磁粉探傷検査

磁粉探傷検査（MPI）は、磁場を用いて強磁性材料の表面および浅い表面下の不連続性を検出する非破壊検査プロセスです。強磁性材料の例としては、鉄、ニッケル、コバルト、およびそれらの合金などが挙げられます。このプロセスでは、検査対象物に磁場を印加します。検査対象物は、直接磁化または間接磁化によって磁化されます。直接磁化は、検査対象物に電流を流し、材料内に磁場が形成されるときに発生します。磁力線は電流の方向に垂直であり、電流は交流（AC）または何らかの形式の直流（DC）（整流交流）のいずれかです。間接磁化は、検査対象物に電流を流さず、外部から磁場を印加するときに発生します。

材料の表面または内部に不連続部が存在すると、磁束が漏れ出す可能性がある。これは、空気は金属ほど単位体積あたりに大きな磁場を保持できないためである。

漏洩箇所を特定するには、乾燥状態または湿潤状態の鉄粉を部品に塗布します。これらの鉄粉はフラックス漏洩箇所に引き寄せられ、指示と呼ばれる痕跡を形成します。この痕跡を評価することで、漏洩の性質、原因、および必要な対策を判断します。

磁粉探傷検査では、いくつかの種類の電流が使用されます。適切な電流を選択するには、部品の形状、材質、検出したい欠陥の種類、および磁場が部品内部にどの程度浸透する必要があるかを考慮する必要があります。

• 交流電流（AC）は、表面の不連続性を検出するためによく用いられます。しかし、ACを用いて表面下の不連続性を検出する場合、表皮効果と呼ばれる現象によって限界があります。表皮効果とは、電流が部品の表面に沿って流れる現象です。電流は毎秒50～60サイクルで極性が交互に変化するため、試験対象物の表面を深く浸透することはありません。つまり、磁気ドメインは、AC電流が部品内部に浸透した距離分だけしか整列しないということです。交流電流の周波数によって、浸透深度が決まります。
• 全波直流（FWDC）は、交流では必要な深さまで部品を磁化できないような、表面下の不連続部を検出するために使用されます。磁気浸透の程度は、部品を流れる電流の量に依存します。^{[ 1 ]}また、直流は、非常に大きな断面積の部品では、部品を磁化する効果の点で制限があります。
• 半波直流（HWDC、脈動直流）は全波直流と同様に動作しますが、表面の剥離兆候を検出でき、FWDCよりも部品内部への磁気浸透性が高いという利点があります。HWDCは、検査対象物を浸漬する際に磁性粒子を移動させるのに役立つため、検査プロセスにおいて有利です。粒子の移動性を高めるのは、半波脈動電流波形によるものです。HWDCを使用した場合、典型的な0.5秒の磁気パルスでは15回の電流パルスが発生します。これにより、粒子が磁束漏洩領域に接触する機会が増えます。

交流電磁石は、地表に現れる兆候を検出するのに最適な方法です。電磁石を用いて地中に存在する兆候を検出するのは困難です。交流電磁石は、高周波直流、直流、または永久磁石よりも地表の兆候を検出するのに優れていますが、地中欠陥の検出には何らかの直流方式の方が適しています。

 36インチ（910mm  ）コイルを備えた湿式水平型MPI装置

米海軍の技術者が、同様の装置を用いて、紫外線照射下で試験部品に磁性粒子を噴霧している。

湿式水平磁粉探傷試験機は、量産検査において最も一般的に使用されている検査機です。この試験機には、検査対象物を置いて磁化するヘッドストックとテールストックがあります。ヘッドストックとテールストックの間には通常、誘導コイルが配置されており、ヘッドストックから90°回転させて磁場の向きを変えるために使用されます。ほとんどの装置は、特定の用途向けに設計されています。

