Kiểm tra hạt từ MT — nguyên lý, kỹ thuật từ hóa và cách chọn bột từ Diffu-Therm

Nguyên lý và giới hạn quyết định của phương pháp

Kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Testing — MT) dựa trên hiện tượng từ trường rò. Khi một chi tiết sắt từ được từ hóa, đường sức từ chạy trong lòng vật liệu. Gặp khuyết tật cắt ngang đường sức, từ trở tăng đột ngột, một phần đường sức buộc phải thoát ra ngoài bề mặt và tạo ra hai cực từ nhỏ ngay tại miệng khuyết tật. Hạt bột từ rắc lên bề mặt sẽ bị hai cực này hút lại và tụ thành chỉ thị nhìn thấy được.

Giới hạn tuyệt đối: MT chỉ dùng được cho vật liệu sắt từ — thép carbon, thép hợp kim thấp, thép không gỉ ferit và martensit, gang, nickel, cobalt. Phương pháp này không dùng được cho thép không gỉ austenit (các mác 304, 316 thông dụng), nhôm, đồng, titan, hợp kim nickel gốc austenit. Với những vật liệu đó phải chuyển sang PT hoặc ET.

Đây là điểm hay gây tranh cãi tại hiện trường. Một mối hàn nối thép carbon với thép 316 chỉ kiểm tra MT được ở phía thép carbon; phần còn lại và vùng kim loại mối hàn phải xử lý bằng phương pháp khác. Nếu quy trình dự án không nói rõ điều này, nên làm rõ trước khi huy động thiết bị.

So với PT, MT có hai ưu điểm:

• phát hiện được khuyết tật nằm ngay dưới bề mặt ở độ sâu vài milimét, trong khi PT chỉ thấy khuyết tật hở ra bề mặt
• nhanh hơn đáng kể, không cần dwell time dài

Và một nhược điểm lớn: kết quả phụ thuộc vào hướng của từ trường so với hướng khuyết tật.

Hướng từ trường — điều quan trọng nhất và hay bị làm sai nhất

Khuyết tật chỉ tạo ra từ trường rò rõ khi nó cắt ngang đường sức từ. Khuyết tật nằm song song với đường sức gần như không tạo chỉ thị và sẽ bị bỏ sót hoàn toàn.

Hệ quả thực hành: mỗi vùng kiểm tra phải được từ hóa ít nhất hai lần, theo hai hướng vuông góc nhau. Đây không phải khuyến nghị mà là yêu cầu của tiêu chuẩn. Một mối hàn chỉ kiểm tra một chiều thì có thể bỏ sót toàn bộ lớp nứt dọc — đúng loại nứt nguy hiểm nhất trong mối hàn.

Độ nhạy đạt cao nhất khi khuyết tật vuông góc với đường sức, giảm dần khi góc nhỏ lại, và về gần bằng không khi song song. Trong thực hành, khuyết tật lệch dưới khoảng 45° so với đường sức đã bắt đầu khó phát hiện.

Bốn kỹ thuật từ hóa và khi nào dùng cái nào

Với công việc kiểm tra mối hàn tại nhà máy và công trường ở Việt Nam, yoke là kỹ thuật chiếm đa số, vì cơ động, không để lại vết cháy và không cần dòng lớn.

Từ hóa AC hay DC

• AC (dòng xoay chiều) — hiệu ứng bề mặt làm từ trường tập trung ở lớp sát bề mặt, cho độ nhạy cao nhất với khuyết tật hở ra bề mặt. Dao động của AC còn giúp hạt bột từ linh động hơn, dễ tụ về vị trí khuyết tật.
• DC hoặc chỉnh lưu — từ trường thấm sâu hơn, phát hiện được khuyết tật dưới bề mặt tốt hơn, nhưng độ nhạy bề mặt kém hơn AC và khử từ sau đó khó hơn.

Nguyên tắc chọn: tìm nứt bề mặt thì dùng AC; nghi ngờ có khuyết tật dưới bề mặt thì dùng DC.

