Badania magnetyczno-proszkowe (MT)

Metoda polega na namagnesowaniu badanego elementu i naniesieniu na niego proszku magnetycznego. W miejscu występowania nieciągłości powstaje pole rozproszenia, które przyciąga cząstki i tworzy widoczne wskazanie wady.

Dzięki wysokiej czułości i kontrastowi wskazań możliwe jest wykrycie wad, które są niewidoczne gołym okiem przy zwykłej kontroli wizualnej.

Badanie MT warto wybrać wszędzie tam, gdzie badany element jest wykonany ze stali węglowej lub niskostopowej, a spodziewane niezgodności mają charakter powierzchniowy — szczególnie pęknięcia zmęczeniowe powstające podczas eksploatacji. Metoda sprawdza się przy przeglądach okresowych osprzętu dźwigowego, kontroli złączy spawanych konstrukcji nośnych oraz odbiorach odkuwek i odlewów staliwnych.

Przewagą MT nad innymi metodami powierzchniowymi jest szybkość: wskazanie pojawia się w ciągu kilkunastu sekund od namagnesowania, bez oczekiwania na czas wnikania, obróbkę chemiczną czy przetwarzanie danych. Przy dużej liczbie elementów do sprawdzenia przekłada się to bezpośrednio na czas i koszt inspekcji.

Badanie MT bardzo dobrze ujawnia liniowe nieciągłości powierzchniowe: pęknięcia zmęczeniowe, niezgodności spawalnicze, rysy po szlifowaniu, zakucia, zawalcowania oraz niektóre nieciągłości podpowierzchniowe zlokalizowane na niewielkiej głębokości. Metoda bardzo dobrze sprawdza się w przypadku wykrywania pęknięć powstałych na etapie eksploatacji.

Istotna uwaga praktyczna: wykrywalność zależy od orientacji nieciągłości względem kierunku pola magnetycznego. Wskazanie jest najwyraźniejsze, gdy nieciągłość przebiega prostopadle do linii pola — a najsłabsze, gdy jest do nich równoległa. Z tego powodu badanie prowadzi się zawsze w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach magnesowania.

Osobnym zagadnieniem są wskazania pozorne. Zmiany geometrii elementu, granice materiałów o różnej przenikalności magnetycznej czy pozostałości po obróbce mechanicznej mogą generować wskazania niezwiązane z realną nieciągłością. Ich odróżnienie od wskazań istotnych wymaga doświadczenia operatora i znajomości historii wykonania elementu.

Tak, metoda działa wyłącznie na materiałach ferromagnetycznych (np. stale węglowe, niskostopowe). MT nie nadaje się do stosowania na materiałach niemagnetycznych, takich jak aluminium, stale austenityczne, miedź, tytan czy nikiel. W takim przypadku należy zastosować metodę badań penetracyjnych (PT).

Warto doprecyzować pojęcie „stali nierdzewnej”, bo nie jest to jedna kategoria pod względem magnetycznym. Stale austenityczne (np. 304, 316) nie są ferromagnetyczne i badania MT na nich nie zadziałają. Natomiast stale ferrytyczne (np. 430) i martenzytyczne (np. 410, 420) są ferromagnetyczne i nadają się do badania metodą MT.

Przy zamawianiu badania elementów ze stali nierdzewnej warto więc podać konkretny gatunek, a nie samą nazwę grupy — od tego zależy, czy metoda w ogóle będzie miała zastosowanie.

Po drugie, żeliwo stanowi przypadek graniczny. Formalnie jest ferromagnetyczne, ale obecność grafitu w strukturze generuje liczne wskazania pozorne, co znacznie utrudnia jednoznaczną interpretację wyniku. Przy odlewach żeliwnych warto rozważyć inną metodę lub uwzględnić to ograniczenie w procedurze badania.

Badania magnetyczno-proszkowe są najbardziej czułe na nieciągłości wychodzące na powierzchnie oraz płytkie nieciągłości podpowierzchniowe. W przypadku głębszych niezgodności konieczne jest zastosowanie metod objętościowych, takich jak UT lub RT. Z tego powodu badania MT traktuje się tylko jako metodę powierzchniową.

W praktyce zasięg podpowierzchniowy metody jest niewielki i silnie zależy od parametrów magnesowania, wielkości nieciągłości oraz przenikalności magnetycznej materiału. Im głębiej położona nieciągłość, tym słabsze pole rozproszenia dociera do powierzchni — a przy pewnej głębokości przestaje ono wystarczać do przyciągnięcia cząstek proszku.

Z tego powodu MT nigdy nie jest traktowane jako substytut badania objętościowego. Przy elementach o wysokiej odpowiedzialności konstrukcyjnej stosuje się je jako uzupełnienie badań ultradźwiękowych lub radiograficznych — MT sprawdza powierzchnię, metoda objętościowa wnętrze materiału.

