Magnétoscopie

MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
MEC-761
Essais mécaniques et contrôle non destructif
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Le génie pour l'industrie
MEC761 - Martin Viens, prof.
MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Introduction
• La magnétoscopie est une méthode de contrôle qui
requiert la création d’un flux magnétique intense dans
une pièce.
• Des fuites de flux sont, par le fait même, produites en
surface, au-dessus des discontinuités.
• Ces fuites de flux sont mises en évidence par de
fines particules magnétiques déposées à la surface
des matériaux.
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03 – Magnétoscopie (MT)
Sommaire de la mise en oeuvre
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03 – Magnétoscopie (MT)
Procédure
1. Pré-nettoyage
2. Magnétisation de la pièce
3. Déposition de traceurs magnétiques
(particules magnétiques)
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Procédure (suite)
4. Interprétation des indications
5. Démagnétisation
6. Nettoyage final
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Principes physiques
Magnétisme
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Champ magnétique
• Champ de force magnétomotrice due à la présence
de matière aimantée ou à la circulation de courants
électriques
•

Quantité vectorielle représentée par le symbole H
• Est exprimée en ampère-tour par mètre (symbole At/m)
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Lignes de force magnétique
Les lignes de force magnétiques représentent la
direction et la densité du flux magnétique
•
Forment des boucles ininterrompues
qui partent du pôle nord et
aboutissent au pôle sud
•
Ne se croisent pas
•
Suivent les trajets offrant le moins
de
résistance
(plus
grande
perméabilité magnétique)
•
En quittant le barreau magnétique,
les lignes de force se dispersent,
leur densité décroît.
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Flux magnétique
• Désigne l’intensité des lignes de force qui traversent
une surface donnée, perpendiculaire à la direction
des lignes de force
• Représentée par le symbole 
• Est exprimée en weber (symbole Wb)
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Densité de flux magnétique
• Aussi appelée Induction magnétique, elle consiste en
la mesure de la concentration des lignes de force
• Quantité vectorielle représentée par le symbole B
• Est exprimée en tesla (symbole T). Un tesla équivaut
à un weber par mètre carré (Wb/m2)
 

B    H
A
où  désigne la perméabilité magnétique du matériau (H/m)
H représente l’intensité du champ magnétique extérieur (At/m)
 représente l’intensité du flux magnétique (Wb)
A désigne la section traversée par le flux (m2)
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Perméabilité magnétique
• Propriété d’un matériau désignant son aptitude à
canaliser les lignes de force magnétique
• Représentée par le symbole 
• Est exprimée en henry par mètre (symbole H/m)
• Souvent exprimé sous la forme de perméabilité
relative:

r 
où 0  4 107 H/m
0
0 est la perméabilité du vide
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Perméabilité magnétique
La perméabilité magnétique des matériaux non magnétiques est
constante et très près de la perméabilité du vide:
• Matériaux diamagnétiques (0.9998 < r < 1)
• Matériaux paramagnétiques (1 < r < 1.001)
La perméabilité magnétique des matériaux ferromagnétiques varie
en fonction de l’intensité du champ magnétique et peut atteindre
des valeurs plusieurs milliers de fois plus grandes que dans le vide:
• Matériaux ferromagnétiques (r >> 1)
Dans les aciers, la perméabilité
magnétique est liée à la teneur en
carbone et aux autres éléments d’alliage.
Plus cette concentration est grande, plus
la perméabilité est faible. Dans certains
aciers inoxydables, r = 1.
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Matériau
r
Co
250
Ni
600
Acier doux
2 000
Acier au silicium 4%
7 000
Fe
200 000
Supermalloy
1 000 000
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Domaines magnétiques
• Chaque atome du matériau ferromagnétique se comporte
comme un petit aimant permanent (dipôle) dont le champ
magnétique est créé par la rotation et le spin des électrons sur
leur orbite.
• Les champs magnétiques des atomes voisins s’influencent
mutuellement, de sorte que les dipôles cherchent à s’aligner.
• La région à l’intérieur de laquelle tous les champs magnétiques
sont orientés dans une même direction s’appelle domaine
magnétique.
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Ferromagnétisme
Sous l’effet d’un champ magnétique externe H, les domaines d’un
matériau ferromagnétique se réorientent de façon à s’aligner avec
le champ externe.
Cette magnétisation du matériau produit un flux magnétique très
intense (plusieurs milliers de fois plus intense que dans un
matériau paramagnétique ou diamagnétique).
Fe, Co, Ni, et certains de leurs alliages
Magnétisé
Démagnétisé
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H
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Magnétisation
• Domaines magnétiques dans un grain
d’acier
• Photographie obtenue grâce à un
microscope à effet Kerr
• L’orientation des flèches désignent la
direction de la magnétisation
100 m
• Au début de l’animation, l’acier est
démagnétisée
• À la fin de l’animation, il y a
saturation
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Courbe d’aimantation
B
0.6 T

