Θεωρητική και πειραματική διερεύνηση της μεθόδου μαγνητικής διαρροής (MFL) στο μη καταστροφικό έλεγχο

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική με τίτλο «Θεωρητική και πειραματική διερεύνηση της μεθόδου μαγνητικής διαρροής (MFL) στο μη καταστροφικό έλεγχο» πραγματοποιήθηκε στην Κοζάνη, στο τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας, στο εργαστήριο μη καταστροφικών ελέγχων, τη χρονική περίοδο Σεπτέμβριος 2017 με Οκτώβριος 2018. Σκοπός της διπλωματικής ήταν η θεωρητική και πειραματική ανάλυση της μεθόδου μαγνητικής διαρροής (Magnetic Flux Leakage - MFL) σε σιδηρομαγνητικά υλικά. Αρχικά, γίνεται εισαγωγή στον όρο των μη καταστροφικών ελέγχων, δίνοντας ιδιαίτερη βάση στη μέθοδο MFL και συγκρίνοντας τη με κάποιες αντίστοιχες μεθόδους ηλεκτρομαγνητικού ελέγχου. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές του μαγνητισμού, καθώς και μια πιο επισταμένη ανάλυση της μεθόδου. Συγκεκριμένα, αναλύεται η δομή των κεφαλών που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο, με βάση τις πληροφορίες που λάβαμε από την εταιρεία μη καταστροφικών ελέγχων Olympus, παρατίθενται τα διάφορα είδη κεφαλών-πηνίων που χρησιμοποιούνται, αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν τη μέθοδο και τελικά περιγράφονται τα πρότυπα δοκίμια βαθμονόμησης καθώς και τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν στον έλεγχο. Στο σημείο αυτό να σημειωθεί ότι πραγματοποιήθηκε εργαστηριακός έλεγχος σωλήνων εναλλάκτη θερμότητας με την κεφαλή TFB 132 N20 της εταιρείας Olympus, χρησιμοποιώντας το μηχάνημα MS5800 και το λογισμικό Multiview της ίδιας εταιρείας. Αφού έγινε η θεωρητική ανάλυση της μεθόδου, παρατίθενται τα αποτελέσματα που λάβαμε από τη μαθηματική προσομοίωση και την προσομοίωση με τη χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων. Και στις δύο περιπτώσεις προσπαθήσαμε να δούμε τη συμπεριφορά του μαγνητικού πεδίου, όταν στο υπό εξέταση δοκίμιο υπάρχει κάποια αστοχία. Όσον αφορά την περίπτωση της μαθηματικής προσομοίωσης τα αποτελέσματά μας δεν συμβάδιζαν απόλυτα με αυτά που παρατίθενται βιβλιογραφικά και λόγω της αδυναμίας μας να εξηγήσουμε αυτή την απόκλιση στραφήκαμε στην προσομοίωση της μεθόδου με πεπερασμένα στοιχεία. Για την πραγματοποίηση αυτής της προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα COMSOL Multiphysics και τα αποτελέσματα που ελήφθησαν δείχνουν ότι το μαγνητικό πεδίο μεταβάλλεται τόσο ανάλογα με την απόσταση του μαγνήτη από την αστοχία, όσο και από το είδος της αστοχίας. Το τελευταίο κομμάτι της διπλωματικής περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας το μηχάνημα MS5800 και το πρόγραμμα Multiview της εταιρείας Olympus. Έτσι, παρατίθεται μια γραφική απεικόνιση των σημάτων που λάβαμε και γίνεται σύγκρισή τους με αντίστοιχα σήματα που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας μια ανάλογη μέθοδο μη καταστροφικών ελέγχων τη Μέθοδο Απομακρυσμένου Πεδίου - Remote Field Testing (RFT). Τα αποτελέσματα της σύγκρισης είναι παρόμοια για τις δυο μεθόδους, ωστόσο γνωρίζουμε βιβλιογραφικά ότι η MFL είναι καλύτερη στην ανίχνευση ελαττωμάτων εσωτερικής διαμέτρου, τα οποία δεν ήταν δυνατόν να πραγματοποιηθούν λόγω έλλειψης του κατάλληλου εργαστηριακού μηχανολογικού εξοπλισμού. The present Diploma Thesis entitled “Theoretical and Experimental Investigation of Magnetic Flux Leakage Method (MFL) in Nondestructive Testing” was accomplished in Kozani, at the department of Mechanical Engineering of the University of Western Macedonia from September 2017 to October 2018. Firstly, a general preview of the nondestructive testing is given, mainly focused on the MFL method, which is compared to similar electromagnetic NDT methods used for ferromagnetic materials. Furthermore, a theoretical analysis of the basics of magnetism is given followed by an extensive analysis of the operation of the MFL method. In addition, the results of a mathematical simulation and a simulation by finite elements are given, in order to explain how the magnetic field is distorted in the presence of a fault in the examined tube. Last but not least, the results of the NDT of a heat exchanger using a MFL probe are given and compared to the results of a NDT using the Remote Field Testing method (RFT).