فحص الجسيمات المغناطيسية

يُعدّ فحص الجسيمات المغناطيسية ( MPI ) عملية اختبار غير مُتلفة، حيث يُستخدم مجال مغناطيسي للكشف عن العيوب السطحية والضحلة تحت السطح في المواد المغناطيسية الحديدية. ومن أمثلة هذه المواد الحديد والنيكل والكوبالت وبعض سبائكها . تُطبّق هذه العملية مجالًا مغناطيسيًا على القطعة المراد فحصها، ويمكن مغنطتها بطريقة مباشرة أو غير مباشرة. تحدث المغنطة المباشرة عند تمرير تيار كهربائي عبر الجسم المراد فحصه، مما يُؤدي إلى تكوّن مجال مغناطيسي في المادة. وتكون خطوط المجال المغناطيسي عمودية على اتجاه التيار الكهربائي، الذي قد يكون تيارًا مترددًا (AC) أو نوعًا من التيار المستمر (DC) (تيار متردد مُقوّم). أما المغنطة غير المباشرة فتحدث عند عدم تمرير أي تيار كهربائي عبر الجسم المراد فحصه، ولكن يتم تطبيق مجال مغناطيسي من مصدر خارجي.

إن وجود انقطاع سطحي أو تحت سطحي في المادة يسمح بتسرب التدفق المغناطيسي ، لأن الهواء لا يستطيع دعم نفس القدر من المجال المغناطيسي لكل وحدة حجم مثل المعادن.

لتحديد التسرب، تُوضع جزيئات حديدية، سواء كانت جافة أو في معلق رطب، على جزء ما. تنجذب هذه الجزيئات إلى منطقة تسرب التدفق، مُشكلةً ما يُعرف بالمؤشر، الذي يُقيّم لتحديد طبيعته وسببه ومسار العمل، إن وُجد.

تُستخدم أنواع عديدة من التيارات الكهربائية في فحص الجسيمات المغناطيسية. لاختيار التيار المناسب، يجب مراعاة شكل القطعة، ومادتها، ونوع العيب المراد فحصه، ومدى اختراق المجال المغناطيسي للقطعة.

• يُستخدم التيار المتردد عادةً للكشف عن العيوب السطحية. إلا أن استخدامه للكشف عن العيوب تحت السطحية محدودٌ بسبب ما يُعرف بتأثير الجلد ، حيث يسري التيار على طول سطح القطعة. ولأن التيار يتناوب في القطبية بمعدل 50 إلى 60 دورة في الثانية، فإنه لا يخترق سطح الجسم المراد فحصه بعمق كبير. وهذا يعني أن المجالات المغناطيسية ستكون محاذية لمسافة تُساوي عمق اختراق التيار المتردد للقطعة. ويُحدد تردد التيار المتردد عمق الاختراق.
• تُستخدم تقنية التيار المستمر ذي الموجة الكاملة (FWDC) للكشف عن الانقطاعات تحت السطحية حيث لا يستطيع التيار المتردد اختراقها بعمق كافٍ لمغنطة الجزء بالعمق المطلوب. وتعتمد درجة الاختراق المغناطيسي على شدة التيار المار عبر الجزء. ^{[ 1 ]} كما أن فعالية التيار المستمر في مغنطة الأجزاء ذات المقاطع العرضية الكبيرة محدودة.
• يعمل التيار المستمر بنصف الموجة (HWDC، التيار المستمر النبضي ) بطريقة مشابهة للتيار المستمر كامل الموجة، ولكنه يسمح بالكشف عن مؤشرات اختراق السطح، ويتميز بقدرة اختراق مغناطيسي أكبر داخل القطعة مقارنةً بالتيار المستمر كامل الموجة. يُعدّ التيار المستمر بنصف الموجة مفيدًا في عمليات الفحص، حيث يُساعد فعليًا على تحريك الجسيمات المغناطيسية أثناء غمر الجسم المراد فحصه. ويعود هذا التحسن في حركة الجسيمات إلى شكل موجة التيار النبضي بنصف الموجة. في نبضة مغناطيسية نموذجية مدتها 0.5 ثانية، يتم توليد 15 نبضة تيار باستخدام التيار المستمر بنصف الموجة. وهذا يُتيح للجسيمات فرصة أكبر للتلامس مع مناطق تسرب التدفق المغناطيسي .

