Magnetisch onderzoek – aantekeningen

Geschiedenis en context

• Mensen hebben van oudsher de noodzaak gevoeld om de kwaliteit en integriteit van producten te controleren. Vanaf de oudheid werden eenvoudige, intuïtieve methoden gebruikt om de toestand van materialen of objecten vast te stellen op basis van waarneembare fysische of chemische eigenschappen. Een klassiek voorbeeld is het testen van een rauw ei in water: als het drijft, is het rot, zinkt het, is het eetbaar. Dit principe, gebaseerd op dichtheidsverschillen en gasvorming in het ei, illustreert de vroege toepassing van niet-destructieve principes.

• Deze vroege methoden waren veelal gericht op het controleren van de bruikbaarheid zonder het item te beschadigen, in tegenstelling tot destructieve tests die het item onbruikbaar maken na inspectie (bijvoorbeeld het tot breken testen van een proefstuk).

• Niet-destructief testen (NDT) wordt gedefinieerd als een reeks testmethoden die worden gebruikt om de eigenschappen van een materiaal, onderdeel, product of systeem te evalueren zonder permanente schade toe te brengen aan het te testen item. Dit onderscheidt NDT van destructieve testen, waarbij het testobject wordt vernietigd of onbruikbaar gemaakt voor verder gebruik, zoals trekproeven, buigproeven of impacttests.

Niet-destructief onderzoek (NDO)

• Het hoofddoel van NDO is het evalueren van de integriteit en kwaliteit van materialen, componenten en structuren gedurende verschillende levensfasen (productie, installatie, service) zonder deze schade toe te brengen.

• Belangrijke NDO-methoden omvatten een breed scala aan technieken, elk met specifieke toepassingsgebieden en detectiecapaciteiten:

  • Visueel onderzoek (VT): De oudste en meest fundamentele methode, waarbij inspectie plaatsvindt met het blote oog of met optische hulpmiddelen zoals vergrootglazen, endoscopen, borescopers, camera's of drones. Het is effectief voor het detecteren van oppervlaktedefecten zoals scheuren, corrosie, deuken en onvolkomenheden in lasnaden. Het kan zowel directe als indirecte methoden omvatten, afhankelijk van de toegankelijkheid van het inspectiegebied.

  • Penetrant onderzoek (PT): Deze methode is specifiek ontworpen voor het detecteren van oppervlaktebrekende discontinuïteiten in niet-poreuze materialen. Een vloeistof met kleurstof (zichtbaar of fluorescerend) wordt aangebracht op het oppervlak, dringt via capillaire werking in open defecten, en wordt vervolgens zichtbaar gemaakt met een 'ontwikkelaar'. Dit maakt fijne oppervlaktescheurtjes, porositeit en vouwen zichtbaar die anders onopgemerkt zouden blijven.

  • Magnetisch onderzoek (MT): Voornamelijk gebruikt voor ferromagnetische materialen om oppervlakte- en net-onder-oppervlakkige discontinuïteiten te detecteren. De methode werkt door verstoringen in een aangelegd magnetisch veld te visualiseren. IJzerpoeder (droog of in suspensie) wordt aangetrokken tot de lekvelden die ontstaan bij discontinuïteiten, waardoor deze zichtbaar worden.

  • Radiografisch onderzoek (RT): Maakt gebruik van ioniserende straling (gamma- of röntgenstraling) die door het te inspecteren object wordt gezonden. De straling wordt geabsorbeerd door het materiaal en de intensiteit van de doorgelaten straling wordt gemeten met een detector (bijvoorbeeld een film of digitale plaat). Verschillen in materiaaldikte of interne dichtheid, veroorzaakt door defecten zoals holtes, insluitsels, of scheuren, resulteren in variaties in de stralingsintensiteit die op het beeld worden weergegeven. Dit is uitermate geschikt voor volumetrische defecten.

  • Ultrasoon onderzoek (UT): Maakt gebruik van hoogfrequente geluidsgolven die door het materiaal worden gezonden. De 'puls-echo' techniek is veelvoorkomend, waarbij een transducer geluidspulsen genereert en de gereflecteerde echo's van discontinuïteiten of de achterwand detacteert. De tijd-van-vlucht en de amplitude van de echo's bieden informatie over de locatie, grootte en oriëntatie van interne onregelmatigheden zoals scheuren, holtes en laminaties. Het is zeer effectief voor volumedefecten zowel in metalen als kunststoffen.