モバイル電源パックは、ワイヤラッピング用途で使用される、特注の磁化電源装置です。

磁気ヨークは、2つの極の間に磁場を発生させる手持ち式の装置です。一般的な用途としては、屋外での使用、遠隔地での使用、溶接検査などがあります。磁気ヨークの欠点は、極の間にしか磁場を発生させないため、この装置を用いた大規模な検査には時間がかかることです。適切な検査を行うには、水平方向および垂直方向の不連続性を検出するために、検査領域ごとにヨークを90度回転させる必要があります。ヨークを用いた地下探査には限界があります。これらのシステムでは、乾式磁性粉末、湿式粉末、またはエアロゾルが使用されていました。

部品が磁化された後は、脱磁する必要があります。これには、磁化装置とは逆の方向に動作する特殊な装置が必要です。磁化は通常、非常に速くピーク電流に達し、瞬時にオフになる高電流パルスによって行われ、部品は磁化されたままになります。部品を脱磁するには、必要な電流または磁場が、部品を磁化するために使用された電流または磁場以上である必要があります。その後、電流または磁場をゆっくりとゼロまで下げると、部品は脱磁されます。残留磁気を記録する一般的な方法は、ガウスメーターを使用することです。^{[ 2 ]}

• 交流消磁
  • プルスルー式交流消磁コイル：右図に示すように、交流電源で駆動する装置で、高磁場を発生させ、部品を手またはコンベアでゆっくりと引き込みます。部品をコイルの磁場から引き離す動作によって、部品内の磁場が徐々に低下します。多くの交流消磁コイルは数秒の電力サイクルを持つため、消磁サイクルが終了する前に部品をコイルに通し、数フィート（数メートル）離す必要があります。そうしないと、部品に残留磁化が残ります。
  • 交流減衰消磁：これはほとんどの単相MPI装置に組み込まれています。このプロセスでは、対象物に同等以上の交流電流を流した後、一定時間（通常18秒）かけて電流を徐々に減少させ、出力電流をゼロにします。交流は正極性と負極性を交互に繰り返すため、対象物の磁気ドメインはランダム化されます。
  • 交流消磁は、部品の形状や使用されている合金の種類によっては、消磁能力に大きな制限がある。
• 逆方向全波直流消磁：これは、製造時に機械に組み込む必要がある消磁方法です。交流減衰消磁に似ていますが、直流電流を0.5秒間隔で停止し、その間に電流を一定量減らし、方向を反転させます。その後、再び部品に電流を流します。電流の停止、減少、反転のプロセスにより、磁気ドメインはランダム化されます。このプロセスは、部品に流れる電流がゼロになるまで続けられます。最新の装置における通常の逆方向直流消磁サイクルは、18秒以上である必要があります。この消磁方法は、部品の形状や特定の合金によって交流消磁方法が機能しなくなるという交流消磁方法の限界を克服するために開発されました。
• 半波直流消磁（HWDC）：このプロセスは、波形が半波である点を除いて、全波直流消磁と同一です。この消磁方法は業界では比較的新しく、現在では1社のメーカーのみが提供しています。全波直流ブリッジ設計の電源を必要とせずに、コスト効率よく消磁する方法として開発されました。この方法は、単相交流/HWDC電源でのみ利用可能です。HWDC消磁は、追加コストや複雑さを伴うことなく、全波直流消磁と同等の効果を発揮します。もちろん、HWDC波形を大径部品に使用する場合、誘導損失によるその他の制限が適用されます。また、12ボルト電源を使用した場合、HWDCの効果は直径410 mm（16インチ）を超えると制限されます。

亀裂を検出するために一般的に使用される粒子は酸化鉄であり、これは乾式システムと湿式システムの両方に適用される。

• 湿式システムで使用される粒子は、水または油のキャリア液とともに使用されるため、サイズが0.5マイクロメートル未満から10マイクロメートルまでの範囲です。湿式システムで使用される粒子には、365 nm（紫外線A）で蛍光を発する顔料が塗布されており、適切な検査を行うには、部品の表面に1000 μW/cm²（10 W/m²）の光照射が必要です。暗室で適切な光が照射されない場合、 粒子^は検出^/視認できません。業界では、紫外線を遮断し、蛍光粒子によって生成される可視光スペクトル（通常は緑色と黄色）を増幅するために、UVゴーグル/眼鏡を使用するのが一般的です。緑色と黄色の蛍光が選ばれたのは、人間の目がこれらの色に最もよく反応するためです。

