Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet...

84

Transcript of Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet...

Page 1: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers
Page 2: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers
Page 3: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

Niet-destructief onderzoek

vm 118

Vereniging FME-CWMvereniging van ondernemers in detechnologisch-industriële sector

Boerhaavelaan 40

Postbus 190, 2700 AD ZoetermeerTelefoon: (079) 353 11 00Telefax: (079) 353 13 65E-mail: [email protected]: http://www.fme.nl

Page 4: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

© Vereniging FME-CWM/december 2009 - 2e druk

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaaktdoor middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke ander wijze ookzonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en, waarnodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen de bij detotstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alleaansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/ofonvolkomenheden in deze publicatie van de hand.

Vereniging FME-CWMafdeling Techniek en InnovatiePostbus 190, 2700 AD Zoetermeertelefoon: 079 - 353 11 00telefax: 079 - 353 13 65e-mail: [email protected]: http://www.fme.nl

Page 5: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

Niet-Destructief Onderzoektoelichting

Deze publicatie is in 2000 tot stand gekomen in het kader van het NIL Technologie Kennis Project en in2009 aangepast aan de huidige stand van zaken der techniek.

samengesteld in 2000 door:W.J.P. Vink Technische Universiteit Delft, Delft.

aangepast in 2009 door:Roger van den Brekel Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL), Zoetermeer.

De volgende personen hebben een bijdrage geleverd aan de volgende hoofdstukken:Hoofdstuk 1 en 2: A. de Roode, (MME) Materiaal Metingen Europe BV;Hoofdstuk 3 en 11: Erik Zeelenberg, Loyd's Register Nederland BV;Hoofdstuk 4 en 10: Dik de Groot, SGS;Hoofdstuk 5: Xavier Deleye, Applus RTD;Hoofdstuk 6: Theo Luijendijk, Luijendijk Advisering;Hoofdstuk 7: Jan Willem Noteboom, KEMA Technical & Operational Services;Hoofdstuk 8: Frits Dijkstra, Applus RTD; Jan Verkooijen, Sonovation Group; Ben Verhagen, AIB-Vincotte;Hoofdstuk 9: Jan A. de Raad en Frits Dijkstra, Applus RTD;Hoofdstuk 12: Theo de Keijzer, Delta rail;Hoofdstuk 13 Jos de Gooijer, Hobéon SKO; Paul Doeswijk, Applus RTD;Als co-lezers hebben de heren Ad de Roode (MME), Jan A. de Raad (Applus RTD) en Erik Zeelenberg(Lloyd's Register Nederland BV) een wezenlijke bijdrage geleverd.Hoofdstuk 9 "Digitale radiografie" is grotendeels een vertaling van het hoofdstuk "Digital Radiography" uithet boek "Industrial Radiography", een uitgave van General Electric Sensing & Inspection Technologies. Devertaling kwam tot stand met instemming van GE en werd mede mogelijk gemaakt door de steun van ApplusRTD. De samenstellers van deze publicatie zijn beide bedrijven zeer erkentelijk voor hun medewerking.

Eindredactie: Peter Boers, Vereniging FME-CWM, Zoetermeer.

samenstelling begeleidingsgroep (2000):AEA Sonomatic BV, Oosterhout J.L.J. VerkooijenAIB-Vinçotte Nederland BV, Breda C. van de WielC.W.P., Bladel W.G. Essers †DSM-MPS, Geleen J. BoogaardKoninklijke Militaire Academie, Breda L.A.J.L. SartonMateriaal Metingen Europe BV, Ridderkerk A.J. de RoodeMinisterie van Defensie DMKM/Martech, Den Haag C. van SevenhovenNV Nederlandse Gasunie, Groningen H.A.M. van MerriënboerProjectbureau PMP, Apeldoorn G.H.G. VaessenRöntgen Technische Dienst BV, Rotterdam L.A. Aardewerk; T. BoumaShell Research and Technology Centre, Amsterdam J.J.M. van NisselroijTechnische Universiteit Delft, Delft W.J.P. Vink

Al deze bedrijven/instellingen hebben indertijd een bijdrage geleverd aan het onderzoek. Het Ministerie vanEconomische Zaken heeft in belangrijke mate bijgedragen aan de financiering van dit project.

technische informatie:Nederlands Instituut voor Lastechniek- bezoekadres Boerhaavelaan 40, Zoetermeer- correspondentie-adres Postbus 190, 2700 AD ZOETERMEER- telefoon 088 - 400 85 60- telefax 079 - 353 11 78- e-mail [email protected] website www.nil.nl

informatie over en bestelling van VM-publicaties, praktijkaanbevelingen en Tech-Info bladen:Vereniging FME-CWM / Industrieel Technologie Centrum (ITC)- bezoekadres Boerhaavelaan 40, Zoetermeer- correspondentie-adres Postbus 190, 2700 AD ZOETERMEER- telefoon 079 - 353 11 00- telefax 079 - 353 13 65- e-mail [email protected] website www.fme.nl

