Inspeksi Partikel Magnetik: Pengujian Non-Destruktif yang Penting untuk Kualitas Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pemeriksaan Partikel Magnetik (MPI) adalah metode pengujian non-destruktif (NDT) yang digunakan untuk mendeteksi ketidakteraturan permukaan dan dekat permukaan pada bahan ferromagnetik, terutama baja. Ini melibatkan memagnetisasi spesimen uji dan menerapkan partikel ferromagnetik untuk mengungkap cacat seperti retakan, lipatan, porositas, atau inklusi. MPI dihargai karena sensitivitasnya yang tinggi, pelaksanaan yang cepat, dan kemampuannya untuk mengidentifikasi cacat yang tidak terlihat oleh mata telanjang.

Secara fundamental, MPI memberikan indikasi visual dari kebocoran fluks magnetik yang disebabkan oleh ketidakteraturan permukaan atau bawah permukaan. Ini memainkan peran penting dalam pengendalian kualitas baja, terutama pada komponen kritis seperti bejana tekan, pipa, baja struktural, dan bagian otomotif. Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, MPI memastikan integritas dan keamanan produk baja dengan memungkinkan deteksi cacat dini, sehingga mencegah kegagalan yang katastrofik dan memperpanjang masa pakai.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Pada produk baja, indikasi partikel magnetik biasanya muncul sebagai garis, titik, atau pola terang atau gelap di permukaan tempat ketidakteraturan ada. Ketika spesimen dimagnetisasi, cacat ini mengganggu fluks magnetik, menyebabkan kebocoran fluks di lokasi cacat. Partikel ferromagnetik, baik dalam keadaan kering atau terlarut dalam pembawa cair, tertarik ke bidang kebocoran ini, mengumpul di lokasi cacat.

Di tingkat makro, indikasi muncul sebagai garis atau kelompok yang terlihat, sering kali bercahaya, di permukaan, yang dapat diamati secara langsung di bawah kondisi pencahayaan yang tepat. Secara mikroskopis, partikel berkumpul di sepanjang tepi cacat, menggambarkan bentuk dan ukuran cacat. Penampilan indikasi ini—seperti ukuran, bentuk, dan intensitasnya—memberikan informasi penting tentang sifat dan tingkat keparahan cacat.

Mechanisme Metalurgi

Dasar metalurgi dari MPI bergantung pada sifat magnetik baja ferromagnetik. Ketika medan magnet diterapkan, domain magnetik baja sejajar sepanjang garis medan, membentuk fluks magnetik yang seragam dalam material. Ketidakteraturan seperti retakan atau inklusi mengganggu fluks ini, menciptakan kebocoran fluks lokal di lokasi cacat.

Medan kebocoran ini meluas di luar permukaan, menarik partikel magnetik yang terlarut dalam cairan atau diterapkan sebagai bubuk kering. Partikel berkumpul di titik kebocoran, membentuk indikasi yang terlihat. Secara mikrostruktur, keberadaan cacat seperti retakan dihasilkan dari fenomena metalurgi seperti konsentrasi stres, stres residual, atau pembekuan yang tidak tepat, yang menciptakan ketidakteraturan dalam mikrostruktur. Komposisi dan kondisi pemrosesan—seperti laju pendinginan, elemen paduan, dan perlakuan panas—mempengaruhi kemungkinan dan karakteristik cacat ini.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar hasil MPI sering menggunakan sistem penilaian keparahan berdasarkan ukuran, bentuk, dan lokasi indikasi. Umumnya, indikasi dikategorikan sebagai:

• Diterima (Minor): Indikasi kecil yang terisolasi yang tidak mengkompromikan integritas struktural.
• Diragukan: Indikasi yang memerlukan evaluasi lebih lanjut; signifikansinya tidak pasti.
• Ditolak: Indikasi besar, banyak, atau saling terhubung yang menunjukkan cacat kritis yang mengkompromikan keselamatan.

