Partículas magnéticas



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EXPERIÊNCIA No 07 - ENSAIO POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS


1. Introdução
O ensaio por partículas magnéticas é especialmente indicado para a detecção de trincas ou outras descontinuidades superficiais e sub-superficiais em materiais ferromagnéticos.

Se aproximarmos uma agulha magnética de um condutor elétrico retilíneo, por onde circula uma corrente elétrica , vamos observar que a agulha tende a se colocar perpendicular ao plano que passa pelo eixo e pelo centro de rotação da agulha. Sobre a agulha atuam forças específicas que se chamam de forças magnéticas .

Se atravessarmos um papelão com um condutor elétrico(Figura 1) e fizermos passar corrente pelo mesmo, geraremos um campo magnético em torno desse condutor. Se colocarmos limalha de Ferro muito fino, e se fizermos passar corrente pelo condutor e vibrarmos o papel, a limalha vai se arrumar em forma de círculos concêntricos, tendo no eixo condutor o seu centro, e estes círculos concêntricos chamam-se linhas magnéticas. Se substituirmos a limalha por agulhas magnéticas, vamos observar que estas se posicionam segundo as linhas do campo magnético, e se invertermos o sentido da corrente o posicionamento das agulhas também invertem(Figura 2).


Figura 1 Figura 2
Quando um fluxo de linhas magnéticas passa através de uma seção onde existe descontinuidade, algumas linhas desviam-se para o interior da barra onde não existe descontinuidade, outras porém descrevem um percurso externo a barra e são chamados de campo magnético de escape ou fuga, produzindo nas bordas da trinca, dois pólos magnéticos, um norte e um sul. Se jogarmos partículas ferromagnéticas(limalha de ferro) finamente divididas sobre a barra, elas serão atraídas pelo campo magnético de escape sobre a trinca
2.Materiais, Métodos e Equipamentos
Os corpos de provas a serem utilizados nesta prática são:

Pistão de aço , Polia de fofo, Chapa e viga U de aço .


Princípio Fundamental do Ensaio pelo Método Magnético
Biot e Savart, observando todos os dados experimentais relativos ao campo magnético das correntes que circulam em condutores retilíneos, generalizaram tais resultados, dando origem a lei que levam os seus nomes, e é dado por:

onde K é um coeficiente que depende das propriedades magnéticas do meio que circunda o condutor.

r (permeabilidade relativa) não é constante para materiais ferro magnéticos.
a permeabilidade  = r .o
o = permeabilidade magnética no vácuo = 4 . 10-7 (Henry/m)
H = intensidade de campo magnético(A/m)

B = Indução Magnética


2A/cm = 2,5 Oersteds

A permeabilidade máxima pode ser facilmente obtida da curva B-H




Figura 3 Figura 4


Fig.5 Corpo de Prova com descontinuidade, Campo Magnético de escape.

Se tivermos uma corpo de prova conforme a figura 5, a descontinuidade tem uma área a, a barra tem uma seção reta de área A . Fazendo passar um forte fluxo magnético pela barra, observa-se por meio de detetores especiais que o campo magnético escapa do interior da barra, para o exterior, permitindo-se constatar a presença de descontinuidades ou variações metalúrgicas nas pecas metálicas magnetizáveis.

Para entendermos a razão deste campo de escape ou campo de fuga, como mostrado na figura 5(b), basta considerarmos que quando a barra é colocada num campo magnético uniforme H , a densidade do fluxo na seção da barra é suposta ser por exemplo x Gauss(ou Webers/m). Entrando com um valor de x na figura 6, obtém-se o ponto Q sobre a curva B-H . Para o ponto Q o valor da permeabilidade magnética é dado pelo ponto P na curva m x H . O fluxo total sobre a barra será x.A Maxwells ou Webers.

Na seção 1-1 da figura 5(a) onde está localizada a descontinuidade, a área disponível será (A-a) e a densidade de fluxo será :


Figura 6
Quando o fluxo passa através da seção onde existe a descontinuidade, o metal estará num estado diferente (do ponto de vista de indução magnética) ou seja Q'. Vemos que P ' é menor que P, logo na seção da descontinuidade, há uma grande densidade de fluxo que terá que passar na seção reduzida e ainda a permeabilidade magnética menor do que a seção normal da barra. Como conseqüência, parte do fluxo magnético é obrigado a escapar para fora da peça de aço dando origem ao campo de fuga ou de escape.

