磁性粒子検査

磁粉探傷検査( MPI ) は、磁場を使用し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。強磁性材料の例には、鉄、ニッケル、コバルト、およびそれらの合金が含まれます。このプロセスでは、部品に磁場をかけます。部品は、直接磁化または間接磁化によって磁化できます。直接磁化は、電流が試験対象物を通過し、材料内に磁場が形成されるときに発生します。間接磁化は、電流が試験対象物を通過しないが、外部ソースから磁場が適用されたときに発生します。磁力線は、交流(AC) または何らかの形の直流(DC) (整流された AC) のいずれかである電流の方向に対して垂直です。

空気は金属ほど単位体積あたりの磁場を支えることができないため、物質の表面または表面下の不連続性が存在すると磁束が漏れてしまいます。

漏れを特定するには、乾燥した鉄粒子または湿った懸濁液を部品に塗布します。これらの粒子はフラックス漏れの領域に引き寄せられ、いわゆる兆候を形成します。この兆候を評価して、漏れの性質、原因、および必要な場合は対処方法を決定します。

磁性粒子検査で使用される電流にはいくつかの種類があります。適切な電流を選択するには、部品の形状、材質、探している不連続性の種類、および磁場が部品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、一般的に表面の不連続性を検出するために使用されます。AC を使用して表面下の不連続性を検出する場合、電流が部品の表面に沿って流れる表皮効果と呼ばれる現象により制限があります。電流は 1 秒あたり 50 ～ 60 サイクルで極性が交互に変化するため、テスト対象物の表面をあまり貫通しません。つまり、磁区は部品への AC 電流の貫通距離と同じだけ整列します。交流電流の周波数によって、貫通の深さが決まります。
• 全波DC ^{（FWDC ）は、ACが浸透して必要な}深さで部品を磁化できない地下の不連続性を検出するために使用されます。磁気浸透の量は、部品を流れる電流の量によって異なります。^{[ 1]} DCは、部品を磁化する効率の点で、非常に大きな断面積の部品に対しても制限があります。
• 半波 DC (HWDC、脈動 DC ) は全波 DC と同様に機能しますが、表面の破損の兆候を検出でき、FWDC よりも部品への磁気浸透が大きくなります。HWDC は、テスト対象物を浸漬中に磁性粒子を実際に移動させるのに役立つため、検査プロセスに有利です。粒子の移動を助けるのは、半波脈動電流波形です。一般的な 0.5 秒の磁気パルスでは、HWDC を使用した電流パルスが 15 個あります。これにより、粒子が磁束漏れ領域に接触する機会が増えます。

AC 電磁石は、表面の破損の兆候を見つけるための推奨される方法です。電磁石を使用して地下の兆候を見つけるのは困難です。AC 電磁石は、HWDC、DC、または永久磁石よりも表面の兆候を検出するのに適した手段ですが、何らかの形の DC は地下の欠陥に適しています。

湿式水平 MPI マシンは、最も一般的に使用されている大量生産検査マシンです。このマシンには、磁化するために部品を配置するヘッド 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、誘導コイルがあり、これを使用してヘッド ストックから磁場の方向を 90° 変更します。ほとんどの機器は、特定のアプリケーション用に構築されています。

モバイル パワー パックは、ワイヤ ラッピング アプリケーションで使用されるカスタム構築された磁化電源です。

磁気ヨークは、2 つの極の間に磁場を誘導する手持ち式の装置です。一般的な用途は、屋外での使用、遠隔地、溶接検査です。磁気ヨークの欠点は、極の間にのみ磁場を誘導するため、装置を使用し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、ヨークを検査領域ごとに 90 度回転させて、水平方向と垂直方向の不連続性を検出する必要があります。ヨークを使用した地下の検出には限界があります。これらのシステムでは、乾燥した磁性粉末、湿った粉末、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、消磁する必要があります。このためには、磁化装置とは逆の働きをする特別な装置が必要です。磁化は通常、高電流パルスで行われます。このパルスはピーク電流に非常に早く達し、瞬時にオフになり、部品は磁化されます。部品を消磁するには、部品を磁化するために使用した電流または磁場と同等かそれ以上の電流または磁場が必要です。その後、電流または磁場はゆっくりとゼロに減少し、部品は消磁されます。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]

