فحص الجسيمات المغناطيسية بعد تصلب الحث: متى تكون هناك حاجة إليها وما الذي يمكن اكتشافه?

اكتشاف الشقوق السطحية والقريبة من السطح في الأجزاء الفولاذية المقوية بالتحريض

قد يفي العمود الفولاذي بصلابة السطح المحددة وعمق العلبة ولكنه لا يزال يحتوي على صدع. تخبرنا قياسات الصلابة عن الحالة المتصلبة في مواقع مختارة, وليس ما إذا كان السطح خاليًا من الانقطاعات.

فحص الجسيمات المغناطيسية (MPI), المعروف أيضًا باسم اختبار الجسيمات المغناطيسية (طن متري), يوفر طريقة للتحقق من الانقطاعات السطحية والقريبة من السطح في المواد المغناطيسية. يتم استخدامه على المكونات المناسبة المقوية بالحث عندما يشكل اكتشاف الشقوق جزءًا من متطلبات الفحص.

MPI ليس إلزاميًا لكل جزء متصلب, ولا يمكنها الكشف عن كل أنواع الكراك. فائدتها تعتمد على المادة, شروط الفحص والعيوب التي يهدف الفحص إلى اكتشافها.

1. لماذا يلزم فحص الجسيمات المغناطيسية بعد التصلب بالحث?

تصلب الحث يعرض قطعة العمل إلى السرعة, التغيرات في درجات الحرارة المحلية. أثناء التسخين والتبريد, التوسع الحراري, يؤدي الانكماش والتحولات الطورية إلى إنتاج ضغوط داخل المادة.

حيث الجمع بين الحالة المادية, هندسة المكونات وظروف العملية غير مواتية, قد يحدث تكسير. أكتاف, الأخاديد, شرائح وتغييرات مفاجئة في القسم يمكن أن تكون حساسة بشكل خاص بسبب تركيزات الإجهاد المحلية والاختلافات في سلوك التدفئة أو التبريد.

لا يؤدي حدوث صدع بالضرورة إلى انخفاض ملموس في الصلابة في موقع الفحص. وبالتالي يمكن للمكون أن يلبي متطلبات الصلابة الخاصة به بينما يفشل في متطلبات منفصلة لسلامة السطح.

هذا هو السبب الرئيسي وراء ضرورة النظر في فحص الشقوق بشكل مستقل عن قياسات الصلابة وعمق الهيكل.

كما نوقش في كيفية فحص الأجزاء المقواة بالتحريض, تتضمن الحالة الصلبة النهائية عدة خصائص جودة مختلفة. ولا يوجد قياس واحد يغطي كل منهم.

يعتمد ما إذا كانت MPI مطلوبة على المكون بدلاً من عملية التصلب وحدها. قد يكون لعمود النقل المحمل بشكل كبير متطلبات محددة لفحص الشقوق, في حين قد يتم قبول مكون آخر مقوى بالحث باستخدام خطة فحص مختلفة.

الرسم الهندسي, يجب أن تحدد مواصفات العميل أو معيار المنتج المطبق الحاجة إلى الاختبار ومعايير القبول.

2. ما الذي يمكن أن يكتشفه MPI في الأجزاء المتصلبة بالتحريض؟?

MPI هي في المقام الأول طريقة للعثور على الانقطاعات السطحية. في ظل ظروف مناسبة, ويمكنه أيضًا الكشف عن بعض الانقطاعات الموجودة أسفل السطح مباشرة.

تتناقص حساسيتها للعيوب تحت السطح مع العمق, كما هو موضح في ايزو 9934-1:2016 - اختبار الجسيمات المغناطيسية: المبادئ العامة.

الشقوق السطحية

تعد الشقوق السطحية أحد الأسباب الرئيسية لاستخدام MPI على الفولاذ المقوى بالحث.

صدع بالقرب من الكتف, قد يكون من الصعب رؤية الأخدود أو الانتقال المتصلب أثناء الفحص البصري العادي. إذا كان الانقطاع ينتج عنه تسرب تدفق مغناطيسي كافٍ في ظل ظروف الفحص المحددة, يمكن للجزيئات المغناطيسية أن تشكل إشارة مرئية على طولها.

يمكن أن تكشف الطريقة عن الموقع والمدى الواضح للإشارة, لكنها لا تحدد كيفية تشكل الصدع.

وجود عيوب مادية مسبقة

ليس كل انقطاع يتم العثور عليه بعد التصلب ينشأ من عملية المعالجة الحرارية.

