คู่มือการตรวจสอบด้วยผงแม่เหล็ก (Magnetic Particle Testing: MT)

การตรวจสอบด้วยผงแม่เหล็ก
(Magnetic Particle Testing: MT)




Magnetic Particle Testing: MT

เป็นการทดสอบแบบไม่ทำลายสภาพ ใช้หาจุดบกพร่องบนพื้นผิว (Surface Method) หรือตรวจสอบหารอยร้าวใต้พื้นผิวตื้นๆ ของชิ้นงานที่แม่เหล็ก (Ferro-magnetic) เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าผสม เหล็กกล้าสเตนเลสเฟอร์ริติก เหล็กกล้าสเตนเลสดูเพล็กซ์ ยกเว้นวัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็ก (Non-magnetic) ไม่สามารถตรวจสอบด้วยผงแม่เหล็กได้

หลักการตรวจสอบ

ใช้วิธีการสร้างสนามแม่เหล็กให้เกิดขึ้นในชิ้นงานทดสอบ ชิ้นงานทดสอบที่มีรอยแตกร้าวเกิดขึ้นที่ผิวหรือใต้ผิวตื้นๆ จะมีการรั่วของสนามแม่เหล็กเกิดเป็นขั้วเหนือ-ขั้วใต้ขึ้น เมื่อทำการฉีดหรือโรยผงเหล็กลงไป ผงเหล็กก็จะไปเกาะอยู่บริเวณที่มีการรั่วของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นปรากฏให้เห็นรอยร้าว

1.1 วัตถุประสงค์ของการทดสอบด้วยผงแม่เหล็ก

เพื่อใช้ค้นหาความไม่ต่อเนื่องหรือจุดบกพร่องชนิดรอยร้าว (Cracks) บริเวณผิวหน้าแนวเชื่อมและบริเวณผลกระทบร้อนจากการเชื่อม ที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าตามปกติได้

1.2 ทฤษฎีของพลังงานแม่เหล็ก (Theory of Magnetism)

บริเวณที่มีการกระทำของแรงแม่เหล็ก เรียกว่าสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) สภาพการกระจายของสนามแม่เหล็กเรียกว่าเส้นแรงแม่เหล็ก (Line of Force)

วัสดุแม่เหล็กโมเลกุลภายในทั้งหมดจะเรียงตัวกันอยู่ในขั้วเหนือและขั้วใต้อย่างเป็นระเบียบดังรูปที่ 1

               (ก)                                                                                           

                                                                                             
                                                                                                                                       (ข)

รูปที่ 1 โมเลกุลของวัสดุที่มีสมบัติทางแม่เหล็ก (ก) การเรียงตัวของโมเลกุลในวัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็ก

(ข) การเรียงตัวของโมเลกุลที่เป็นระเบียบในวัสดุที่เป็นแม่เหล็ก - ที่มา: www.ndt-ed.org.

1.2.1 สนามแม่เหล็ก (Magnetic Field)

คือเส้นสมมุติที่เขียนขึ้นเพื่อแสดงอาณาเขตและความเข้มของเส้นแรงแม่เหล็กวัตถุที่มีความแตกต่าง แตกต่างของศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าเรียกว่าสนามไฟฟ้า และโดยรอบวัตถุที่มีกระแสไฟฟ้าไหลจะเกิดสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กเป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทางจึงเป็นปริมาณเวคเตอร์ ดังนั้น จึงสามารถเสริมหรือหักล้างแบบเวคเตอร์ได้ สนามแม่เหล็กมีหน่วยเป็นเว็บเบอร์/ตารางเมตรหรือเทสลา

รูปที่ 2 บริเวณรอบๆ แท่งแม่เหล็กที่แม่เหล็กสามารถส่งอำนาจแม่เหล็กไปถึง

ที่มา : www.en.wikipedia.org

ถ้านำแม่เหล็กหรือสารแม่เหล็กเข้าไปวางในสนามแม่เหล็กก็จะมีแรงกระทำเกิดขึ้นบนแท่งแม่เหล็ก หรือสารแม่เหล็กนั้น ถ้าวางใกล้แรงจะมีค่ามาก ถ้าวางห่างแรงจะมีค่าน้อย และถ้าอยู่นอกสนามแม่เหล็กแรงกระทำจะมีค่าเป็นศูนย์ จึงสรุปได้ว่า ความแรงของสนามแม่เหล็กในแท่งแม่เหล็กตามจุดต่างๆ มีค่าต่างกัน ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแท่งแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดต่างๆ เรียกว่า ความเข้มของสนามแม่เหล็ก