Se a magnetização na figura 5(b) é tal que existe uma densidade de fluxo x''(fig.6) , observa-se que a permeabilidade correspondente será P'' ou P . Neste caso uma redução de área da seção, acarretará um aumento da densidade de fluxo, mas como a permeabilidade é elevada, poderá ocorrer que não se tenha um campo de escape. Tais considerações são muito importantes, quando se utilizam correntes alternadas ou seja o campo magnetizante existente no momento da detecção do campo de escape deverá ser de valor tal que nenhuma zona da peça em exame seja magnetizada com densidade de fluxo menor que a necessária para se obter a condição de permeabilidade máxima, sobre a primeira curva de magnetização.

Em números aproximados, isto significa que se deverá ter densidade de fluxo de 8.000 a 10.000 Gauss ou 0,8 - 1,0 Webers/m (aço ao carbono).


3. Equipamentos
YOKE NYK - 900 Equipamento magnetizador em corrente contínua e corrente alternada da Nortron.

Corrente alternada - nível constante 8.800 A/m (110 Oersted)

Corrente contínua - impulsos 0 - 11.000 linhas/cm .
4. Bibliografia
[1] Paula Leite ,P.G. "Ensaios não Destrutivos " editado pela Associação Brasileira de Metais - 1977.

[2] Spoerer, A. A. "Curso de Introdução aos Ensaios não Destrutivos" editado pela Panambra Industrial e Técnica SA.

Notas de Aula – reduzido
Histórico


  1. Saxby publica o “Magnetic Testing of Iron” na revista “Engineering” determinação de descontinuidade em tubos de canhões.


  1. Foi desenvolvido uma máquina de ensaio não destrutivo pelo método magnético pela Metropolitan Vickers.

Armour Tirou partido do campo magnético gerado pela passagem de corrente elétrica na própria peça.

Introdução

Ensaio é indicado para detecção de defeitos superficiais ou sub-superficiais em materiais ferromagnéticos.

Princípios Básicos

Se aproximarmos uma agulha magnética de um condutor elétrico retilíneo, por onde circula uma corrente elétrica , observa-se que a agulha tende-se a posicionar perpendicularmente ao plano que passa o condutor e pelo centro de rotação da agulha Þ forças magnéticas.

Se atravessarmos um papelão com um condutor elétrico e fizermos passar corrente pelo mesmo (Fig.1 ), geraremos um campo magnético em torno desse condutor. Se colocarmos limalha de ferro muito fino e se fizermos passar corrente pelo condutor e vibrarmos o papelão , as partículas de ferro vão se arrumar em forma de círculos concêntricos chamados de linhas magnéticas.
Se substituirmos a limalha por agulhas magnéticas, notamos que estas se posicionam diferentes com o sentido da corrente (Fig.2).



Figura 1. Experiência Clássica mostrando o Campo Magnético das correntes elétricas


Figura 2. Experiência mostra que invertendo a corrente no condutor , inverte a direção no campo magnético


Campo Magnético




Linhas Magnéticas ou linhas de força do campo:

1. Tem a forma circular

2. Quanto mais próximo do condutor, maior é a densidade destas linhas

3. O efeito sobre as agulhas magnéticas dependem do sentido da corrente do condutor

4. O sentido das linhas de força depende do sentido da corrente do condutor

Lei de Biot e Savart







Fig. 3. Condutor elétrico

Para um condutor elétrico retilíneo de comprimento infinito pelo qual passa uma corrente elétrica de intensidade i , num ponto distando a unidades de comprimento

• B = Indução Magnética

[B] Weber/m2 ou Gauss

H = Intensidade do Campo Magnético



[H] = Ampère/metro ou Oersted (Oe)

 = Fluxo Magnético(Weber)

S = Área da Superfície normal

ao sentido do campo magnético


Princípio Fundamental do Ensaio Pelo Método Magnético

R (permeabilidade relativa) não é constante para materiais ferromagnéticos.


A permeabilidade  =R

o

= permeabilidade magnética do vácuo

o

= 4. 10-7 (Henry/m)

H intensidade do Campo Magnético (A/m)
A permeabilidade pode ser fácilmente obtida da curva B – H.




Quando um fluxo de linhas magnéticas, passam através de uma seção onde existe descontinuidade, algumas desviam para o interior da barra onde não existe descontinuidade e outras descrevem um percurso externo a barra campo magnético de escape ou de fuga nas bordas da decontinuidades pólos magnéticos N e S .


[
x] gauss ou weber/m2

O fluxo que passa sobre a peça é x . A Maxwell, e a densidade de fluxo = fluxo / Área




O campo magnetizante no momento da detecção do escape deverá ser de valor tal que nenhuma zona da peça em exame seja magnetizada com densidade de fluxo menor que a necessária para se obter a condição de máxima permeabilidade, sobre a curva de primeira magnetização. Densidade de fluxo entre 8000 a 10.000 gauss ou 0,8 a 1,0 webers/m2 .







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