Bột từ khô hay huyền phù ướt

Diffu-Therm cung cấp dòng huyền phù ướt — bột từ đã phân tán sẵn trong chất mang. Huyền phù ướt cho độ nhạy cao hơn bột khô với khuyết tật nhỏ, vì hạt mịn hơn và linh động hơn trên bề mặt.

Nhóm bột từ Diffu-Therm chia theo ba trục: màu quan sát, dải nhiệt, và chất mang.

Bột từ đen hay huỳnh quang

Bột từ đen quan sát dưới ánh sáng trắng thông thường. Ưu điểm: không cần buồng tối, không cần đèn UV, không cần thời gian thích nghi mắt, làm được ngoài trời ban ngày. Nhược điểm: độ tương phản phụ thuộc màu nền — trên thép sẫm màu hoặc bề mặt gia công thô, chỉ thị đen trên nền đen rất khó thấy. Đây là lý do tồn tại của DPM.

Bột từ huỳnh quang quan sát dưới đèn UV-A. Độ nhạy cao hơn rõ rệt vì mắt người phát hiện điểm sáng trên nền tối tốt hơn nhiều so với điểm tối trên nền sáng. Cái giá phải trả là điều kiện quan sát khắt khe: cần buồng tối hoặc che chắn, đèn UV-A đạt cường độ, ánh sáng trắng nền phải đủ thấp, và mắt cần thời gian thích nghi.

Với kiểm tra mối hàn ngoài trời ban ngày, huỳnh quang gần như không khả thi — nên chọn bột từ đen kèm DPM.

Vai trò của lớp nền tương phản DPM

DPM là lớp sơn nền trắng mỏng phủ lên bề mặt trước khi rắc bột từ đen. Nó không tham gia vào cơ chế phát hiện, chỉ làm tăng tương phản.

Ba lưu ý khi dùng DPM:

1. Lớp phải mỏng. Lớp sơn dày làm tăng khoảng cách giữa bề mặt kim loại và hạt bột từ, làm giảm lực hút và giảm độ nhạy.
2. Phải để khô hoàn toàn trước khi phun huyền phù bột từ.
3. Khi cần làm sạch cục bộ mà vẫn giữ lớp nền, dùng BRE-2 hoặc BRE-3 — hai cleaner này không làm tan DPM. Dùng BRE hoặc BRE-S sẽ tẩy luôn lớp nền và phải làm lại từ đầu.

Kiểm tra nồng độ huyền phù

Đây là hạng mục kiểm soát chất lượng bị bỏ qua nhiều nhất tại hiện trường, và cũng là hạng mục mà đánh giá viên hay hỏi tới.

Nồng độ hạt trong huyền phù ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả: quá loãng thì không đủ hạt tụ lại để tạo chỉ thị nhìn thấy được; quá đặc thì nền bám bột khắp nơi, che mất chỉ thị thật và tạo chỉ thị giả.

Cách kiểm tra tiêu chuẩn dùng ống lắng hình quả lê (pear-shaped settling tube): lấy mẫu huyền phù đã khuấy đều, để lắng trong thời gian quy định, rồi đọc thể tích cặn lắng.

Ba điểm cần nắm:

• Ngưỡng nồng độ của bột từ huỳnh quang thấp hơn nhiều so với bột từ đen — vì hạt huỳnh quang phát sáng nên cần ít hạt hơn để tạo chỉ thị thấy được, và nồng độ cao sẽ làm nền sáng che mất chỉ thị.
• Thời gian lắng khác nhau giữa chất mang gốc dầu và gốc nước — huyền phù gốc nước lắng chậm hơn.
• Phải kiểm tra định kỳ, không chỉ lúc pha mới — chất mang bay hơi làm huyền phù đặc dần, còn hạt bám vào chi tiết làm loãng dần; hai xu hướng này không tự triệt tiêu nhau.

Giá trị ngưỡng cụ thể và thời gian lắng phải lấy theo bản tiêu chuẩn mà dự án áp dụng (ISO 9934-2 hoặc ASTM E1444), vì các bản khác nhau quy định khác nhau.