Badania MT stosuje się dla stali i pozostałych materiałów ferromagnetycznych, gdy zależy nam na wysokiej czułości wykrywania liniowych nieciągłości materiałowych oraz niezgodności przypowierzchniowych.  

Badania PT są stosowane w przypadku, gdy badany materiał jest niemagnetyczny lub gdy geometria elementu uniemożliwia jego odpowiednie namagnesowanie w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach.

Ostateczna decyzja zależy od gatunku materiału, spodziewanego typu i orientacji niezgodności, kształtu oraz dostępu badanego obiektu.

W technice kontrastowej wskazania ocenia się w świetle białym co upraszcza organizację i jest wystarczające w typowych warunkach warsztatowych lub terenowych. 

Badania w świetle UV ułatwiają wykrycie bardzo drobnych nieciągłości, ale wymagają zaciemnienia i bardziej rygorystycznej kontroli warunków badania.

Badania w świetle ultrafioletowym są bardziej rygorystyczne pod względem przygotowania powierzchni do badań – powinna być gładka.

Wybór techniki powinien wynikać z wymaganej czułości, wytycznych zleceniodawcy oraz realnych warunków na obiekcie.

Warunki obserwacji przy obu technikach — wymagane natężenie oświetlenia białego oraz intensywność promieniowania UV — określa norma PN-EN ISO 3059. Ich udokumentowanie jest elementem protokołu z badania.

W większości przypadków nie ma konieczności rozmagnesowania badanych elementów. Decyzja o rozmagnesowaniu badanego elementu zależy jednak od typu badanego detalu, sposobu magnesowania, wymagań odbiorowych oraz dalszych procesów technologicznych, gdy namagnesowanie resztkowe mogłoby wpływać na pracę urządzenia lub przyciąganie zanieczyszczeń.

Informacje dotyczące rozmagnesowania powinny zostać zawarte w procedurze badawczej i specyfikacji klienta.

Podział dotyczy postaci środka wykrywającego i jest niezależny od podziału na technikę barwną i fluorescencyjną — w praktyce często się je myli.

W technice suchej stosuje się suchy proszek magnetyczny. Sprawdza się ona lepiej na dużych powierzchniach oraz na elementach chropowatych i nieobrobionych, gdzie zawiesina spływałaby nierównomiernie. Dobrze znosi też podwyższoną temperaturę powierzchni.

Technika mokra wykorzystuje zawiesinę — wodną lub olejową — i daje wyższą czułość na powierzchniach obrobionych i gładkich, dzięki lepszej ruchliwości cząstek, które łatwiej przemieszczają się do miejsca pola rozproszenia.

Obie techniki można łączyć z oceną w świetle białym lub UV. Wybór zależy od stanu powierzchni, wymaganej czułości i warunków panujących na obiekcie.

Podstawą jest seria PN-EN ISO 9934: część 1 opisuje zasady ogólne metody, część 2 wymagania dla środków wykrywających, a część 3 wymagania dla aparatury.

Badanie złączy spawanych prowadzi się według PN-EN ISO 17638, a warunki obserwacji — oświetlenie i natężenie światła UV — reguluje PN-EN ISO 3059.

Kluczowe rozróżnienie, które bywa źródłem nieporozumień przy odbiorach: ISO 17638 opisuje, jak przeprowadzić badanie, ale nie rozstrzyga o akceptacji. O tym, czy wykryte wskazanie kwalifikuje element do odrzucenia, decyduje dopiero PN-EN ISO 23278, określająca poziomy akceptacji. Zamawiając badanie, warto wskazać obie normy oraz wymagany poziom akceptacji.

Personel wykonujący i interpretujący badania powinien posiadać certyfikację zgodną z PN-EN ISO 9712, na poziomie 2 lub 3.

Pięć rzeczy, które warto ustalić przed rozpoczęciem prac:

Poziom certyfikacji osoby interpretującej wyniki. Dla większości zastosowań wymagany jest poziom 2 lub 3 wg ISO 9712. Poziom 1 uprawnia wyłącznie do wykonywania badań pod nadzorem, bez samodzielnej oceny.

Norma i poziom akceptacji. Samo określenie „badanie wg ISO 17638″ nie rozstrzyga o kryteriach odbioru — potrzebne jest wskazanie poziomu akceptacji wg ISO 23278.

Technika badania. Barwna czy fluorescencyjna, sucha czy mokra — wpływa na czułość, wymagania wobec stanowiska i czas realizacji.

Zakres raportu. Czy zawiera lokalizację i charakterystykę wskazań wraz z oceną względem kryteriów, czy jedynie stwierdzenie zgodności.

Możliwość badania na obiekcie. Czy laboratorium dysponuje sprzętem przenośnym, pozwalającym na inspekcję bez demontażu i transportu elementów.