• AC消磁
  • プルスルー AC 消磁コイル: 右の図は、AC 電源で作動する装置で、部品が手またはコンベアでゆっくりと引き抜かれる高磁場を生成します。部品をコイルの磁場から引き離す動作により、部品の磁場がゆっくりと低下します。多くの AC 消磁コイルの電源サイクルは数秒であるため、部品はコイルを通過して数フィート (メートル) 離れなければ消磁サイクルは終了しません。そうしないと、部品に残留磁化が残ります。
  • AC 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、部品に同等以上の AC 電流が流れ、その後、一定時間 (通常 18 秒) にわたって電流が減少し、出力電流がゼロになります。AC は正極性から負極性に交互に変化するため、部品の磁気ドメインはランダム化されます。
  • AC デマグでは、形状や使用される合金に応じて、部品のデマグ能力に大きな制限があります。
• 反転全波​​ DC 消磁: これは製造時に機械に組み込む必要のある消磁方法です。これは AC 減衰法に似ていますが、DC 電流が 0.5 秒間隔で停止し、その間に電流が一定量減少し、方向が反転する点が異なります。その後、電流が再び部品に通されます。電流の停止、減少、反転のプロセスにより、磁区がランダム化されます。このプロセスは、部品にゼロ電流が通るまで続けられます。現代の機器での通常の反転 DC 消磁サイクルは 18 秒以上です。この消磁方法は、部品の形状と特定の合金によって AC 消磁方法が機能しないという AC 消磁方法の制限を克服するために開発されました。
• 半波 DC 消磁 (HWDC): このプロセスは、波形が半波であることを除いて、全波 DC 消磁と同じです。この消磁方法は業界では新しく、1 つのメーカーからのみ提供されています。全波 DC ブリッジ設計電源を必要とせずに消磁できるコスト効率の高い方法として開発されました。この方法は、単相 AC/HWDC 電源でのみ使用されます。HWDC 消磁は、全波 DC と同様に効果的ですが、追加コストや複雑さは発生しません。もちろん、大径部品に HWDC 波形を使用する場合、誘導損失により他の制限が適用されます。また、HWDC の効果は、12 ボルト電源を使用した場合、直径が 410 mm (16 インチ) を超えると制限されます。

乾式システムと湿式システムの両方において、 亀裂を検出するために使用される一般的な粒子は酸化鉄です。

• ウェット システムの粒子のサイズは、水または油キャリアで使用する場合、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あります。ウェット 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/cm ² (10 W/m ^{2 ) の照射が必要です。}暗室で粒子に適切な光が当たらなければ、粒子は検出/確認できません。業界では、UV ゴーグル/メガネを使用して UV 光をフィルタリングし、蛍光粒子によって生成される可視光スペクトル (通常は緑と黄色) を増幅するのが慣例です。緑と黄色の蛍光が選択された理由は、人間の目がこれらの色に最もよく反応するためです。

• 乾燥粒子粉末のサイズは 5 ～ 170 マイクロメートルで、白色光の条件下で見えるように設計されています。粒子は湿った環境での使用を想定して設計されていません。乾燥粉末は通常、手動の空気粉末塗布装置を使用して塗布されます。
• エアロゾル塗布粒子はウェットシステムに似ており、ヘアスプレーに似たプレミックスエアロゾル缶で販売されています。

磁性粒子用に特別に設計された油と水ベースのキャリアを使用するのは、業界では一般的な慣行です。脱臭灯油とミネラルスピリットは、業界では 40 年間一般的に使用されていません。^{[いつ? ]}火災の危険があるため、灯油やミネラルスピリットをキャリアとして使用するのは危険です。