  • Wervelstroom onderzoek (ECT): Een elektromagnetische testmethode die typisch wordt gebruikt voor geleidende materialen. Een wisselstroom door een spoel genereert een primair magnetisch veld, dat op zijn beurt wervelstromen induceert in het te inspecteren materiaal. Discontinuïteiten of verschillen in materiaaleigenschappen (bijv. dikte, permeabiliteit, geleidbaarheid) verstoren deze wervelstromen, wat wordt gemeten als een verandering in de impedantie van de spoel. Deze methode is uitstekend voor oppervlakte- en nabij-oppervlakkige detectie, zoals scheuren, corrosie onder isolatie of materiaalselectie.

• Voor elk van deze methoden geldt een onderscheid op basis van het type defect dat kan worden gedetecteerd en de locatie van dat defect:

  • Zichtbaar aan het oppervlak/oppervlakslagen: methoden die defecten direct op het oppervlak of net onder het oppervlak detecteren (bijv. VT, PT, MT, ECT).

  • Onder het oppervlak/in het volume: methoden die volumedefecten detecteren die niet zichtbaar zijn vanaf het oppervlak (bijv. RT, UT, dieperliggende MT, ECT bij hogere frequenties).

Ontwikkeling tijdens de industriële revolutie

• Met de opkomst van de industriële revolutie in de 18e en 19e eeuw, nam de productie van complexe machines, bruggen, stoomketels en schepen exponentieel toe. Hierdoor steeg ook het aantal onderdelen dat op kwaliteit en veiligheid moest worden gecontroleerd aanzienlijk.

• Traditioneel ambachtswerk, waarbij inspectie vaak neerkwam op het individueel beoordelen door vakmensen, bleek onvoldoende en te inefficiënt voor de grootschalige fabrieksproductie. Deze verschuiving vereiste de ontwikkeling van gestandaardiseerde, systematische testbenaderingen die reproduceerbaar en efficiënt waren.

• De eerste gestandaardiseerde normen en regelgevingen kwamen voort uit de dringende noodzaak om de veiligheid van kritieke constructies zoals stoomketels en schepen te waarborgen. Grote ongevallen als gevolg van materiaal- of constructiefouten leidden tot de oprichting van onafhankelijke inspectieorganisaties. Voorbeelden hiervan zijn Det Norske Veritas (DNV), Lloyd's Register en TÜV (Technischer Überwachungsverein). Deze instanties speelden een cruciale rol in het opstellen van veiligheidsvoorschriften, het uitvoeren van inspecties en het certificeren van materialen en producten, wat de basis legde voor moderne NDO-praktijken en normering.

NDO-normen en kwalificatie van personeel

• De standaarden voor de kwalificatie en certificatie van NDO-personeel zijn cruciaal om uniformiteit, betrouwbaarheid en competentie in het veld te waarborgen. Twee prominente normen hierbij zijn:

  • ASNT TC-1A (American Society for Non-Destructive Testing Recommended Practice No. SNT-TC-1A): Een wereldwijd erkende aanbeveling voor de kwalificatie en certificatie van NDO-personeel. Hoewel het een 'Recommended Practice' is, wordt het breed toegepast als basis voor het opzetten van werkgever-specifieke certificatieprogramma's in de Verenigde Staten en daarbuiten. Het biedt richtlijnen voor de structuur van een NDO-kwalificatiesysteem, inclusief opleidingsuren, examenvereisten en ervaringstijden voor verschillende NDO-methoden en -niveaus.

  • ISO 9712 (Non-destructive testing - Qualification and certification of NDT personnel): Dit is een internationale norm die specifiekere en vaak strengere eisen stelt voor de kwalificatie en certificatie van NDO-personeel dan ASNT TC-1A. Het is veel gebruikt in Europa en in veel andere delen van de wereld waar formele, onafhankelijke certificatieprogramma's de voorkeur hebben. ISO 9712 specificeert de kwalificatiecriteria, inclusief training, examen en ervaring, voor drie verschillende niveaus van NDO-personeel, en vereist vaak certificatie door een onafhankelijke nationale certificatie-instelling.