 6  10 3 H m
H 100 A  t m

6  10 3
 4775
r 

 0 4 10 7

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Paramètres caractéristiques
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Cycle d’hystérésis
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Matériaux durs et doux
Matériaux durs:
• Faible perméabilité
• Grande rémanence
• Grande force coercitive
Matériaux doux:
• Plus grande perméabilité
• Faible rémanence
• Faible force coercitive
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Principes physiques
Électromagnétisme
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Champ produit par un courant
d
H
I
H
où
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I
2 d
I: courant dans le conducteur
d: distance du conducteur
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Règle de la main droite
Si l’on tient le conducteur dans la main droite et que le
pouce est orienté dans le sens du courant, les doigts
pointent dans le sens du flux
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Champ dans un solénoïde
Au centre du solénoïde: H 
Solénoïde
NI
2a
Aimant permanent
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Champ dans un solénoïde
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Force magnétomotrice
• Caractéristique d’un solénoïde désignant son
aptitude à créer un champ magnétique intense en
son centre
• Représentée par le symbole FMM
• Est exprimée en ampère-tour (symbole At).
FMM  N  I  H  
N: Nombre de tours (spires) dans la bobine
I: Intensité du courant qui circule dans la bobine (A)
H: Champ magnétique (At/m)
ℓ: Longueur du parcours magnétique (m)
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Notion de réluctance
• Propriété d’un élément d’un circuit magnétique
désignant sa résistance au passage du flux
magnétique
• Représentée par le symbole 
• Est exprimée en ampère-tour par weber (symbole
At/Wb)


A
: perméabilité magnétique du matériau constituant l’élément
: longueur du chemin magnétique
A: section du chemin magnétique
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Analogie de Hopkinson
Circuit magnétique
1

FMM
2
Circuit électrique
FMM
E

I
E


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R1
FMM

R
I
E
R
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I
R2
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Principes physiques
Magnétisation
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Fuite de flux
Interaction entre le flux et les discontinuités
Absence de discontinuité
↕
Flux uniforme
Discontinuité près de la surface
↕
Fuite de flux
Création d’un dipôle N-S
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N
S
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Fuite de flux
Interaction entre le flux et les discontinuités
Plus la discontinuité est
profonde, moins elle perturbe
les lignes de force en surface.
Plus l’angle entre la
discontinuité et les lignes de
force est grande, plus la
discontinuité perturbe le trajet
du flux
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N
S
N
S
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Orientation du flux magnétique
• De façon à maximiser la sensibilité d’une inspection, le flux doit
être orienté perpendiculairement à l’axe principal des
discontinuités recherchées.
• Généralement, une pièce peut être magnétisée suivant deux
orientations distinctes.
Magnétisation
longitudinale
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Magnétisation
circulaire
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Magnétisation longitudinale
Champ produit par un aimant
permanent
N
S
Champ magnétique
Champ produit par un solénoïde
Courant
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Magnétisation circulaire
Courant
Conducteur central
Courant
Champ magnétique
Champ magnétique
Champ magnétique
Courant électrique
directement dans la pièce
Courant
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Courant de magnétisation
Courant continu (CC):
• Circule continuellement dans la même direction
• Produit un champ magnétique qui pénètre
profondément dans la pièce (généralement, dans les
matériaux ferromagnétiques, le champ traverse la
pièce de bord en bord)
Courant alternatif (CA):
• Change de direction 120 fois par seconde (60 Hz)
• Produit un champ magnétique qui reste à la surface
de la pièce (effet pelliculaire)
Courant alternatif redressé:
• Courant alternatif transformé de façon à ce qu’il
circule continuellement dans la même direction
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Intensité du flux circulaire
(courant CC)
r  B0
B
B
B0
B0
R
r  B0
r
r
R0
R
B 
I
2 R
2
r
B 
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I
2 r
  I r 2  R02
B

