Fisura poate fi indicată numai acolo unde piesa de controlat a fost udată cu soluţia cu pulbere magnetică în suspensie. Dacă sunt suprafeţe cu pete de ulei, apar probleme de umectare, care împiedică o indicare sigură a fisurilor.

Apa curată cu o tensiune superficială  de 72 [mN/m], umectează slab suprafeţele metalice.   Această valoare se reduce la jumătate prin utilizarea unor substanţe active pe suprafaţa de umectat (aditive pentru umectare, Tenside, detergenţi, emulgatori, antispumanţi). Tensiunea superficială a soluţiilor de control cu pulberi magnetice uzuale pe piaţă, se situează în jur de 30 [mN/m], şi cu această valoare se umectează foarte bine suprafeţele metalice.

3.6 Comportarea soluţiei cu pulbere magnetică la formarea spumei

Această caracteristică este importantă deoarece formarea spumei pe suprafaţa de controlat împiedică foarte mult examinarea fisurilor. Aprecierea comportării soluţiei faţă de formarea spumei este dificilă. Aceasta rezultă şi din diferitele procedee normate pentru determinarea spumei. Rezultatele diferă în funcţie de modul de producere al spumei. Noi preferă²m o metodă internă simplă şi reproductibilă pentru aprecierea comportării soluţiei cu pulbere magnetică în suspensie la formarea spumei.

Într-un cilindru gradat de 100 ml se introduc 50 ml din soluţia de testat, se astupă cu un dop şi se agită puternic cu mâna timp de  15 s . Apoi se citeşte înălţimea coloanei de spumă formată (în ml). Un alt criteriu poate să fie viteza de dispariţie a spumei. În fig. 5 se prezintă rezultatul obţinut pentru o soluţie de control cu pulberi magnetice, imediat după terminarea agitării soluţiei şi apoi după o aşteptare de 15 s.

Fig. 5  Determinarea comportării unei soluţii cu pulbere magnetică la formarea spumei

3.7 Densitatea 

Densitatea unei soluţii cu pulberi magnetice în suspensie nu are nici o importanţă pentru aplicarea ei la controlul fisurilor.  Se utilizează totuşi ca criteriu pentru recepţie din mai multe motive:

 - este o mărime uşor de măsurat

-densitatea trebuie să fie identică (într-un câmp de toleranţe) la toate şarjele. Abaterile semnalizează defecţiuni în procesul de fabricaţie.

Valoarea absolută a densităţii este determinată de conţinutul de aditiv anticorosiv în soluţia concentrată. Abaterile indică o dozare inexactă a aditivului de protecţie la coroziune.

3.8 Fiabilitatea în exploatare

La controlul producţiei de serie, soluţia de control cu pulberi magnetice în suspensie se recirculă şi se colectează în rezervoare de 40 l la 80 l. Aici soluţia este pusă în mişcare continuă cu pompe, pentru a împiedeca o decantare a pulberii magnetice pe fundul rezervorului. La intervale programate soluţia se aplică prin pulverizare pe suprafaţa pieselor de controlat. La acest mod de lucru pulberea magnetică este supusă la o solicitare hidromecanică.  Se  poate ajunge la o separare dintre materialul magnetic de bază şi pigmentul fluorescent şi capacitatea de indicare a băii cu soluţia de control se reduce continu. Este de înţeles cădurata de utilizare a soluţiei de control, pe lângă pierderile prin aderenţa pe suprafaţa pieselor, este determinată de rezistenţa pulberii la aceste solicitări hidromecanic

Această caracteristică se determină cu o probă de control de durată, conform DBL 6785.00 într-un rezervor pentru soluţia de control. Capacitatea de indicare a soluţiei de control cu pulbere magnetică se verifică cu un bloc de testare MTU  şi se documentează fotografic. Cerinţa este ca după mai mult de 100 de ore de recirculare continuă cu o pompă, să nu se observe nici o scădere a sensibilităţii indicaţiei pe blocul de control MTU. În fig. 6 se prezintă imaginea fisurilor  pe blocul de control MTU după 5 minute şi 100 de ore.  O fiabilitate suficient de mare este o condiţie necesară² pentru asigurarea reproductibilităţii rezultatelor de control.

Fig. 6 Fiabilitatea în exploatare a unei soluţii de control cu  pulbere magnetică în suspensie

4. Concluzii 

O multitudine de factori influenţează rezultatul examinării fisurilor cu pulbere magnetică. Fiecare practician ştie că nu este trivial să se facă un control al fisurilor cu pulbere magnetică întodeauna cu aceaşi sensibilitate, după un interval de câteva luni sau chiar ani. Dacă dorim să realizăm acest lucru, este de o deosebită importanţă calitatea constantă a soluţiei de control cu pulbere magnetică, pentru reproductibilitatea rezultatelor controlului. Sarcina producătorilor de materiale de control pentru examinarea fisurilor cu pulberi magnetice, este să asigure pe cât posibil o capacitate constantă de indicare a produselor lor. Aceasta este posibil şi după ani de zile, dacă caracteristicile produsului sunt stabilite prin introducerea unor criterii de recepţie relevante, cu valori şi cu toleranţe definite.

 

Autori Dr. W.A.K.Deutsch, Dr. R.Wagner, Dr. W. Weber

Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH & Co.KG, Wuppertal