1.2.2 เส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic Line of Force)

คือแรงแม่เหล็กที่มีลักษณะเป็นเส้นๆ แผ่กระจายอยู่เต็มสนามแม่เหล็กเป็นเส้นสมมุติ แสดงทิศทางของแรงแม่เหล็ก ดังแสดงในรูปที่ 3 มีข้อพิจารณาเกี่ยวกับทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กดังนี้

·       ภายในแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศพุ่งจากขั้วใต้ไปยังขั้วเหนือ

·       ภายนอกแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศพุ่งจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้

จากรูปที่ 3 จะเห็นว่าเส้นแรงแม่เหล็กจะวิ่งจากขั้วหนึ่งไปอีกขั้วหนึ่งเป็นวง (Loop) ในทิศทางเดียว จะไม่วิ่งสวนทิศกันหรือตัดกัน และเกิดเป็นสนามแม่เหล็กขึ้น

ทิศทางเส้นแรงแม่เหล็ก            ทิศทางเส้นแรงแม่เหล็ก ภายในแท่งแม่เหล็กพุ่ง                                                                                                              ภายนอกแท่งแม่เหล็กพุ่ง จากทิศใต้ไปทิศเหนือ                                                                                                                   จากทิศเหนือไปทิศใต้

                              รูปที่ 3 ทิศทางการวิ่งของเส้นแรงแม่เหล็ก -ที่มา: www.ndt-ed.org

1.2.3 ฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux) คือ ปริมาณความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก ปริมาณฟลักซ์แม่เหล็กมองตามแบบสามมิติคือปริมาณเส้นแรงต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ที่เส้นแรงแม่เหล็กตกตั้งฉาก

ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux Density) ใช้วัดปริมาณของสนามแม่เหล็กซึ่งก็คือค่าสนามแม่เหล็กในหน่วยเว็บเบอร์ต่อตารางเมตรนั่นเอง

1.2.4 สนามแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าที่แท่งแม่เหล็กเกิดจากอำนาจกระแสไฟฟ้า ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้าหาได้จากกฎมือขวา ซึ่งจะแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็กทวนเข็มนาฬิการอบตัวนำเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ตัวนำ 

                                                                              ทิศทางกระแสไฟฟ้า

ทิศทางสนามแม่เหล็ก                 

รูปที่ 4 กฎมือขวา แสดงทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าและทิศทางการเกิดสนามแม่เหล็ก

ที่มา : www.sciencecity.oupchina.com, www.picasaweb.google.com

(ก)                                                                                                                   (ข)

รูปที่ 5 การไหลของเส้นแรงแม่เหล็กทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก (ก) ในสภาวะที่ไม่ผ่านตัวกลาง และ (ข) ในสภาวะที่ผ่านตัวกลาง - ที่มา : www.ndt-ed.org.

จากรูปที่ 5 ถ้ามีจุดบกพร่องจะเกิดการรั่วของสนามแม่เหล็ก เกิดเป็นขั้วเหนือ-ขั้วใต้ สามารถดูดผงเหล็กมารวมกันที่เหนือบริเวณที่เกิดจากจุดบกพร่อง ดังแสดงในรูปที่ 6 

               เส้นแรงสนามแม่เหล็ก                                        ผงแม่เหล็กรวมตัวเหนือบริเวณการรั่วของเส้นแรงแม่เหล็ก 

ขั้วเหนือ (N)               ขั้วใต้ (S)