متصل بالسطح لفات تزوير, قد تكون الطبقات وانقطاعات المواد الأخرى موجودة بالفعل قبل التسخين التعريفي. يصبح بعضها أكثر وضوحًا بعد المعالجة الآلية أو المعالجة الحرارية.

قد يكشف MPI عن هذه العيوب, على الرغم من أنه قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من الفحص لتحديد طبيعتها.

يعد هذا التمييز مهمًا عندما تقوم الشركة المصنعة بالتحقق من العيوب التي تم اكتشافها لأول مرة أثناء الفحص النهائي. إن المرحلة التي يتم فيها اكتشاف الصدع ليست بالضرورة هي المرحلة التي تطور فيها.

طحن الشقوق

يعد الطحن مصدرًا محتملاً آخر لتلف السطح.

في بعض الأحيان يتم طحن المكونات المقواة بالحث لتحقيق أبعادها النهائية أو تشطيب سطحها. يمكن أن تساهم الحرارة المحلية المفرطة أثناء الطحن في تشقق السطح.

قد يكشف MPI الذي يتم إجراؤه بعد الطحن عن مثل هذه الشقوق عندما تكون طريقة الفحص متاحة. تفتيش سابق, حتى لو مرضية, لا يمكن إثبات أن الطحن اللاحق لم يسبب أي ضرر.

وماذا عن الشقوق الداخلية?

لا تعد MPI التقليدية طريقة موثوقة للعثور على الشقوق الداخلية العميقة.

قد يتم اكتشاف بعض الانقطاعات القريبة من السطح, لكن النتيجة تعتمد على عمقها, توجيه, المادة وتقنية المغنطة.

حيث يكون التشقق الداخلي مصدر قلق, قد تكون هناك حاجة إلى طريقة تفتيش مختلفة.

ثم يقوم المعالجة الحرارية شرط التشقق الداخلي المستعرض للأعمدة المتصلبة بالحث يصف تحقيقات معينة في تكسير العمود والتي تم فيها استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية لتحديد نقاط الانقطاع الداخلية.

توضح هذه الحالات أهمية مطابقة طريقة الفحص مع موقع الخلل المتوقع.

لا ينبغي تفسير نتيجة MPI المرضية كدليل على أن المقطع العرضي بأكمله خالي من الشقوق.

3. كيف يعمل MPI, وما يؤثر على موثوقية الكشف?

يعتمد MPI على تسرب التدفق المغناطيسي.

قطعة العمل ممغنطة, ويتم تطبيق الجزيئات المغناطيسية على سطحه. يمكن أن يؤدي الانقطاع الذي يقطع المجال المغناطيسي إلى إنتاج مجال تسرب محلي, جذب الجزيئات وإنشاء إشارة مرئية.

يمكن تطبيق الجسيمات كمسحوق جاف أو في معلق سائل. يمكن أن يستخدم الفحص جزيئات مرئية أو فلورية, اعتمادا على الإجراء المحدد.

ثم يقوم الجمعية الأمريكية للاختبارات غير المدمرة (ASNT) ويقدم لمحة عامة عن الطريقة وتطبيقاتها.

على الرغم من أن المبدأ واضح ومباشر, يتطلب الكشف الموثوق خصائص مادية مناسبة, ظروف المغنطة والتفتيش.

ملاءمة المواد

يعمل MPI على المواد المغناطيسية. يتم استخدام العديد من الفولاذ الكربوني والسبائك المنخفضة في الأعمدة المقواة بالحث, تقع التروس والأجزاء الميكانيكية الأخرى ضمن هذه الفئة.

بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ, بما في ذلك العديد من درجات الحديد والمارتنسيت, هي أيضا مغناطيسية. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدي, لكن, تكون بشكل عام غير مغناطيسية وليست مناسبة عادةً لـ MPI القياسي.

التمييز مهم لأن المصطلح الفولاذ وحده لا يحدد ما إذا كان اختبار الجسيمات المغناطيسية مناسبًا.

للمواد غير المغناطيسية, قد يكون اختبار اختراق السائل بديلاً عندما يكون الهدف هو اكتشاف الانقطاعات في كسر السطح وتسمح حالة السطح باستخدامه.

اتجاه المجال المغناطيسي

اتجاه الكراك له تأثير كبير على الكشف.

