Ensaio por Partículas Magnéticas de Aço Ferramenta

O que encontra e até onde alcança

O método magnetiza a peça e deixa uma descontinuidade vazar fluxo na superfície, onde o pó de ferro se deposita sobre o vazamento e o delineia. O maior e mais importante grupo de descontinuidades é o exposto à superfície, e as trincas superficiais são as mais importantes porque causam mais dano à vida em serviço do que um defeito subsuperficial do mesmo tamanho. Em aço ferramenta, o método localiza costuras, dobras, trincas de têmpera e trincas de retificação, e detecta trincas de fadiga que se abrem em serviço.

Uma descontinuidade é mais fácil de encontrar quando o campo corre transversalmente a ela em vez de ao longo dela, quando sua profundidade corre em ângulos retos à superfície, quando sua abertura na superfície é estreita e quando seu comprimento é grande em relação à sua largura. Muitas trincas incipientes de fadiga e trincas finas de retificação têm menos de 0,025 mm de profundidade com aberturas superficiais de talvez um décimo disso, e essas são facilmente encontradas pelo método úmido. Como regra geral, uma descontinuidade superficial cuja profundidade seja pelo menos cinco vezes sua abertura na superfície será detectável, e o ganho de uma trinca mais profunda diminui além de cerca de 6,4 mm.

Duas características de trincas reais trabalham contra o método e vale conhecê-las quando um relatório volta limpo. Uma trinca cujas faces estão comprimidas por tensão compressiva deixa quase nenhum vão de ar, de modo que vaza quase nenhum fluxo e pode não produzir indicação alguma, o que é comum em trincas rasas deixadas por retificação ou tratamento térmico. Uma dobra de forjamento ou laminação que emerge em ângulo agudo também vaza fracamente, e dobras desse tipo exigem alta sensibilidade, geralmente magnetização com corrente contínua e partículas fluorescentes úmidas.

Partículas úmidas para trincas, partículas secas para defeitos rugosos e subsuperficiais

Partículas úmidas são a escolha para descontinuidades finas, como trincas de fadiga, e partículas secas são a escolha para superfícies muito rugosas e para defeitos abaixo da superfície, onde são geralmente aplicadas com equipamento portátil e transportadas em um fluxo de ar. A cor é uma questão prática e não técnica. O preto se destaca em superfícies claras, o vermelho em superfícies polidas brilhantes, e as partículas fluorescentes sob luz ultravioleta dão o maior contraste de todos.

A via fluorescente tem seus próprios números. O pico da faixa útil de luz negra situa-se em cerca de 365 nm, e a luz nesse comprimento de onda não é a ultravioleta de onda curta prejudicial que danifica pele e olhos. Para inspeção fluorescente com qualidade aeronáutica, a intensidade mínima na superfície da peça é de 1000 microwatts por centímetro quadrado, e uma lâmpada de alta intensidade de 125 W alcança até 5000 microwatts por centímetro quadrado a 380 mm. A concentração do banho importa tanto quanto a lâmpada, pois um banho fraco pode perder completamente uma indicação fina e um banho concentrado pode enterrá-la no fundo, e o teste de sedimentação em 100 mL de banho agitado é a maneira usual de mantê-lo estável.

Corrente alternada para na superfície

A corrente alternada a 50 ou 60 Hz fica confinada próxima à superfície pelo efeito pelicular, de modo que detecta descontinuidades abertas à superfície ou apenas alguns milésimos de polegada abaixo dela. Em frequências mais baixas, o efeito pelicular enfraquece e as linhas de força alcançam mais fundo. A corrente contínua magnetiza toda a seção transversal de forma mais uniforme, com um gradiente em linha reta de um máximo na superfície a zero no centro sob magnetização circular. Na prática, a corrente contínua é usada em peças acabadas como eixos usinados e retificados, cames e engrenagens, enquanto a corrente alternada é usada para trincas finas que realmente rompem a superfície e a corrente contínua é melhor para inclusões não metálicas muito finas situadas logo abaixo dela.

Uma outra consequência da corrente alternada é fácil de ignorar ao ler um ajuste de corrente. A intensidade de magnetização segue o pico da onda senoidal, que é 1,41 vezes o valor mostrado em um medidor de corrente alternada, de modo que uma leitura de medidor de corrente alternada não é diretamente comparável com uma de corrente contínua.

O ensaio em aço ferramenta que estabeleceu o limite de profundidade

A medição publicada mais clara de até que profundidade o método alcança foi feita no próprio aço ferramenta. Um anel de aço ferramenta O1 não temperado contendo 0,40 por cento de carbono foi feito com 127 mm de diâmetro externo, 32 mm de diâmetro interno e 22 mm de espessura, e doze furos de 1,8 mm de diâmetro foram perfurados através dele paralelamente à superfície cilíndrica em profundidades crescentes abaixo dessa superfície. As profundidades das linhas de centro dos furos variaram de 1,8 a 21,3 mm em passos de 1,8 mm. Um condutor central, partículas secas e magnetização contínua foram usados, e a corrente foi elevada até que cada furo desse uma indicação legível.