2 r R 2  R02 
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B  
I
2 r
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Intensité du flux circulaire
(courant CC)
B
r  B0
B0
r
B  
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Conducteur non
magnétique au centre d'un
tube ou d'un disque
magnétique
I
2 r
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Intensité du flux circulaire
(courant CA)
r  B0
B
r  B0
Effet pelliculaire
B0
B  B0   r  e r  R  
où  
B0
1
 f 
r
R
: Perméabilité magnétique (H/m)
f:
Fréquence (Hz)
: Conductivité électrique (·m)-1
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R0
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Principes physiques
Démagnétisation
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Démagnétisation
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Effet de la température
Perméabilité
magnétique (μ)
Point de Curie: température à laquelle le matériau perd son
aimantation spontanée
Matériaux TC (°C)
Température
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Co
1115
Fe
770
Ni
360
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Détails de la mise en oeuvre
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Procédure
• Pré-nettoyage
• Magnétisation de la pièce
–
–
–
–
Longitudinale ou circulaire
Induction directe ou indirecte
Méthode continue ou résiduelle
Courant continu, alternatif ou alternatif redressé
• Déposition de traceurs magnétiques
– Secs (poudre) ou humides (suspension liquide)
– Visible ou fluorescent
• Interprétation des indications sous un éclairage adéquat
• Démagnétisation
• Nettoyage final
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03 – Magnétoscopie (MT)
Pré-nettoyage
La surface de la pièce doit être propre et sèche
• Pour ne pas affecter la migration des particules vers les flux
de fuite
• Pour ne pas interférer avec l’interprétation des indications
(huiles, graisses ou calamine)
• Pour ne pas limiter le passage du
courant
de
magnétisation
(méthode directe)
• Pour ne pas contaminer les
bassins de solution
• Utilisation de nettoyants alcalins,
dégraissage à la vapeur, solvant,
ou nettoyage aux ultrasons.
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Équipement de magnétisation
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Magnétisation indirecte
Bobine (coil shot)
Bobine portative
Bobine sur un système d’inspection
Culasse électromagnétique (yoke)
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Magnétisation indirecte
Méthode du conducteur central
Magnétisation circulaire
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Magnétisation directe
Head shot
Prods
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Utilisation de prods
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Méthode continue ou résiduelle
Méthode continue:
La force de magnétisation est appliquée et maintenue pendant
que les particules magnétiques sont dispersées à la surface
de la pièce à inspecter
Méthode résiduelle:
La force de magnétisation est
interrompue avant d'appliquer les
particules magnétiques à la
surface de la pièce à inspecter.
Seule
l'induction
rémanente
subsiste dans la pièce
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Déposition des traceurs
Humides
Secs
Caractéristiques des particules:
• Grande perméabilité magnétique (de façon à être
fortement attirées par les pertes de flux
magnétique)
• Faible rémanence magnétique (de façon à ne pas
rester collées sur la pièce après l'inspection)
• Différentes dimensions et différentes formes
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B
H
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Traceurs secs
Caractéristiques des particules:
• Distribution de particules dont la taille varie de 50 à quelques
centaines de microns (plus grosses que dans les traceurs humides)
• Normalement utilisés avec des courants redressés (améliore la
mobilité des particules)
• Utilisées pour la détection de défauts sous-cutanés et de défauts
de surface importants (moyen à large)
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Application des traceurs secs
• Saupoudrage à la surface de la pièce magnétisée
• L'excédent est ensuite enlevé en utilisant quelques
bouffées d'air sec (on enlève uniquement les
particules qui ne sont pas retenues par le flux
magnétique)
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Traceurs humides (liqueur)
Caractéristiques des particules:
– Distribution de particules dont la taille varie de 0.1 à quelques