湿式水平機械で検査するための一般的な手順は次のとおりです。

1. ワークピースから油やその他の汚染物質が除去されます。
2. ワークピースを磁化するために必要な電流量を知るために必要な計算が行われます。計算式については、ASTM E1444/E1444M を参照してください。
3. 磁化パルスは 0.5 秒間適用され、その間に作業者は粒子でワークピースを洗浄し、磁気パルスが完了する前に停止します。磁気パルスの終了前に停止しないと、表示が洗い流されます。
4. UV ライトを当てながら、作業者はワークピースに流れる電流の経路から 0 ～ ±45 度の欠陥の兆候を探します。兆候は、適用された磁場の 45 ～ 90 度の範囲でのみ現れます。磁場の方向を素早く判断する最も簡単な方法は、どちらかの手でワークピースを主軸台の間でつかみ、親指をワークピースに当てることです (親指をワークピースに巻き付けないでください)。これは、左親指ルール、右親指ルール、または右手グリップルールと呼ばれます。親指が指す方向が、電流が流れる方向を示します。磁場は、電流の経路から 90 度の方向に流れます。クランクシャフトのような複雑な形状では、作業者は電流の方向と生成される磁場の変化を視覚化する必要があります。電流は 0 度から始まり、45 度から 90 度を経て 45 度から 0 度に戻り、-45 度から -90 度を経て -45 度から 0 度となり、これが各クランクピンに対して繰り返されます。したがって、磁場からわずか 45 ～ 90 度にある兆候を見つけるのに時間がかかる可能性があります。
5. ワークピースは、事前に定義された基準に基づいて承認または拒否されます。
6. ワークピースは脱磁されます。
7. 要件によっては、ステップ 3 から 5 で検出できない兆候を検査するために、磁場の方向を 90 度変更する必要がある場合があります。磁場の方向を変更する最も一般的な方法は、「コイル ショット」を使用することです。図 1 では 36 インチのコイルが示されており、ステップ 4、5、および 6 が繰り返されます。

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性粒子探傷試験 - 観察条件
• ISO 9934-1、非破壊検査 - 磁性粒子検査 - パート 1: 一般原則
• ISO 9934-2、非破壊検査 - 磁性粒子検査 - パート2：検出媒体
• ISO 9934-3、非破壊検査 - 磁性粒子検査 - パート3：機器
• ISO 10893-5、鋼管の非破壊検査。シームレスおよび溶接された強磁性鋼管の表面欠陥の検出のための磁性粒子検査
• ISO 17638、溶接部の非破壊検査 - 磁性粒子検査
• ISO 23278、溶接部の非破壊検査 - 溶接部の磁性粒子検査 - 許容レベル

欧州標準化委員会(CEN)

• EN 1330-7、非破壊検査 - 用語 - パート 7: 磁性粒子検査で使用される用語
• EN 1369、創設 - 磁性粒子検査
• EN 10228-1、鋼鍛造品の非破壊検査 - パート 1: 磁性粒子検査

アメリカ材料試験協会(ASTM)

• ASTM E1444/E1444M 磁性粒子試験の標準実施方法
• ASTM A 275/A 275M 鋼鍛造品の磁性粒子検査試験方法
• ASTM A456 大型クランクシャフト鍛造品の磁性粒子検査仕様
• ASTM E543 非破壊検査を実施する機関を評価するための実践標準仕様
• ASTM E 709 磁性粒子試験試験ガイド
• ASTM E 1316 非破壊検査用語
• ASTM E 2297 液体浸透探傷法および磁性粒子探傷法で使用される UV-A および可視光源とメーターの使用に関する標準ガイド

カナダ規格協会(CSA)

• CSA W59

自動車技術協会(SAE)

• AMS 2641 磁粉探傷検査車
• AMS 3040 磁性粒子、非蛍光、乾式法
• AMS 3041 磁性粒子、非蛍光、湿式法、油性媒体、すぐに使用可能
• AMS 3042 磁性粒子、非蛍光、湿式法、乾燥粉末
• AMS 3043 磁性粒子、非蛍光、湿式法、油性媒体、エアゾール包装
• AMS 3044 磁性粒子、蛍光、湿式法、乾燥粉末
• AMS 3045 磁性粒子、蛍光、湿式法、油性媒体、すぐに使用可能
• AMS 3046 磁性粒子、蛍光、湿式法、油性媒体、エアゾール包装5
• AMS 5062 鋼、低炭素バー、鍛造品、チューブ、シート、ストリップ、プレート 0.25 炭素、最大
• AMS 5355 インベストメント鋳造
• 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 水性磁性粒子検査用水質調整剤 AS 5282 磁性粒子検査用工具鋼リング規格 AS5371 磁性粒子検査用ノッチ付きシムの参照標準

米国軍規格

• AA-59230 流体、磁性粒子検査、サスペンション

ウィキメディア・コモンズには、磁性粒子検査に関連するメディアがあります。

• カールスルーエ専門大学による磁気粒子検査に関するビデオ