• Verdere belangrijke normen voor NDO-terminologie en -methoden zijn:

  • EN-1330-1/EN-1330-2: Deze normen behandelen algemene en methodespecifieke termen voor NDO. Ze zorgen voor een uniforme taal in de NDO-industrie, essentieel voor duidelijke communicatie en standaardisatie van procedures.

  • EN-ISO 12707 (voorheen EN-1330-7): Deze norm is specifiek gericht op termen die worden toegepast bij magnetisch onderzoek. Het definieert specifieke terminologie, wat cruciaal is voor de precisie en consistentie in rapportage en instructies voor MT-personeel.

• De drie niveaus van NDO-personeel, zoals gedefinieerd in zowel ASNT TC-1A als ISO 9712, elk met een oplopende set van taken en verantwoordelijkheden, zijn essentieel voor een gelaagde aanpak van NDO-activiteiten:

  • Niveau 1: Dit personeel is bekwaam om NDO-apparatuur in te stellen en te kalibreren, onderzoek uit te voeren volgens gedetailleerde, schriftelijke instructies en de resultaten nauwkeurig te rapporteren. Zij opereren altijd onder direct toezicht en de instructies zijn zeer specifiek, vaak stap-voor-stap.

  • Niveau 2: Dit niveau kan complexe NDO-operaties opzetten en verifiëren. Ze zijn in staat om normen, specificaties en branchecodes te interpreteren en te vertalen naar concrete NDO-instructies. Niveau 2 personeel kan apparatuur instellen en verifiëren, en heeft de expertise om resultaten te evalueren en te interpreteren volgens geldende codes, standaarden en specificaties. Ze kunnen alle taken van Niveau 1 uitvoeren, en zijn bevoegd om Niveau 1 personeel te begeleiden en te trainen. Ze zijn ook verantwoordelijk voor de voorbereiding van onderzoeksrapportages.

  • Niveau 3: Het hoogste niveau van kwalificatie. Niveau 3 personeel is verantwoordelijk voor het vaststellen en valideren van NDO-procedures en instructies. Ze leiden NDO-projecten, nemen beslissingen over de keuze van testmethoden en technieken, en hebben de algehele verantwoordelijkheid voor een NDO-testfaciliteit of -afdeling. Dit omvat ook de autorisatie en controle van NDO-personeel op lagere niveaus, evenals de interpretatie van codes, standaarden en specificaties voor de gehele faciliteit. Ze zijn vaak betrokken bij onderzoek en ontwikkeling van nieuwe NDO-toepassingen.

• De toelichting op de normen benadrukt het belang van deze kwalificatieniveaus, de gedetailleerde vereisten voor opleiding, gestandaardiseerde examens en relevante praktijkervaring. Dit systeem zorgt voor een uniforme competentie van NDO-personeel wereldwijd, wat essentieel is voor de veiligheid en betrouwbaarheid in diverse industriële sectoren.

Terminologie en definities

• Een uniforme toepassing van termen en definities is essentieel voor de consistentie en nauwkeurigheid binnen NDO, met name bij magnetisch onderzoek. Belangrijke termen omvatten:

  • Fluxdichtheid/Magnetische Inductie (B): De hoeveelheid magnetische veldlijnen die loodrecht door een bepaald oppervlak stromen. Het is een maat voor de sterkte van het magnetische veld en de richting ervan op een bepaald punt. De SI-eenheid is Tesla (T).

  • Magnetische veldsterkte (H): De intensiteit van een magnetisch veld, onafhankelijk van het materiaal waarin het zich bevindt. Het beschrijft de magnetiserende kracht van een stroomvoerende spoel of een permanente magneet. De SI-eenheid is Ampère per meter (A/m).

  • Magnetische Flux (Φ): De totale hoeveelheid magnetische veldlijnen die door een bepaald oppervlak gaan. Het is een totale maat voor het magnetisme in een gebied. De SI-eenheid is Weber (Wb).

  • Oppervlakte (A): Het oppervlak loodrecht op de richting van de flux. De relatie tussen fluxdichtheid, flux en oppervlakte is B = \frac{\Phi}{A}. Hieruit volgt dat 1 \text{ Tesla} = 1 \text{ Wb/m}^2.