Correntes limiares nas quais furos perfurados em um anel de aço ferramenta O1 deram indicações legíveis por partículas magnéticas, com partículas secas, um condutor central e magnetização contínua, reproduzidas de Magnetic Particle Inspection in ASM Handbook, Volume 17. A coluna de corrente alternada é a primeira a ser lida, porque mostra o método falhando a uma profundidade de 5,33 mm não importa quanta corrente seja aplicada. Com partículas úmidas os níveis são ainda mais altos, e a fonte dá cerca de 440 A de corrente contínua para o furo 1 e cerca de 910 A para o furo 3.

O mesmo anel foi temperado a 63 HRC e o ensaio repetido, e o custo dessa dureza é visível nos níveis de corrente. Elevar a corrente não recupera os furos profundos, pois o limite é definido pelo tipo de corrente e não pela amperagem.

Corrente necessária para indicar duas profundidades de furo perfurado no mesmo anel de aço ferramenta O1 após têmpera a 63 HRC, reproduzido de Magnetic Particle Inspection no ASM Handbook, Volume 17. Uma peça endurecida precisa de ainda mais corrente do que uma recozida, e no furo 3 o valor de corrente contínua direta é de cerca de 2700 A.

Como a peça é magnetizada

A corrente deve ser passada numa direção paralela à descontinuidade, de modo que o campo que ela estabelece atravesse a trinca. Uma corrente enviada ao longo do comprimento da peça produz um campo circunferencial que detecta defeitos longitudinais, e uma bobina ou solenoide em torno da peça produz um campo longitudinal que detecta defeitos transversais. Quando a direção do defeito não é conhecida, ambas as direções de magnetização devem ser usadas alternadamente, e as pontas de contato ou o yoke são reposicionados a 90 graus entre os dois disparos. Os métodos publicados e seus limites são os seguintes.

Aplicações gerais, vantagens e limitações das formas de magnetizar uma peça para inspeção por partículas magnéticas, condensado da Tabela 1 de Magnetic Particle Inspection no ASM Handbook, Volume 17. Numa peça maciça longa como uma barra ou um tarugo, o contato nas extremidades magnetiza circularmente todo o comprimento de uma só vez, e numa bobina a peça deve ser centrada para que o comprimento efetivamente magnetizado num único disparo seja o maior possível.

Corrente, e desligar o magnetismo novamente

Para magnetização circular a corrente é definida a partir do diâmetro da peça. Para magnetização longitudinal numa bobina ela é definida a partir do valor de ampère-espira, que cresce com a relação comprimento/diâmetro porque os polos nas extremidades de uma peça curta se opõem ao campo aplicado, um efeito considerável abaixo de uma relação de 10 para 1 e muito significativo abaixo de 3 para 1. Uma bobina em torno de uma peça magnetiza cerca de 150 a 230 mm de cada lado de si mesma, então uma peça mais longa que aproximadamente 305 a 460 mm deve ser movida através da bobina ou a bobina movida ao longo da peça.

Regras de corrente para magnetizar uma peça, reproduzidas de Magnetic Particle Inspection in ASM Handbook, Volume 17. O diâmetro é a maior distância entre dois pontos quaisquer na circunferência externa da peça.

Uma peça acabada tem de ser desmagnetizada posteriormente, ou as limalhas aderirão a ela durante a usinagem seguinte. A escolha do método de desmagnetização depende do tamanho da peça, da sua dureza e da taxa à qual tem de ser produzida, e um yoke de corrente alternada pode servir como desmagnetizador em alguns casos. A aplicabilidade publicada é a seguinte, onde A significa aplicável e N significa não aplicável.

Aplicabilidade dos métodos de desmagnetização com base no tamanho da peça, dureza do metal e taxa de produção, reproduzida da Tabela 2 de Magnetic Particle Inspection in ASM Handbook, Volume 17. A é aplicável e N é não aplicável. Onde a entrada indica que um yoke é usado apenas para áreas locais, a fonte limita um yoke em uma peça de tamanho médio a trabalho local.

A peça é mantida magnetizada apenas enquanto as partículas são aplicadas, que é o método contínuo, ou deixada com magnetismo residual suficiente para atrair as partículas posteriormente, que é o método residual. Apenas um metal com retentividade suficiente pode ser deixado ao método residual, e o campo residual é confiável apenas para descontinuidades superficiais. O método contínuo funciona em qualquer metal magnetizável e é obrigatório para aço de baixo carbono ou ferro com pouca retentividade. A sensibilidade máxima em uma descontinuidade muito fina vem de imergir a peça em um banho úmido, passar a corrente por um curto período durante a imersão e deixar a corrente ligada enquanto a peça é retirada e o banho drena.

Graus e estoque

Partículas magnéticas é um método no conjunto com o qual um pedido de aço ferramenta é verificado, e os outros ficam ao lado dele na página sobre escolha de um método de ensaio não destrutivo. Como os mesmos métodos são aplicados a barra e tarugo, incluindo a profundidade de trinca que um sistema de permeabilidade alcança, está exposto na página de inspeção de barra e tarugo.

As trincas que este método procura também são o fim de uma sequência de falha que começou antes, e as mudanças que as precedem são descritas em a página de descarbonetação e remoção de sobremetal. Onde uma peça já quebrou, as marcas que a trinca deixou na face de fratura são lidas com o auxílio de o quadro de características de superfície de fratura, e a investigação de falha mais ampla está exposta em a página de análise de falhas de ferramentas e matrizes.

Fonte: ASM Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, ASM International, 1989.