Ikke-destruktiv prøvning
4 metoder til at afsløre skjulte fejl i materialer
En svejsning kan se fejlfri ud på overfladen og stadig rumme porer eller manglende sammensmeltning. En støbt komponent kan skjule hulrum, og en komponent kan rumme en revne under en overflade, der ser intakt ud.
Problemet er velkendt i produktion og vedligehold: Man vil vide, hvad der foregår inde i et materiale eller en komponent – helst uden at skære den op først.
Det er grundideen i ikke-destruktiv prøvning, NDT. Men der findes ikke én teknik, der bare kan “se ind” i et emne. I stedet udnytter forskellige metoder, at en fejl ændrer den måde, stråling, lydbølger, elektriske strømme eller varme bevæger sig gennem materialet.
1. Røntgen afslører forskelle inde i materialet
Industriel radiografi bygger på transmission. Røntgen- eller gammastråling sendes gennem komponenten, og intensiteten registreres på den anden side. Hvor meget stråling der når frem, afhænger blandt andet af materialets sammensætning og tykkelsen langs strålegangen.
Et hulrum, en pore eller en variation i en svejsning kan derfor give en lokal ændring i det radiografiske billede. Med CT kan princippet udvides ved at optage projektioner fra flere vinkler og rekonstruere et tredimensionelt billede af komponentens indre.
Men radiografi har også en geometrisk begrænsning. En tynd diskontinuitet med en ugunstig orientering i forhold til stråleretningen kan være vanskelig at opdage, selv om den fysisk er til stede.
Man fotograferer altså ikke bare “indersiden”. Man måler resultatet af strålingens vej gennem materialet.
2. Ultralyd finder fejl gennem refleksioner
Ved ultralydsprøvning sendes højfrekvente mekaniske bølger ind i komponenten, og de reflekterede signaler analyseres.
Når bølgen møder en grænse med ændret akustisk impedans, reflekteres en del af energien. Det kan være komponentens bagvæg, men også en revne, en inklusion eller en anden diskontinuitet. Tiden mellem udsendt puls og modtaget ekko kan blandt andet give information om, hvor reflektoren befinder sig.
I phased array-ultralyd bruges flere ultralydselementer med kontrollerede tidsforskydninger. Dermed kan ultralydsfeltet styres og fokuseres elektronisk, så et område kan undersøges fra forskellige vinkler.
Fejlen er igen ikke nødvendigvis noget, man ser direkte. Den viser sig gennem sin påvirkning af bølgens udbredelse og refleksion.
3. Hvirvelstrøm afslører revner med elektromagnetisme
Hvirvelstrømsprøvning udnytter elektromagnetisk induktion og virker derfor på elektrisk ledende materialer.
En spole med vekselstrøm skaber et varierende magnetfelt, som inducerer cirkulerende strømme i materialet. Møder hvirvelstrømmene eksempelvis en revne, ændres deres forløb – og dermed også den elektromagnetiske kobling, som måles ved proben.
Metoden er især følsom over for overfladenære diskontinuiteter. Samtidig sætter skin-effekten en fysisk grænse for, hvor dybt signalet trænger ned. Indtrængningsdybden afhænger blandt andet af frekvens, elektrisk ledningsevne og magnetisk permeabilitet.
Hvor radiografi registrerer transmission og ultralyd refleksion, afsløres fejlen her gennem en forstyrrelse af et elektromagnetisk felt.
4. Termografi afslører fejl gennem temperaturforskelle
Ved aktiv termografi tilfører man energi til emnet og følger derefter, hvordan varmen breder sig.
Et infrarødt kamera registrerer temperaturudviklingen ved overfladen. Hvis der eksempelvis ligger en delaminering eller et hulrum under overfladen, kan diskontinuiteten ændre den lokale varmetransport. Det kan skabe en målbar temperaturkontrast ved overfladen, selv om selve fejlen ligger nedenunder.
Det gør metoden interessant til blandt andet kompositmaterialer, hvor delamineringer og manglende binding kan ligge skjult under en tilsyneladende intakt overflade.
Metoden har samtidig en fysisk begrænsning: Varme diffunderer gennem materialet. Derfor bliver signalet fra en fejl typisk vanskeligere at skelne, jo længere den ligger fra den overflade, hvor temperaturresponsen måles.
Man ser altså ikke selve fejlen. Man ser, at varmen ikke bevæger sig gennem materialet som forventet.
Hvilken metode kan afsløre hvad?
Røntgen/radiografi
Velegnet til volumetriske fejl som porer og hulrum inde i komponenter og svejsninger. Resultatet afhænger blandt andet af fejlens størrelse og orientering i forhold til stråleretningen.
Ultralyd
Velegnet til indre diskontinuiteter og revner, når de giver en målbar refleksion. Kan også bruges til tykkelsesmåling. Geometri, materiale og fejlens orientering har betydning.
Hvirvelstrøm
Velegnet til overflade- og næroverfladefejl i elektrisk ledende materialer. Indtrængningsdybden afhænger blandt andet af frekvens, ledningsevne og permeabilitet.
Aktiv termografi
Velegnet til blandt andet delamineringer, manglende binding og hulrum under overfladen, især i kompositter og lagdelte materialer. Følsomheden falder typisk med fejlens dybde.
Der findes ikke én NDT-metode, der finder alle typer fejl. Valget afhænger blandt andet af materiale, geometri, fejltype, fejlens orientering og hvor i komponenten den forventes at ligge.
Ingen metode finder alt
Valget af metode afhænger derfor af, hvad man leder efter. En pore i en støbning, en revne i en svejsning og en delaminering i et kompositmateriale påvirker ikke nødvendigvis et målesignal på samme måde.
Radiografi kan være velegnet til volumetriske fejl, mens en tynd revnes orientering kan gøre den vanskelig at opdage. Ultralyd påvirkes blandt andet af geometri og materialets akustiske egenskaber. Hvirvelstrøm kræver elektrisk ledende materiale og har begrænset indtrængningsdybde. Ved termografi skal fejlen påvirke varmeudbredelsen tilstrækkeligt til, at ændringen kan registreres ved overfladen.
Derfor kan den samme komponent også blive undersøgt med flere metoder. Det afgørende er ikke at kunne se fejlen direkte, men at vælge en måling, som fejlen faktisk påvirker.
Læs mere:
Kontakt
Få hjælp nu
Find relevante, kvalitetssikrede kurser og efteruddannelse.