  • Gauss (G): Een oudere, CGS-eenheid (Centimeter-Gram-Seconde) voor magnetische fluxdichtheid. De conversie is 1 \text{ Tesla} = 10,000 \text{ Gauss}, of omgekeerd: 1 \text{ Gauss} = 1 \text{E}-4 \text{ Tesla}.

  • Oersted (Ø): Een oudere, CGS-eenheid voor magnetische veldsterkte. De conversie naar de moderne SI-eenheid is 1 \text{ Oersted} = 80 \text{ A/m}. Hoewel deze oudere eenheden nog in sommige historische documenten voorkomen, worden in de huidige praktijk A/m en Tesla gebruikt.

• De permeabiliteit van materialen (μ) is een cruciale eigenschap die bepaalt hoe gemakkelijk magnetische veldlijnen door een materiaal heen kunnen bewegen en hoe sterk een materiaal wordt gemagnetiseerd onder invloed van een extern magnetisch veld. Er zijn drie hoofdtypen materialen op basis van hun magnetische respons:

  • Diamagnetische materialen: Deze materialen worden licht afgestoten door een extern magnetisch veld. Hun relatieve permeabiliteit (µr) is iets kleiner dan 1 (\mu_r \approx 1). Voorbeelden zijn koper, water, goud, grafiet en bismut. Ze hebben geen permanente magnetische dipolen.

  • Paramagnetische materialen: Deze materialen worden iets aangetrokken door een extern magnetisch veld. Hun relatieve permeabiliteit is iets groter dan 1 (\mu_r > 1). Voorbeelden zijn aluminium, platina, zuurstof en de meeste niet-ferreus metalen. De aantrekking is echter zwak en ze behouden geen magnetisme na verwijdering van het externe veld.

  • Ferromagnetische materialen: Deze materialen worden zeer sterk aangetrokken door een extern magnetisch veld en kunnen zelf permanent gemagnetiseerd worden. Hun relatieve permeabiliteit (\mu_r) is aanzienlijk groter dan 1, vaak variërend van 300 tot wel 5000 of meer. Dit zijn de materialen die relevant zijn voor magnetisch onderzoek, omdat ze sterke magnetische velden kunnen ondersteunen en lekvelden genereren die detecteerbaar zijn. Voorbeelden zijn ijzer, nikkel, kobalt en hun legeringen, zoals staal. Ze bevatten Weiss-domeinen die uitgelijnd kunnen worden.

• De relatieve permeabiliteit (\mur) is een dimensieloze grootheid die aangeeft hoeveel keer een materiaal een magnetisch veld beter geleidt dan vacuüm. De absolute permeabiliteit (\mu) van een materiaal wordt gedefinieerd als het product van de permeabiliteit van het vrije ruimte (\mu0) en de relatieve permeabiliteit van het materiaal (\mu_r):

  • \mu = \mu0 \cdot \mur

  • Waarbij \mu0 de permeabiliteit van het vrije ruimte is, een fundamentele fysische constante, met de waarde \mu0 = 4\pi \times 10^{-7} \text{ H/m} \approx 1.256 \times 10^{-6} \text{ Vs/Am}.

  • De relatie tussen de magnetische inductie (B), de permeabiliteit en de magnetische veldsterkte (H) is gegeven door: B = \mu H of, meer gedetailleerd, B = \mu0 \mur H. Deze formule beschrijft hoe de magnetische inductie in een materiaal reageert op een aangelegd magnetisch veld, rekening houdend met de magnetische eigenschappen van het materiaal zelf.

• De magnetische veldlijnen en het lekveld zijn cruciale concepten voor de detectie van discontinuïteiten in magnetisch onderzoek. Wanneer een discontinuïteit (bijv. een scheur) zich in een ferromagnetisch materiaal bevindt dat is gemagnetiseerd, zullen de magnetische veldlijnen worden omgeleid of 'lekken' uit het oppervlak van het materiaal. Dit gebeurt omdat de lucht of het niet-magnetische materiaal in de scheur een veel lagere permeabiliteit heeft dan het ferromagnetische materiaal. De sterkte van dit lekveld, dat zich buiten het materiaal uitstrekt, bepaalt hoe sterk het ijzerpoeder wordt aangetrokken en hoe duidelijk de indicatie wordt. Een sterker lekveld leidt tot een duidelijkere indicatie.