dizaines de microns (plus fines et plus mobiles que les traceurs
secs. Donc, plus sensibles que traceurs secs)
– En suspension dans un véhicule liquide (huile ou eau) ce qui
assure une application uniforme des particules
– Utilisées pour la détection de défauts fins à la surface ou peu
profonds sous la surface des pièces
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Application de la liqueur
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03 – Magnétoscopie (MT)
Évaluation des indications
• Éclairage adéquat
– Lumière blanche
– Lumière noire
• Interprétation sur la pertinence des
indications
– Géométrie de la pièce
– État de surface
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Démagnétisation
• Pourquoi doit-on démagnétiser une pièce?
– Attraction de particules
– Nuisance au fonctionnement de certains appareils
• Méthode/appareillage de démagnétisation
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Nettoyage final
• Nettoyage à l’aide d’un solvant
ou
• Dégraissage à la vapeur
puis, au besoin,
• Application d’une couche de protection contre la
rouille (ex.: mouillage de la pièce dans un fluide
hydraulique)
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Exemple d’indications
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Crochet de grue
Fissure de fatigue
Traceurs fluorescent humide
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Engrenage
Fissure de fatigue
Traceurs fluorescent humide
Département de génie mécanique
Programme de baccalauréat
Le génie pour l'industrie
MEC761 - Martin Viens, prof.
Page 60
MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Arbre de transmission
Fissures résultant d’un traitement
thermique inadéquat
Traceurs fluorescent humide
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Arbre cannelé
Fissure de fatigue
Traceurs fluorescent humide
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Vilebrequin
Fissure de fatigue
Traceurs fluorescent humide
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Palier
Fissure
Traceurs fluorescents humides
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Lame de scie
Fissure
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Trou de fixation (fastener hole)
Fissure
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Trou dans un cylindre
Fissure
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Penture
Fissure
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Soudage à l’arc avec électrode
Manque de fusion
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Soudure
Fissure au raccordement et fissure de gorge
Traceurs visibles secs
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Avantages
• Permet de détecter des discontinuités magnétiques
qui sont localisées à la surface ou sous la surface de
matériaux ferromagnétiques
• Fonctionne malgré la présence d'un placage ou d'une
mince couche de peinture non magnétique
• Bien que la pièce doive être pré-nettoyée, ce
nettoyage est moins critique que dans le cas du
ressuage
• Peut être utilisée en chantier (avec quelques
limitations)
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Limitations
• Restreint aux matériaux ferromagnétiques (Fe, Co, Ni
et certains de leurs alliages)
• Sensibilité réduite pour les défauts sous-cutanés
• Nécessité de faire plusieurs essais pour inspecter
toutes les orientations de défauts possibles dans tous
les secteurs d'une pièce
• Risque de brûler les pièces lorsque la magnétisation
directe est utilisée
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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif
03 – Magnétoscopie (MT)
Spécifications et normes
•
ASTM E709: Standard Guide for Magnetic Particle Testing
•
ASTM E1444: Standard Practice for Magnetic Particle Testing
•
ASTM A275: Standard Practice for Magnetic Particle Examination of Steel Forgings
•
AMS 3040: Magnetic Particles, Nonfluorescent, Dry Method
•
AMS 3041: Magnetic Particles, Nonfluorescent,Wet Method, Oil Vehicle, Ready-ToUse
•
AMS 3042: Magnetic Particles, Nonfluorescent, Wet Method, Dry Powder
•
AMS 3043: Magnetic Particles, Nonfluorescent, Wet Method, Oil Vehicle, Aerosol
Packaged
•
AMS 3044: Magnetic Particles, Fluorescent, Wet Method, Dry Powder
•
AMS 3045: Magnetic Particles, Fluorescent, Wet Method, Oil Vehicle, Ready-To-Use
•
AMS 3046: Magnetic Particles, Fluorescent, Wet Method, Oil Vehicle, Aerosol
Packaged
•
ISO 9934: Non-destructive testing - Magnetic particle testing
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