ينتج عن الانقطاع عمومًا استجابة أقوى يمكن اكتشافها عندما يعبرها المجال المغناطيسي المطبق بزاوية كبيرة. إذا كان المجال يسير بشكل موازٍ تقريبًا لشق ضيق, قد تكون الإشارة ضعيفة أو غائبة.

على مكونات أسطوانية, تُستخدم المغنطة الدائرية بشكل شائع للكشف عن الانقطاعات الطولية. يتم استخدام المغنطة الطولية للمساعدة في اكتشاف الانقطاعات العرضية.

حيث قد تحدث الشقوق في اتجاهات مختلفة, قد يتطلب إجراء الفحص أكثر من اتجاه مغنطة واحد.

وهذا هو السبب العملي الذي يجعل مجرد مغنطة العمود مرة واحدة لا يوفر بالضرورة تغطية كافية.

ثم يقوم المعهد البريطاني للاختبارات غير المدمرة يناقش العلاقة بين اتجاه المجال المغناطيسي واكتشاف الانقطاع.

حالة السطح والهندسة

يمكن أن تتأثر حساسية الفحص بالمقياس, التلوث, الطلاءات غير المناسبة وخشونة السطح المفرطة.

شكل المكون مهم أيضًا. طرق رئيسية, ثقوب, تغير الأكتاف والتغيرات المفاجئة في القسم المجال المغناطيسي المحلي وقد تنتج مؤشرات لا علاقة لها بالشقوق.

يمكن أن يكون للتغيرات في الخصائص المغناطيسية داخل قطعة العمل تأثير مماثل.

بالتالي, يتطلب تراكم الجسيمات عند التحول الهندسي تفسيرًا. وموقعه وحده لا يثبت وجود عيب مادي.

يجب أن يتحكم إجراء الفحص أيضًا في طريقة المغنطة, قوة المجال, وسط الجسيمات وظروف المشاهدة. الفلورسنت MPI, على سبيل المثال, يتطلب الإضاءة المناسبة للأشعة فوق البنفسجية وظروف المراقبة.

هذه ليست إعدادات قابلة للتبديل. ويتم اختيارهم والتحقق منهم لإجراء الفحص.

4. متى يجب تنفيذ MPI بعد تصلب الحث?

تعتمد مرحلة الفحص المناسبة على وقت وجود الشقوق ذات الصلة أو ظهورها أثناء التصنيع.

MPI بعد التبريد يمكن أن يكشف عن انقطاعات السطح الموجودة في تلك المرحلة. إذا التخطيط الحراري هو جزء من تسلسل المعالجة الحرارية المحدد, قد يتم بدلاً من ذلك جدولة الفحص بعد التقسية لفحص الحالة المعالجة حرارياً المكتملة.

يمكن أن تؤدي العمليات الإضافية إلى تغيير ما يجب فحصه. طحن, على سبيل المثال, قد يؤدي إلى ظهور شقوق سطحية كانت غائبة أثناء الاختبار السابق. حيث يكون تلف الطحن مصدر قلق, قد تكون هناك حاجة إلى MPI بعد الانتهاء.

يحتاج توقيت الفحص أيضًا إلى مراعاة التشقق المتأخر عندما يكون ذلك خطرًا معقولاً. إن النتيجة المرضية مباشرة بعد التبريد لا تمنع ظهور صدع أو إمكانية اكتشافه لاحقًا, على الرغم من عدم وجود فترة انتظار عامة تنطبق على جميع أنواع الفولاذ المقسى بالتحريض.

ويجب أن تحدد خطة التفتيش المعتمدة المرحلة, التغطية, معايير التردد والقبول. قد يكون هناك ما يبرر الاختبار على عدة مراحل لبعض المكونات, ولكن يجب أن تتبع مخاطر التصنيع ومتطلبات الجودة بدلاً من جدول فحص ثابت مطبق على كل جزء.

5. كيف ينبغي تفسير مؤشرات الجسيمات المغناطيسية?

إن العثور على مؤشر جسيم مغناطيسي ليس مثل تأكيد وجود صدع.

قد تتراكم الجسيمات المغناطيسية بسبب انقطاع المادة, تغيير محلي في الظروف المغناطيسية أو تأثير متعلق بالتفتيش. ويجب على المفتش التمييز بين هذه الاحتمالات قبل تقييم المكون مقابل متطلبات القبول الخاصة به.

في مصطلحات MPI, يتم تصنيف المؤشرات بشكل عام على أنها ذات صلة, غير ذات صلة أو زائفة.