Fysische principes van magnetisch onderzoek

• Ferromagnetische materialen bezitten unieke magnetische eigenschappen die ze geschikt maken voor magnetisch onderzoek. Intern zijn deze materialen samengesteld uit microscopisch kleine gebieden, bekend als Weiss-domeinen, waarin de magnetische momenten van atomen parallel aan elkaar zijn gericht, wat resulteert in een lokale spontane magnetisatie. Deze domeinen zijn willekeurig georiënteerd in een ongemagnetiseerd materiaal, waardoorde netto magnetisatie nul is.

• Wanneer een extern magnetisch veld (H) wordt aangelegd, ondergaan deze Weiss-domeinen twee primaire veranderingen:

  1. Domeingrensverschuiving: Domeinen waarvan de magnetisatierichting parallel aan het externe veld ligt, zullen groeien ten koste van naburige domeinen die anders georiënteerd zijn. Dit is het initiële en meest voorkomende mechanisme bij lage veldsterkten.

  2. Domeinrotatie: Bij hogere veldsterkten zullen de magnetisatierichtingen van de domeinen roteren totdat ze volledig zijn uitgelijnd met de richting van het externe veld.

• Dit proces leidt tot een toename van de totale magnetisatie van het materiaal, wat resulteert in een toename van de magnetische inductie (B) in het materiaal.

• Het fenomeen hysterese is kenmerkend voor ferromagnetische materialen en beschrijft de afhankelijkheid van de magnetische inductie (B) van de voorgaande magnetische geschiedenis van het materiaal. Wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd en vervolgens weer tot nul wordt gereduceerd, keert de magnetische inductie (B) niet terug naar nul. Een deel van de magnetisatie, bekend als remanent magnetisme (Br) of retentiviteit, blijft achter in het materiaal. Dit residuele magnetisme is cruciaal voor de remanente magnetisatie-methode in MT.

• De hysteresecurve (B-H-lus) visualiseert dit gedrag. Belangrijke punten op deze curve zijn:

  • Verzadiging (Saturation): Het punt waarop bijna alle Weiss-domeinen volledig zijn uitgelijnd met het aangelegde veld. Verdere verhoging van de magnetische veldsterkte (H) levert geen significante toename meer op van de magnetische inductie (B). Het materiaal is magnetisch 'verzadigd'.

  • Remanentie (Remanence, Br): De magnetische inductie die in het materiaal achterblijft wanneer het aangelegde magnetische veld (H) tot nul wordt teruggebracht. Dit is direct gerelateerd aan de capaciteit van een materiaal om permanent gemagnetiseerd te blijven.

  • Coërcitief veld (Coercive field, Hc): De magnetische veldsterkte (H) die in tegengestelde richting moet worden aangelegd om de remanentie (Br) in het materiaal volledig te demagnetiseren, oftewel B weer naar nul te brengen. Materialen met een hoge coërcitief veldsterkte zijn 'hard' magnetisch en behouden hun magnetisme sterker; materialen met een lage coërcitief veldsterkte zijn 'zacht' magnetisch en zijn gemakkelijker te demagnetiseren.

• In de praktijk van magnetisch onderzoek werken we met twee soorten magnetische velden:

  • Het aangelegde magnetische veld (H): Dit veld wordt extern opgewekt door middel van een permanente magneet, een stroomvoerende spoel of door elektrische stroom die direct door het werkstuk vloeit. Dit is de oorzaak van de magnetisatie.

  • Het inductieveld (B): Dit is het totale magnetische veld dat in het materiaal wordt opgewekt, inclusief de bijdrage van het aangelegde veld en de eigen magnetisatie van het materiaal. Dit veld is uiteindelijk verantwoordelijk voor de detecteerbare lekvelden.

• Relaties en Formuleringen:

  • De fundamentele relatie tussen B en H in een lineair, isotroop, en homogeen medium is gegeven door \vec{B} = \mu \vec{H}.

  • Voor ferromagnetische materialen, waar de relatie tussen B en H niet lineair is vanwege hysterese, is de relatie meer complex en wordt deze vaak beschreven door de B-H curve. De eerder genoemde formule \vec{B} = \mu0 \mur \vec{H} is een versimpeling die geldt voor materialen waar \mu_r constant is, wat voor ferromagnetische materialen niet altijd het geval is.