• 乾燥粉末は、5～170マイクロメートルの粒径範囲で、白色光下で視認できるように設計されています。これらの粉末は、湿潤環境での使用には適していません。乾燥粉末は通常、手動式のエアパウダー塗布装置を使用して塗布されます。
• エアゾール式噴霧粒子は、湿式噴霧システムと類似しており、ヘアスプレーと同様のプレミックスされたエアゾール缶で販売されている。

国際標準化機構（ISO）

• ISO 3059、非破壊検査－浸透探傷試験および磁粉探傷試験－観察条件
• ISO 9934-1、非破壊検査－磁粉探傷試験－第1部：一般原則
• ISO 9934-2、非破壊検査－磁粉探傷試験－第2部：検出媒体
• ISO 9934-3、非破壊検査－磁粉探傷試験－第3部：装置
• ISO 10893-5、鋼管の非破壊検査。表面欠陥検出のためのシームレス鋼管および溶接強磁性鋼管の磁粉探傷検査
• ISO 17638、溶接部の非破壊検査－磁粉探傷試験
• ISO 23278、溶接部の非破壊検査－溶接部の磁粉探傷試験－合格水準

欧州標準化委員会（CEN）

• EN 1330-7、非破壊検査－用語－第7部：磁粉探傷試験で使用される用語
• EN 1369、基礎 - 磁粉探傷検査
• EN 10228-1、鋼鍛造品の非破壊検査－第1部：磁粉探傷検査

米国材料試験協会（ASTM）

• ASTM E709 磁粉探傷試験ガイド（主要規格）
• ASTM E1444/E1444M 航空宇宙用磁粉探傷試験の標準実施方法
• ASTM A275/A275M鋼鍛造品の磁粉探傷試験方法
• ASTM A456 大型クランクシャフト鍛造品の磁粉探傷検査仕様
• ASTM E543 非破壊検査を実施する機関を評価するための実施基準仕様
• ASTM E1316 非破壊検査に関する用語
• ASTM E2297 液体浸透探傷法および磁粉探傷法で使用されるUV-Aおよび可視光線光源と測定器の使用に関する標準ガイド

カナダ規格協会（CSA）

• CSA W59

米国自動車技術者協会（SAE）

• AMS 2641 磁粉探傷検査車両
• AMS 3040 磁性粒子、非蛍光性、乾式法
• AMS 3041 磁性粒子、非蛍光性、湿式法、油性媒体、すぐに使用可能
• AMS 3042 磁性粒子、非蛍光性、湿式法、乾燥粉末
• AMS 3043 磁性粒子、非蛍光性、湿式法、油性媒体、エアロゾル包装
• AMS 3044 蛍光磁性粒子、湿式法、乾燥粉末
• AMS 3045 蛍光磁性粒子、湿式法、油性媒体、すぐに使用可能
• AMS 3046 蛍光磁性粒子、湿式法、油性媒体、エアロゾル包装5
• AMS 5062鋼、低炭素棒材、鍛造品、管材、板材、帯材、およびプレート、炭素含有量0.25、最大
• AMS 5355 精密鋳造
• AMS I-83387 検査プロセス、磁性ゴム
• AMS-STD-2175 鋳造品、分類および検査 AS 4792 水性磁粉探傷検査用水質調整剤 AS 5282磁粉探傷検査用工具鋼リング規格 AS5371 磁粉探傷検査用ノッチ付きシム参照規格

米国軍用規格

• AA-59230 流体、磁粉探傷検査用、懸濁液

• 磁粉探傷検査に関するビデオ（カールスルーエ応用科学大学）