المؤشرات ذات الصلة ترتبط بانقطاعات المواد مثل الشقوق, طبقات أو لفات. أنها تتطلب التقييم وفقا لمعايير القبول المعمول بها.

مؤشرات غير ذات صلة تنتج عن اضطرابات المجال المغناطيسي التي لا تنتج عن انقطاع المواد التي تتطلب التقييم. قد تظهر بالقرب من تغييرات القسم, الثقوب أو غيرها من الميزات الهندسية.

مؤشرات زائفة هي تراكمات جسيمية لا علاقة لها بحقول التسرب الناتجة عن انقطاع المواد, تنشأ في بعض الأحيان من التلوث أو ظروف التفتيش.

إرشادات TWI بشأن مؤشرات الجسيمات المغناطيسية يشرح هذه الفروق.

هل يمكن لـ MPI تحديد أصل الكراك?

ليس بمفرده.

يمكن أن يمثل المؤشر الخطي الذي تم العثور عليه بعد التصلب بالحث صدعًا مرويًا, عيب تزوير موجود مسبقًا أو ضرر حدث أثناء عملية لاحقة.

توجهها, قد يوفر الموقع والمظهر أدلة مفيدة, لكن تحديد المنشأ قد يتطلب فحص المعادن ومراجعة عمليات التصنيع السابقة.

تمت تغطية التمييز بين آليات التكسير شق التبريد مقابل. شق التشكيل: كيفية معرفة الفرق.

عندما يتم العثور على إشارة, موقعها, الأبعاد, وينبغي تسجيل التوجيه والتوزيع وتقييمهما بموجب الإجراء المعتمد. قد تكون هناك حاجة لفحص إضافي إذا ظلت طبيعته غير مؤكدة.

لا تعد إزالة الإشارة المشبوهة عن طريق الطحن إجراءً تصحيحيًا مقبولًا تلقائيًا. يجب أن تأخذ أي إعادة صياغة في الاعتبار حدود الأبعاد, الطبقة الصلبة المحددة ومتطلبات القبول ذات الصلة.

كيف يتم تحديد القبول?

يحدد معيار طريقة الفحص كيفية إجراء الاختبار. ولا يحدد بالضرورة المؤشرات المقبولة لمكون معين.

ASTM E3024/E3024M — الممارسة القياسية لاختبار الجسيمات المغناطيسية للصناعة العامة يوفر متطلبات تطبيق MPI في التطبيقات الصناعية العامة.

ايزو 9934-1 ويتناول بالمثل المبادئ العامة لاختبار الجسيمات المغناطيسية.

ولا ينبغي التعامل مع أي منهما باعتباره مواصفة عالمية لقبول التشققات لكل جزء مقوى بالحث.

الرسم الحاكم, يجب أن تحدد مواصفات المنتج أو معيار القبول المتفق عليه الحدود المطبقة. إن الإشارة التي تتطلب مزيدًا من التحقيق لا تعتبر جزءًا مرفوضًا تلقائيًا, تمامًا كما أن فحص MPI المكتمل لا يثبت القبول تلقائيًا.

6. ما الذي تحدده MPI - وما الذي لا يزال يتطلب فحصًا آخر?

يوفر MPI معلومات حول الانقطاعات السطحية والقريبة من السطح التي يمكن اكتشافها. ولا يقيس صلابة أو عمق المنطقة المتصلبة.

تتطلب خصائص الجودة هذه أساليب مختلفة.

طريقة التفتيش	الغرض الرئيسي
اختبار الصلابة	التحقق من الصلابة في مواقع محددة
اختبار عمق الحالة	تحديد عمق الحالة المتصلبة المحددة
فحص الجسيمات المغناطيسية	كشف وتقييم الانقطاعات السطحية والقريبة من السطح المناسبة
اختبار بالموجات فوق الصوتية	التحقيق في بعض الانقطاعات الداخلية حيث يتم تطبيق تقنية الموجات فوق الصوتية المناسبة

قد يجتاز أحد المكونات اختبار الصلابة وعمق الحالة ولكنه يفشل في MPI بسبب وجود صدع غير مقبول. والعكس ممكن أيضا: لا يمكن العثور على أي مؤشرات للجسيمات المغناطيسية المرفوضة على الرغم من أن الحالة المتصلبة لا تلبي المواصفات.