  • \nabla \cdot \vec{B} = 0 : Deze wet van Gauss voor magnetisme stelt dat er geen magnetische monopolen bestaan; magnetische veldlijnen zijn altijd gesloten lussen en hebben geen begin of eind. Dit betekent dat veldlijnen die een ferromagnetisch materiaal binnengaan, er ook weer uit moeten komen, wat leidt tot de vorming van lekvelden bij discontinuïteiten.

• Eenheden en veldmetingen:

  • De veldsterkte op het oppervlak (H surface) en de flux (Φ) nabij defecten zijn bepalend voor de indicaties die via magnetisch onderzoek worden waargenomen. Een voldoende sterke veldsterkte is nodig om lekvelden te creëren die het ijzerpoeder aantrekken.

  • Hoewel Oersted en Gauss traditionele eenheden waren, wordt in de huidige praktijk consistent gebruik gemaakt van Ampère per meter (A/m) voor veldsterkte en Tesla (T) voor fluxdichtheid.

  • De magnetische flux (Φ) kan bijvoorbeeld worden gemeten via een Hall-sensor of een fluxcoil, en de fluxdichtheid (B) wordt afgeleid als de flux per eenheid van oppervlakte. Deze metingen zijn essentieel voor het kalibreren van apparatuur en het valideren van de magnetisatieniveaus.

• Demagnetisatie:

  • Na magnetisch onderzoek kan restmagnetisme in het te inspecteren object achterblijven. Dit restmagnetisme kan hinderlijk zijn voor verdere bewerkingen (bijv. lassen), voor metingen (bijv. metingen met gevoelige elektronica), of kan aantrekking van metaaldeeltjes veroorzaken. Daarom is demagnetiseren vaak een noodzakelijke laatste stap.

  • De meest effectieve methode voor demagnetisatie is het aanleggen van een wisselend magnetisch veld (AC), waarvan de amplitude geleidelijk afneemt naar nul. Dit zorgt ervoor dat de Weiss-domeinen in het materiaal voortdurend van richting veranderen en uiteindelijk in een willekeurige configuratie achterblijven, waardoor de netto magnetisatie tot bijna nul wordt gereduceerd. Demagnetisatie met gelijkstroom (DC) is minder effectief, omdat het alleen een enkel magnetisch veld creëert wat moeilijker te elimineren is. Het is belangrijk om het object in verschillende richtingen te demagnetiseren om alle remanent magnetisme te verwijderen.

Magnetisatie en onderzoeksmethoden

• Er zijn twee hoofdtypen magnetisatiemethoden, die bepalend zijn voor de timing van de applicatie van het testmiddel ten opzichte van de magnetisatie:

  • Continue methode: Bij deze methode wordt het testmiddel (ijzerpoeder) aangebracht terwijl het object actief wordt gemagnetiseerd. Dit resulteert in de meest gevoelige detectie van lekvelden, omdat de magnetische deeltjes direct worden aangetrokken tot de lekvelden op het moment dat deze het sterkst zijn. Dit is de meest gebruikte methode voor een maximale detecteerbaarheid.

  • Remanente methode: Deze methode maakt gebruik van het restmagnetisme (remanentie) dat in het materiaal achterblijft nadat het externe magnetische veld is uitgeschakeld. Het testmiddel wordt dan pas aangebracht. Deze methode is alleen geschikt voor materialen met een hoge remanentie (die hun magnetisme goed vasthouden) en is doorgaans minder gevoelig dan de continue methode, maar kan wel handig zijn op locaties waar continu magnetiseren lastig is.

• De eigenlijke magnetisatie kan op verschillende manieren worden opgewekt, verdeeld in directe en indirecte methoden:

  • Directe methode (continue): De elektrische stroom vloeit direct door het te inspecteren werkstuk. Dit induceert een circulair magnetisch veld (ringmagnetsatie) rond de stroombaan, wat ideaal is voor het detecteren van longitudinale discontinuïteiten (die parallel aan de stroomrichting liggen).

    • Tasters/probes (prod-stiften): Twee koperen contactstiften worden op het oppervlak van het werkstuk gedrukt en hierdoor wordt stroom geleid. Dit creëert een lokaal magnetisch veld tussen de stiften. Nadeel is het risico op inbranding of beschadiging van het oppervlak op de contactpunten, vooral bij hoge stroomsterktes of slechte contacten. Speciale zorg is nodig voor oppervlaktevoorbereiding en koeling.