                                                                                                                        รอยแตกร้าว

รูปที่ 6 จุดบกพร่องทำให้เกิดการรั่วของสนามแม่เหล็ก แยกเป็นขั้วเหนือ-ขั้วใต้ ดูดผงเหล็กมารวมกัน ที่เหนือบริเวณที่เกิดจากจุดบกพร่อง - ที่มา : www.ndt-ed.org

คำว่า “แม่เหล็กไฟฟ้า” มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่สามารถแยกออกจากกันได้ การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามไฟฟ้า ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้เช่นกัน

1.2.5 สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าสลับ และกระแสตรง

หลังการตรวจสอบโดยใช้กระแสไฟสลับหรือกระแสตรงจากแบตเตอรี่ต้องกำจัดแม่เหล็กตกค้างออกให้หมด กระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กแยกออกได้ดังนี้

·       กระแสไฟตรง (Direct Current Magnetization)

เป็นกระแสไฟฟ้าที่ได้จากแบตเตอรี่ มีกระแสไฟสูงสุดคงที่ เหมาะสามารถตรวจหาจุดบกพร่องใต้ผิวตื้นๆ ได้ดี แต่กำลังและอายุการใช้งานของกระแสไฟจะถูกจำกัดตามขนาดและสภาพของแบตเตอรี่ มีน้ำหนักมากไม่สะดวกต่อการเคลื่อนย้าย

·       กระแสไฟสลับ (Alternating Current Magnetization)

เป็นกระแสที่มีค่าขึ้นลงใน 1 ไซเคิลเป็นกระแสบวกและลบ มีความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าไหลตามผิวตัวนำมากกว่าแกนในของตัวนำ ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า Skin Effect ทำให้สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟสลับเหมาะใช้ตรวจค้นหารอยร้าวบนพื้นผิวของชิ้นงานตรวจสอบ

กระแสไฟสลับที่สร้างสนามแม่เหล็ก ต้องผ่านระบบเรียงกระแส (Rectified Current Magnetization) แบ่งออกได้ดังนี้

(1) Half - wave Single Phase

(2) Full-wave Single Phase

(3) Full-wave Three Phase

รูปที่ 9 การแปลงกระแสไฟสลับมาใช้ในการตรวจสอบด้วยผงแม่เหล็ก -ที่มา: www.ndt-ed-org

·       Half-wave Single Phase

เป็นกระแสไฟสลับที่ถูกแปลงด้วยอุปกรณ์เรียงกระแส (Rectifier) โดยตัดเอากระแสลบในครึ่งไซเกิลออกให้เหลือแต่กระแสไฟบวกเท่านั้น กระแสที่ถูกเรียงมีค่าต่ำสุดเป็นศูนย์ตามรูปที่ 9 ทำให้สามารถตรวจสอบรอยร้าวใต้ผิวตื้นๆ ได้เช่นเดียวกับกระแสตรงจากแบตเตอรี่ แต่อุปกรณ์มีราคาไม่แพงมากนักและมีการสั่นของผงแม่เหล็กให้รวมตัวที่จุดบกพร่อง

·       Full-wave Single Phase และ Full-wave Three Phase

เป็นกระแสสลับ 1 เฟสและ 3 เฟส ที่ถูกแปลงด้วยอุปกรณ์เรียงกระแส (Rectifier) โดยตัดเอากระแสลบใน 1 ไซเกิลออกให้เหลือแต่กระแสไฟบวกเท่านั้น กระแสที่ถูกเรียงมีค่าต่ำสุดเป็นศูนย์ตามรูปที่ 9 ทำให้สามารถตรวจสอบรอยร้าวใต้ผิวตื้นๆ ได้เช่นเดียวกับกระแสตรงจากแบตเตอรี่ แต่อุปกรณ์มีราคาแพงและการสั่นของผงแม่เหล็กมีน้อยลง

ปัจจุบันกระแสสลับเรียงกระแสชนิด Full-wave Single Phase และ Full-wave Three Phase ได้พัฒนาการเรียงกระแสให้ราบเรียบคงที่มากขึ้นเรียกว่า Rectified + Filtered AC เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานให้สูงขึ้นดังแสดงรายละเอียดในรูปที่ 9

Link สินค้า : MT magnetic particle tester