يمكن لنتائج MPI أن تدعم التحقيق في جودة المواد, المعالجة الحرارية أو عمليات التصنيع اللاحقة. لا يفعلون ذلك, بمفردهم, تحديد حالة العملية التي تسببت في حدوث صدع.

وبالمثل, إن نتيجة MPI المرضية لا تثبت قوة الحث, وقت التسخين, تحديد المواقع لفائف أو ظروف التبريد تم التحكم فيها بشكل صحيح.

يكون فحص الجسيمات المغناطيسية مفيدًا للغاية عندما يكون هدف الفحص محددًا بوضوح. يجب أن تكون المادة مناسبة, يجب أن تغطي التقنية الانقطاعات المتوقعة, ويجب تقييم النتيجة وفقًا لمتطلبات قبول المكون.

للأجزاء الفولاذية المقواة بالحث, يمكن لـ MPI تقديم أدلة مهمة حول سلامة السطح. حدودها لا تقل أهمية: ولا يمكنها استبعاد الشقوق الداخلية العميقة بشكل موثوق, تحديد أصل الكراك من خلال الإشارة وحدها أو استبدال الصلابة والتحقق من عمق الحالة.

يجب أن تعكس خطة الفحص تلك الحدود بدلاً من توقع طريقة واحدة لتحديد الحالة الكاملة للمكون النهائي.

الوجبات الجاهزة الرئيسية

يكشف فحص الجسيمات المغناطيسية عن الانقطاعات السطحية والقريبة من السطح في الأجزاء المغناطيسية - الشقوق المكسرة للسطح, عيوب المواد الموجودة مسبقًا والشقوق الطاحنة - لكن حساسيتها للعيوب تحت السطح تنخفض مع العمق.

لا يقيس الصلابة أو عمق الحالة, لا يمكن استبعاد الشقوق الداخلية العميقة بشكل موثوق, ولا يمكن تحديد أصل الكراك من إشارة وحدها.

يكون MPI مفيدًا للغاية عندما يتم تحديد هدف التفتيش بوضوح: يجب أن تكون المادة مناسبة, يجب أن تغطي المغنطة الانقطاعات المتوقعة, ويجب تقييم النتيجة وفقًا لمتطلبات قبول المكون.

الأسئلة المتداولة

هل فحص الجسيمات المغناطيسية مطلوب بعد كل عملية تصلب بالحث؟?

لا.

MPI ليس إلزاميًا لكل جزء متصلب. ما إذا كان مطلوبًا يعتمد على المكون, شروط الخدمة ومتطلبات فحص الشقوق في الرسم الهندسي, مواصفات العميل أو معيار المنتج المطبق.

قد يتطلب عمود النقل عالي التحميل MPI, في حين قد يتم قبول مكون آخر مقوى بالحث باستخدام خطة فحص مختلفة.

يمكن لفحص الجسيمات المغناطيسية اكتشاف الشقوق الداخلية?

ليس بشكل موثوق.

يستهدف MPI الانقطاعات وكسر السطح, في ظل ظروف مناسبة, بعض العيوب القريبة من السطح. وتتناقص حساسيتها مع العمق.

عادةً ما تتطلب الشقوق الداخلية العميقة طريقة مختلفة, مثل تقنية الاختبار بالموجات فوق الصوتية المناسبة. لا ينبغي قراءة نتيجة MPI المرضية كدليل على أن المقطع العرضي بأكمله خالي من الشقوق.

هل يعمل فحص الجسيمات المغناطيسية على الفولاذ المقاوم للصدأ؟?

ذلك يعتمد على الصف.

العديد من الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد والمارتنسيت هي مغناطيسية حديدية ويمكن فحصها بشكل عام بواسطة MPI. عادةً ما يكون الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدي غير مغنطيسيًا ولا يكون مناسبًا عادةً لـ MPI القياسي.

للمواد غير المغناطيسية, قد يكون اختبار اختراق السائل بديلاً للانقطاعات السطحية.

هل يمكن لفحص الجسيمات المغناطيسية أن يخبرني عن سبب الشق؟?

لا.

يكشف MPI عن الموقع والمدى الواضح للإشارة, لكنها لا تحدد كيفية تشكل الصدع.

يمكن أن يكون المؤشر الخطي الذي تم العثور عليه بعد التصلب هو صدع التبريد, عيب تزوير موجود مسبقًا أو تلف من عملية لاحقة. قد يتطلب تحديد المنشأ إجراء فحص ميتالوغرافي ومراجعة خطوات التصنيع السابقة.