    • Direct door het werkstuk geleide stroom (Head-Shot, HS): Hierbij wordt het gehele werkstuk tussen de contactpunten van een stroombron geplaatst (bijv. in een bank). Dit zorgt voor een uniforme stroomverdeling door het werkstuk. Deze methode wordt vaak toegepast in geautomatiseerde inspectiebanken.

  • Indirecte methode (continue): Het magnetische veld wordt opgewekt zonder dat de stroom direct door het werkstuk vloeit. Dit leidt vaak tot longitudinale magnetisatie (polen aan de uiteinden, vergelijkbaar met een staafmagneet), geschikt voor het detecteren van dwarse discontinuïteiten (loodrecht op de veldlijnen).

    • Spoelmethode (coil method): Het werkstuk wordt door een spoel (een aantal windingen koperdraad) gevoerd of de spoel wordt rondom een deel van het object geplaatst. Door stroom door de spoel te leiden, wordt een axiaal magnetisch veld in het werkstuk gegenereerd. Deze methode is zeer effectief voor het detecteren van dwarse of circulaire fouten (loodrecht op de lengteas van de spoel).

    • Centrale geleidermethode (central conductor): Een stroomvoerende geleider wordt door een opening in het object gevoerd (bijv. een holle pijp of ring). De stroom door de geleider creëert een circulair magnetisch veld in het omringende object, ideaal voor het detecteren van longitudinale discontinuïteiten aan de binnen- en buitenzijde van de boring.

    • Yoke-methode (jukmagneet): Een mobiele jukmagneet (permanent of elektromagnetisch) wordt gebruikt om een lokaal, gericht magnetisch veld te creëren. De jukmagneet heeft twee polen waartussen de magnetische veldlijnen lopen. De magnetische deeltjes worden aangetrokken tot lekvelden die dwars op de veldlijnen liggen. Deze methode is zeer flexibel en wordt breed toegepast voor inspectie op locatie, vaak gebruikt voor lassen door de poten van de juk over de lasnaad te plaatsen om dwarse fouten te detecteren.

• Belangrijke maatvoering in de praktijk:

  • Voor magnetiseren met een jukmagneet wordt de “dead weight” test uitgevoerd. Een elektromagnetische jukmagneet moet een gespecificeerd gewicht van minimaal 4.5 kg (~45 N) kunnen tillen om aan te tonen dat de magnetiserende kracht voldoende is voor effectieve inspectie. Dit is een cruciale kwaliteitscontrole om te verzekeren dat de juk presteert volgens de geldende normen.

  • Een adequate demagnetisatie en controleprocedure wordt uitgevoerd vóór inspectie, vooral bij nieuwe materialen of na bewerkingen die magnetisme kunnen induceren, om ongewenste overslag of valse indicaties door restmagnetisme te voorkomen. Dit verzekert een schone start voor de inspectie en voorkomt misinterpretaties.

Apparatuur en testmiddelen

• Handmagneten en jukmagneten:

  • Permanente magneten: Deze genereren een vast magnetisch veld zonder externe stroomvoorziening. Ze zijn ideaal voor speciale gevallen waar geen elektriciteit beschikbaar is of in explosieve omgevingen. Echter, ze bieden een relatief lage en niet-regelbare veldsterkte, en de magnetisatie is vast van richting.

  • Elektromagnetische handmagneten (jukken): Dit zijn de meest voorkomende draagbare magnetisatiebronnen. Ze bestaan uit een U-vormige, lamineerde kern met spoelen eromheen gewikkeld. Door stroom door de spoelen te leiden, wordt een sterk magnetisch veld tussen de polen opgewekt. Ze zijn verkrijgbaar voor zowel wisselstroom (AC, 230 V/50 Hz), die voornamelijk geschikt is voor oppervlaktedefecten, als gelijkstroom (DC), die ook voor dieper gelegen defecten enigszins geschikter is. Voor verbeterde veiligheid, vooral in natte of geleidende omgevingen, worden vaak laagspanningsapparaten gebruikt (met scheidingstransformatoren tot 42 V).