يُعدّ المغناطيس الكهربائي ذو التيار المتردد الطريقة المُفضّلة للكشف عن مؤشرات الاختراق السطحي. أما استخدامه للكشف عن مؤشرات ما تحت السطح فهو صعب. يُعتبر المغناطيس الكهربائي ذو التيار المتردد وسيلةً أفضل للكشف عن مؤشرات الاختراق السطحي مقارنةً بالمغناطيس الكهربائي ذي التيار المستمر عالي التردد، أو المغناطيس الكهربائي ذي التيار المستمر، أو المغناطيس الدائم، بينما يُعدّ استخدام نوعٍ ما من المغناطيس الكهربائي ذي التيار المستمر أفضل للكشف عن عيوب ما تحت السطح.

آلة فحص مغناطيسي أفقية رطبة مزودة بملف قياس قطره 36  بوصة (910  مم).

باستخدام آلة مماثلة، يقوم فني تابع للبحرية الأمريكية برش جزيئات مغناطيسية على جزء اختبار تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

تُعدّ آلة الفحص المغناطيسي الأفقي الرطب الأكثر شيوعًا في عمليات الفحص بكميات كبيرة. تتكون هذه الآلة من رأس وذيل يُوضع فيهما الجزء المراد مغنطته. ويوجد عادةً ملف حثي بين الرأس والذيل ، يُستخدم لتغيير اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية 90 درجة من اتجاه الرأس. وتُصمّم معظم هذه المعدات لتطبيقات محددة.

وحدات الطاقة المحمولة هي عبارة عن مصادر طاقة مغناطيسية مصممة خصيصًا وتستخدم في تطبيقات لف الأسلاك.

النير المغناطيسي جهاز محمول باليد يُولّد مجالًا مغناطيسيًا بين قطبين. تشمل استخداماته الشائعة الاستخدام الخارجي، والمواقع النائية، وفحص اللحام . لكن يعيبه أنه يُولّد مجالًا مغناطيسيًا بين القطبين فقط، مما يجعل عمليات الفحص واسعة النطاق باستخدامه تستغرق وقتًا طويلًا. ولإجراء فحص دقيق، يجب تدوير النير 90 درجة في كل منطقة فحص للكشف عن الانقطاعات الأفقية والرأسية. كما أن الكشف عن الطبقات تحت السطحية باستخدام النير محدود. وتستخدم هذه الأنظمة مساحيق مغناطيسية جافة أو رطبة أو بخاخات.

بعد مغنطة القطعة، يلزم إزالة مغنطتها. يتطلب ذلك معدات خاصة تعمل في الاتجاه المعاكس لمعدات المغنطة. تتم المغنطة عادةً بنبضة تيار عالية تصل إلى ذروتها بسرعة كبيرة ثم تنطفئ فورًا، تاركةً القطعة ممغنطة. لإزالة مغنطة القطعة، يجب أن يكون التيار أو المجال المغناطيسي المطلوب مساويًا أو أكبر من التيار أو المجال المغناطيسي المستخدم في مغنطة القطعة. ثم يُخفَّض التيار أو المجال المغناطيسي تدريجيًا إلى الصفر، فتصبح القطعة غير ممغنطة. من الطرق الشائعة لتسجيل المغناطيسية المتبقية استخدام مقياس غاوس. ^{[ 2 ]}