Với sản phẩm dạng bình xịt aerosol của Diffu-Therm, nồng độ đã được hãng pha sẵn — nhưng phải lắc kỹ trước khi dùng, vì hạt lắng xuống đáy bình trong lúc lưu kho.

Điều kiện quan sát

Với bột từ đen (ánh sáng trắng): cần đủ độ rọi tại bề mặt kiểm tra, chiếu không gây lóa và không đổ bóng che vùng cần nhìn. Đây thường là mức tương đương ánh sáng làm việc tốt trong xưởng.

Với bột từ huỳnh quang (đèn UV-A):

• Đèn UV-A bước sóng khoảng 365 nm, phải đạt cường độ tối thiểu tại bề mặt kiểm tra — đo bằng máy đo irradiance UV, không đoán bằng mắt
• Ánh sáng trắng nền phải đủ thấp — đây là điều kiện hay bị vi phạm nhất khi làm ngoài xưởng
• Mắt cần thời gian thích nghi với bóng tối trước khi bắt đầu đánh giá; bước vào buồng tối rồi đọc kết quả ngay là sai quy trình
• Kiểm tra đèn trước mỗi ca — bóng UV suy giảm cường độ theo giờ sử dụng và có thể vẫn phát sáng nhìn thấy được trong khi cường độ UV-A đã tụt dưới ngưỡng
• Không đeo kính đổi màu hoặc kính có lớp phủ phản quang khi đánh giá

Giá trị ngưỡng cụ thể lấy theo tiêu chuẩn dự án áp dụng.

Khử từ sau kiểm tra

Sau khi từ hóa, chi tiết giữ lại từ dư. Từ dư gây vấn đề khi:

• chi tiết sẽ được hàn tiếp — từ dư làm lệch hồ quang (arc blow), gây khuyết tật hàn mới
• chi tiết là bộ phận chuyển động — từ dư hút mạt kim loại vào bề mặt ma sát, gây mài mòn
• chi tiết nằm gần thiết bị đo hoặc cảm biến nhạy từ
• chi tiết sẽ được gia công cắt gọt — phoi bám vào dao và bề mặt

Khi quy trình yêu cầu khử từ, phải đo từ dư còn lại bằng thiết bị đo từ trường và ghi vào biên bản, không chỉ ghi "đã khử từ".

Chi tiết đã từ hóa bằng AC dễ khử từ hơn nhiều so với DC — thêm một lý do chọn AC khi không cần thấm sâu.

Bảng chọn nhanh vật tư MT Diffu-Therm

Năm lỗi làm hỏng kết quả MT

1. Chỉ từ hóa một chiều — bỏ sót toàn bộ khuyết tật song song với đường sức.
2. Không kiểm tra nồng độ huyền phù — chạy cả ca với huyền phù quá loãng mà không biết.
3. Lớp DPM quá dày — làm giảm lực hút hạt bột từ và giảm độ nhạy.
4. Không kiểm tra cường độ đèn UV trước ca — đèn vẫn sáng nhưng cường độ UV-A đã dưới ngưỡng.
5. Dùng BRE thay vì BRE-2/BRE-3 trong quy trình có DPM — tẩy mất lớp nền, phải làm lại.

Cần chuẩn bị gì khi gửi RFQ vật tư MT

• Tiêu chuẩn áp dụng — ISO 9934, ASTM E1444 hay yêu cầu riêng của dự án
• Vật liệu — xác nhận là vật liệu sắt từ; nếu có thép austenit trong phạm vi thì phải tách phần đó sang PT
• Nhiệt độ bề mặt lúc kiểm tra — quyết định chọn MPS-S, MPS-S2 hay MPS-F3
• Quan sát bằng ánh sáng trắng hay đèn UV — quyết định bột từ đen hay huỳnh quang
• Có cần lớp nền tương phản DPM không
• Điều kiện HSE — hạn chế dung môi thì chuyển sang MPS-SW
• Điều kiện vận chuyển — công trường xa hoặc vận chuyển hàng không thì cân nhắc MPS-FW
• Quy cách và số lượng — bình xịt hay can, dung tích
• Yêu cầu chứng từ — SDS, ngôn ngữ SDS, CO/CQ, EN 10204-3.1B