• Generatoren en voeding:

  • Mobiele en stationaire stroomgeneratoren leveren de benodigde hoge stroomsterktes voor directe en indirecte magnetisatie. Deze kunnen variëren van draagbare units voor veldwerk tot grote, vaste installaties voor productielijnen. Ze kunnen worden gebruikt als de directe stroombron voor head-shot magnetisatie, of als voeding voor centrale geleiders (die door holle delen zoals pijpen worden geleid), of voor het aanbrengen van kabelwikkelingen rond grote objecten om een magnetisch veld op te wekken.

• Testmiddelen (ijzerdeeltjes):

  • De kwaliteit en eigenschappen van het testmiddel (fijngemalen ferromagnetische deeltjes) zijn van cruciaal belang voor de detectiegevoeligheid en de duidelijkheid van de indicaties:

    • Magnetische kleur: Testmiddelen zijn verkrijgbaar in verschillende kleuren: zwart (voor goed contrast op lichte oppervlakken), grijs, rood, en meest gevoelig: fluorescerend. Fluorescerende deeltjes lichten fel op onder UV-licht, wat een extreem hoog contrast biedt, zelfs bij zeer fijne discontinuïteiten. Dit maakt ze ideaal voor kritische applicaties waar maximale gevoeligheid vereist is.

    • Mobiliteit en aantrekking: De deeltjes moeten een hoge mobiliteit hebben zodat ze gemakkelijk naar de lekvelden kunnen bewegen, maar ook voldoende aantrekkingskracht om daar vast te blijven zitten en een duidelijke indicatie te vormen. Een te hoge mobiliteit zonder voldoende aantrekkingskracht kan leiden tot diffuse indicaties; te lage mobiliteit kan fijne defecten missen.

    • Deeltjesgrootte en vorm: Kleine, ronde deeltjes hebben een hogere mobiliteit en kunnen beter fijne scheurtjes binnendringen, maar hun aantrekkingskracht tot het lekveld is relatief laag. Grotere, langwerpige deeltjes hebben een hogere aantrekkingskracht maar een lagere mobiliteit. Daarom wordt vaak een mengsel van grote en kleine deeltjes gebruikt om een breed scala aan defecten effectief te detecteren. Bij de natte methode (deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof) worden doorgaans kleinere deeltjes gebruikt, terwijl bij de droge methode (poeder) deeltjes van uiteenlopende groottes gangbaarder zijn.

    • Permeabiliteit en retentiviteit: Het testmiddel zelf moet een hoge permeabiliteit hebben (gemakkelijk magnetiseerbaar) en een lage retentiviteit (gemakkelijk te demagnetiseren). Dit voorkomt dat de deeltjes aan elkaar kleven of dat ze permanent aan het object blijven plakken na de inspectie, bekend als 'magnetic agglomeration' (klontering). Klontering vermindert de gevoeligheid en kan leiden tot valse indicaties.

• Testmedia-onderdelen en referenties (referentietestblokken): Deze worden gebruikt om de richting en de sterkte van het magnetische veld te controleren, en om de gevoeligheid van het inspectiesysteem te verifiëren:

  • Berthold-plaatje (Magnetic Field Indicator): Dit is een dun, ferromagnetisch plaatje met vier geperforeerde gaten (ster-vormig) en wordt op het inspectieoppervlak geplaatst. Het geeft lekvelden aan die afhankelijk zijn van de richting van het aangelegde veld. Het is nuttig voor een snelle visuele controle van de aanwezige veldrichting en sterkte via de visualisatie van een kruispatroon.

  • Pie Gauge: Een achthoekig, geperforeerd plaatje met vier scheurlijnen die radiaal vanuit het midden lopen. Dit is beter geschikt voor het controleren van de veldrichting en is minder gevoelig voor overmagnetisatie dan het Berthold-plaatje. Het wordt vaak gebruikt om de optimale veldrichting te bepalen voor de detectie van discontinuïteiten in verschillende oriëntaties.

  • Castrol Strips (Type I, II, III): Dit zijn dunne, flexibele ferromagnetische stroken met kunstmatige groeven met verschillende dieptes. Ze zijn ontworpen om plakbaar te zijn en worden op het testoppervlak geplaatst om de aanwezigheid en richting van een magnetisch veld te verifiëren. Ze controleren effectief de