• إزالة المغناطيسية بالتيار المتردد
  • ملفات إزالة المغنطة بالتيار المتردد: كما هو موضح في الشكل على اليمين، هي أجهزة تعمل بالتيار المتردد وتولد مجالًا مغناطيسيًا عاليًا، حيث يتم سحب القطعة ببطء يدويًا أو على سير ناقل. يؤدي سحب القطعة ببطء بعيدًا عن المجال المغناطيسي للملف إلى انخفاض المجال المغناطيسي فيها. تجدر الإشارة إلى أن العديد من ملفات إزالة المغنطة بالتيار المتردد تعمل بدورة طاقة تستغرق عدة ثوانٍ، لذا يجب تمرير القطعة عبر الملف وأن تكون على بعد عدة أقدام (أمتار) قبل انتهاء دورة إزالة المغنطة، وإلا ستبقى عليها مغنطة متبقية.
  • إزالة المغنطة بالتيار المتردد المتناقص: هذه الخاصية مدمجة في معظم أجهزة فحص الجسيمات المغناطيسية أحادية الطور. خلال هذه العملية، يُعرَّض الجزء لتيار متردد مساوٍ أو أكبر، ثم يُخفَّض التيار تدريجيًا خلال فترة زمنية محددة (عادةً 18 ثانية) حتى يصل إلى الصفر. وبما أن التيار المتردد يتناوب بين قطبية موجبة وسالبة، فإن ذلك يُؤدي إلى عشوائية المجالات المغناطيسية للجزء.
  • إن تقنية إزالة المغناطيسية بالتيار المتردد لها قيود كبيرة على قدرتها على إزالة المغناطيسية من جزء ما، وذلك اعتمادًا على الشكل الهندسي والسبائك المستخدمة.
• إزالة المغناطيسية بتيار مستمر عكسي الموجة الكاملة: هذه طريقة لإزالة المغناطيسية يجب تضمينها في الآلة أثناء التصنيع. وهي مشابهة لإزالة المغناطيسية بتيار متردد متناقص، إلا أن التيار المستمر يتوقف على فترات نصف ثانية، يتم خلالها تقليل شدة التيار وعكس اتجاهه. ثم يمر التيار عبر القطعة مرة أخرى. تؤدي عملية إيقاف التيار وتقليله وعكس اتجاهه إلى توزيع عشوائي للمجالات المغناطيسية. تستمر هذه العملية حتى ينعدم مرور التيار عبر القطعة. يجب أن تكون دورة إزالة المغناطيسية بتيار مستمر عكسي في المعدات الحديثة 18 ثانية أو أكثر. طُوّرت هذه الطريقة لإزالة المغناطيسية للتغلب على القيود التي تفرضها طريقة إزالة المغناطيسية بتيار متردد، حيث تمنع هندسة القطعة وبعض السبائك تطبيق هذه الطريقة.
• إزالة المغنطة بنصف موجة التيار المستمر (HWDC): هذه العملية مطابقة لإزالة المغنطة بموجة التيار المستمر الكاملة، باستثناء أن شكل الموجة نصف موجة. تُعدّ هذه الطريقة حديثة في الصناعة، وهي متوفرة فقط من مُصنِّع واحد. طُوِّرت لتكون طريقة فعّالة من حيث التكلفة لإزالة المغنطة دون الحاجة إلى مصدر طاقة بتصميم جسر تيار مستمر كامل الموجة. توجد هذه الطريقة فقط في مصادر الطاقة أحادية الطور AC/HWDC. تُعدّ إزالة المغنطة بنصف موجة التيار المستمر فعّالة تمامًا مثل إزالة المغنطة بموجة التيار المستمر الكاملة، دون التكلفة الإضافية والتعقيد المُصاحب. بالطبع، توجد قيود أخرى بسبب الفقد الحثي عند استخدام شكل موجة HWDC على الأجزاء ذات الأقطار الكبيرة. كما أن فعالية HWDC محدودة عند استخدام مصدر طاقة 12 فولت للأقطار التي تتجاوز 410 مم (16 بوصة).

تُعد جزيئات أكسيد الحديد من الجسيمات الشائعة المستخدمة للكشف عن الشقوق ، وذلك لكل من الأنظمة الجافة والرطبة.

• يتراوح حجم الجسيمات المستخدمة في الأنظمة الرطبة من أقل من 0.5 ميكرومتر إلى 10 ميكرومترات، وذلك لاستخدامها مع الماء أو الزيت. تُطلى هذه الجسيمات بأصباغ تتألق عند 365 نانومتر ( الأشعة فوق البنفسجية أ)، مما يتطلب 1000  ميكروواط/سم² ⁽ 10 واط/م² ⁾ على سطح القطعة لإجراء الفحص الدقيق. إذا لم تُسلط الإضاءة المناسبة على الجسيمات في غرفة مظلمة، فلن يكون من الممكن رؤيتها. من الممارسات الشائعة في هذا المجال استخدام نظارات واقية للأشعة فوق البنفسجية لترشيحها وتضخيم طيف الضوء المرئي (عادةً الأخضر والأصفر) الناتج عن تألق الجسيمات. وقد تم اختيار التألق الأخضر والأصفر لأن العين البشرية تستجيب بشكل أفضل لهذين اللونين.

• تتراوح أحجام مساحيق الجسيمات الجافة بين 5 و170 ميكرومترًا، وهي مصممة لتكون مرئية في ظروف الإضاءة البيضاء. ولا يُنصح باستخدام هذه الجسيمات في البيئات الرطبة. ويتم رش المساحيق الجافة عادةً باستخدام أجهزة رش يدوية تعمل بالهواء المضغوط.
• تتشابه الجزيئات التي يتم رشها بالرذاذ مع الأنظمة الرطبة، وتباع في علب رذاذ ممزوجة مسبقًا تشبه علب مثبت الشعر.

المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO)

• ISO 3059، الاختبارات غير المدمرة - اختبار الاختراق واختبار الجسيمات المغناطيسية - شروط المشاهدة
• ISO 9934-1، الاختبارات غير المتلفة - اختبار الجسيمات المغناطيسية - الجزء 1: المبادئ العامة
• ISO 9934-2، الاختبارات غير المتلفة - اختبار الجسيمات المغناطيسية - الجزء 2: وسائط الكشف
• ISO 9934-3، الاختبارات غير المتلفة - اختبار الجسيمات المغناطيسية - الجزء 3: المعدات
• المعيار الدولي ISO 10893-5، الاختبارات غير المتلفة لأنابيب الصلب. فحص الجسيمات المغناطيسية لأنابيب الصلب المغناطيسية غير الملحومة والملحومة للكشف عن عيوب السطح.
• ISO 17638، الاختبار غير المتلف للحامات - اختبار الجسيمات المغناطيسية
• المعيار الدولي ISO 23278، الاختبارات غير المتلفة للحامات - اختبار الجسيمات المغناطيسية للحامات - مستويات القبول

اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي (CEN)

• المعيار الأوروبي EN 1330-7، الاختبارات غير المتلفة - المصطلحات - الجزء 7: المصطلحات المستخدمة في اختبار الجسيمات المغناطيسية
• EN 1369، التأسيس - فحص الجسيمات المغناطيسية
• المعيار الأوروبي EN 10228-1، الاختبار غير المتلف للمطروقات الفولاذية - الجزء 1: فحص الجسيمات المغناطيسية

الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)

• دليل ASTM E709 لاختبار الجسيمات المغناطيسية (المعيار الرئيسي)
• الممارسة القياسية ASTM E1444/E1444M لاختبار الجسيمات المغناطيسية في مجال الطيران والفضاء
• طريقة اختبار ASTM A275/A275M لفحص الجسيمات المغناطيسية للمطروقات الفولاذية
• مواصفات ASTM A456 لفحص الجسيمات المغناطيسية لقطع أعمدة المرفق الكبيرة المطروقة
• مواصفات معيار الممارسة ASTM E543 للوكالات التقييمية التي تجري اختبارات غير مدمرة
• مصطلحات ASTM E1316 للفحوصات غير المتلفة
• دليل معيار ASTM E2297 لاستخدام مصادر وأجهزة قياس الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي المستخدمة في طرق اختراق السوائل والجسيمات المغناطيسية

رابطة المعايير الكندية (CSA)

• CSA W59

جمعية مهندسي السيارات (SAE)

• مركبة فحص الجسيمات المغناطيسية AMS 2641
• جسيمات مغناطيسية AMS 3040، غير متألقة، طريقة جافة
• جسيمات مغناطيسية AMS 3041، غير متألقة، طريقة رطبة، زيت ناقل، جاهزة للاستخدام
• جزيئات مغناطيسية AMS 3042، غير متألقة، طريقة رطبة، مسحوق جاف
• جسيمات مغناطيسية AMS 3043، غير متألقة، طريقة رطبة، ناقل زيتي، معبأة في عبوة بخاخ
• AMS 3044 جسيمات مغناطيسية، فلورية، طريقة رطبة، مسحوق جاف
• جسيمات مغناطيسية AMS 3045، فلورية، طريقة رطبة، زيت ناقل، جاهزة للاستخدام
• AMS 3046 جسيمات مغناطيسية، فلورية، طريقة رطبة، ناقل زيتي، معبأة في عبوة بخاخ 5
• فولاذ AMS 5062، قضبان منخفضة الكربون، مشغولات مطروقة، أنابيب، صفائح، شرائح، وألواح، نسبة كربون 0.25 كحد أقصى
• AMS 5355 مصبوبات الاستثمار
• عملية فحص AMS I-83387، المطاط المغناطيسي
• معيار AMS-STD-2175: المسبوكات، وتصنيفها، وفحصها. معيار AS 4792: عوامل معالجة المياه لفحص الجسيمات المغناطيسية المائية. معيار AS 5282: معيار حلقات فولاذ الأدوات لفحص الجسيمات المغناطيسية. معيار AS5371: المعايير المرجعية: حشوات مشقوقة لفحص الجسيمات المغناطيسية.

المعيار العسكري الأمريكي

• AA-59230 سائل، فحص الجسيمات المغناطيسية، معلق

• فيديو عن فحص الجسيمات المغناطيسية ، جامعة كارلسروه للعلوم التطبيقية