American Society for Testing and Materials (ASTM) dan standar lainnya menetapkan kriteria untuk klasifikasi ini, sering kali berdasarkan ukuran indikasi relatif terhadap dimensi spesimen atau kedalaman cacat. Misalnya, retakan yang lebih panjang dari panjang tertentu atau dengan kedalaman tertentu dapat dianggap dapat ditolak. Klasifikasi ini memandu keputusan penerimaan atau penolakan dalam manufaktur dan pemeliharaan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi inti dalam MPI melibatkan memagnetisasi spesimen baja menggunakan medan magnet longitudinal, transversal, atau melingkar, tergantung pada geometri komponen dan orientasi cacat yang diharapkan. Magnetisasi dapat dicapai melalui:

• Kumparan elektromagnetik: Menggunakan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC) untuk menghasilkan medan magnet.
• Magnet permanen: Untuk bagian kecil atau sederhana yang memerlukan pengujian cepat.
• Pengaturan yoke atau kumparan: Dirancang untuk menghasilkan medan magnet yang seragam atau terarah.

Setelah dimagnetisasi, partikel ferromagnetik diterapkan ke permukaan. Partikel ini dapat berupa bubuk kering atau suspensi basah yang mengandung oksida besi atau bahan ferromagnetik lainnya. Di bawah pencahayaan yang tepat, indikasi yang terbentuk oleh akumulasi partikel diperiksa secara visual.

Pengaturan peralatan mencakup perangkat magnetisasi, sistem aplikasi partikel, dan lingkungan pencahayaan yang gelap atau terkontrol untuk meningkatkan visibilitas. Proses ini memerlukan kontrol yang cermat terhadap intensitas magnetisasi dan aplikasi partikel untuk mengoptimalkan sensitivitas deteksi cacat.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM E709, ISO 9934, dan EN 1711 mengatur prosedur MPI. Proses pengujian yang khas melibatkan:

1. Persiapan: Membersihkan permukaan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau kerak, memastikan pengikatan magnetik yang baik dan adhesi partikel.
2. Magnetisasi: Menerapkan medan magnet dengan kekuatan dan arah yang sesuai, sering kali diverifikasi dengan gaussmeter.
3. Aplikasi Partikel: Menyemprot atau menaburkan permukaan dengan partikel ferromagnetik, memastikan cakupan yang merata.
4. Pengamatan: Memeriksa permukaan di bawah pencahayaan terkontrol untuk indikasi.
5. Demagnetisasi: Menghilangkan magnetisme residual setelah pengujian untuk mencegah gangguan pada inspeksi atau operasi komponen berikutnya.

Parameter kritis mencakup kerapatan fluks magnetik, jenis dan konsentrasi partikel, dan orientasi medan magnet relatif terhadap arah cacat yang potensial. Parameter ini mempengaruhi sensitivitas dan keandalan pengujian.

Persyaratan Sampel

Sampel harus dibersihkan secara menyeluruh dan bebas dari kontaminan permukaan yang dapat menghambat fluks magnetik atau adhesi partikel. Kondisi permukaan dapat melibatkan penghilangan minyak, pembersihan abrasif, atau perlakuan kimia. Finishing permukaan mempengaruhi kemampuan deteksi; permukaan yang kasar atau terkorosi dapat mengaburkan indikasi atau menghasilkan sinyal palsu.

Pemilihan spesimen harus mewakili batch produksi atau komponen kritis. Aksesibilitas permukaan dan geometri dipertimbangkan untuk memastikan magnetisasi dan aplikasi partikel yang merata. Untuk geometri yang kompleks, beberapa arah magnetisasi mungkin diperlukan untuk mendeteksi semua cacat potensial.

Akurasi Pengukuran

Hasil MPI bersifat kualitatif dan semi-kuantitatif, bergantung pada interpretasi visual. Repetabilitas tergantung pada prosedur magnetisasi dan aplikasi partikel yang konsisten. Variabilitas dapat muncul dari kondisi permukaan, keterampilan operator, dan kalibrasi peralatan.

Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi peralatan magnetisasi, aplikasi partikel yang terstandarisasi, dan pelatihan operator sangat penting. Penggunaan standar referensi dengan ukuran cacat yang diketahui dapat membantu memvalidasi proses inspeksi. Dokumentasi parameter dan hasil pengujian mendukung jejak audit dan jaminan kualitas.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Indikasi biasanya diukur dalam hal panjang, lebar, dan kedalaman relatif terhadap dimensi spesimen. Ukuran cacat sering dinyatakan dalam milimeter atau inci, dengan panjang dan lebar sebagai metrik utama. Untuk penilaian kuantitatif, kekuatan medan kebocoran fluks dapat diukur menggunakan gaussmeter atau sensor efek Hall, dinyatakan dalam satuan kerapatan fluks magnetik (Ga