Page 6: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

4

Inhoud

1 Niet-destructief onderzoek1.1 Inleiding1.2 Wat is NDO? Wat kan het? Wat kan het niet?1.3 NDO en de moderne informatica1.4 Toepassingsgebieden van NDO1.5 Keuze van de methode1.6 Oorzaken van schade1.7 Acceptatiecriteria, reparatie

2 Materiaalkunde voor het NDO2.1 Inleiding2.2 Mogelijke fouten bij productie-verbindings-

processen en verschijnselen2.3 NDO bij niet-metalen

3 Visuele inspectie3.1 Inleiding3.2 Hulpmiddelen3.3 Beeldbewerking en beeldverbetering

4 Magnetisch onderzoek4.1 Inleiding4.2 Magnetisme4.3 De uitvoering van het onderzoek4.4 De inspectie4.5 Literatuur

5 Penetrantonderzoek5.1 Inleiding5.2 Werkwijze5.3 De inspectie5.4 De keuze voor de praktijk5.5 Veiligheid, hygiëne en milieu

6 De auditieve inspectie, trillings- of vibratieanalyse6.1 Inleiding6.2 Hoe werkt akoestische emissie?6.3 Typen akoestische emissie

7 Het wervelstroomonderzoek7.1 Inleiding7.2 Wervelstromen7.3 Signaalanalyse7.4 Onderzoek met oppervlaktespoelen7.5 Enige toepassingen met oppervlaktespoelen

8 Ultrasoon onderzoek8.1 Inleiding8.2 Ultrasone geluidsgolven8.3 Breking, reflectie, transmissie8.4 Tasters8.5 Pulsechomethode8.6 Interactie van ultrasone golven met het

materiaal8.7 Invloed foutoriëntatie, -grootte en -vorm op

de detecteerbaarheid8.8 Bepaling van de grootte van defecten8.9 Elektronische verwerking en presentatie van

de indicaties8.10 Lasonderzoek met Time Of Flight

Diffraction (TOFD)8.11 Gebruik van Phased Arrays8.12 Guided Waves

blz.

5 5 5 6 6 6 6 7

9 9

912

14141414

161616171819

202020212122

23232323

262626272727

292929303133

35

3636

37

394042

9 Radiografie en radioscopie9.1 Inleiding9.2 Stralingsbronnen9.3 De interactie tussen straling en materie9.4 De radiografische film9.5 "Real time" afbeelding op een monitor9.6 Andere opnametechnieken, sensoren9.7 Onderzoek met verstrooide röntgenstraling9.8 Inspectie; het lezen van de film9.9 Toepassingen9.10 Digitale Radiografie

9.10.1 Digitalisering van radiografieën9.10.2 Computed radiography (CR)9.10.3 (Echte) Digitale Radiografie (DR)9.10.4 Beeldkwaliteit9.10.5 Status van de regelgeving voor CR

en DR9.10.6 Keuze tussen de CR en DR methode9.10.7 Toepassingen van de CR en DR me-

thode9.10.8 Werkstation en software

10 Thermische inspectiemethoden10.1 Inleiding10.2 Enige begrippen uit de stralingstheorie10.3 De detector of sensor voor contactloze

methoden10.4 Optische componenten10.5 IJking10.6 Pyrometers10.7 Infraroodbeeldafbeeldingssystemen10.8 NDO-toepassingen van thermische inspectie10.9 Thermografische inspectie met contactme-

thoden

11 Overige methoden11.1 Scheurdieptemetingen (potentiaalvalmetho-

de en de ACFM-methode11.2 Replica11.3 Methoden voor materiaalidentificatie11.4 Methoden voor het meten van residuele

spanningen en van vervormingen11.5 Doorstraling van een werkstuk met deeltjes

(elektronen, ionen, neutronen)11.6 Holografische interferometrie, holografie

12 Veiligheidsaspecten bij het niet-destructiefonderzoek12.1 Inleiding12.2 Ioniserende straling12.3 Andere vormen van elektromagnetische

straling12.4 Geluid en trillingen12.5 Gevaarlijke stoffen12.6 Elektriciteit

13 De organisatie van het niet-destructiefonderzoek13.1 Inleiding13.2 De acceptatiespecificatie13.3 Kwalificatie en certificatie van de onderzoeker13.4 Kwaliteitsbeheersing (borging) en kwaliteits-

bewaking13.5 Nederlandse organisaties op het gebied van

NDO

Literatuur

blz.

444444454648505051515252535456

5960

6061

636363

646464656565

65

66

666667

67

6869

717171

72737374

75757575

76

77

78

Page 7: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

5

Hoofdstuk 1Niet-destructief onderzoek

1.1 InleidingEen van de instrumenten voor de bepaling van de kwaliteiten van de aanwezigheid van opgetreden schade vormt hetniet-destructief onderzoek (NDO), waarvan vele uitvoerings-vormen zijn ontwikkeld en waaraan binnen de kaders vande wetgeving en de in gebruik zijnde Codes zowel aan deapparatuur als aan de bediening eisen worden gesteld. Zomoeten ook de uitvoerders van NDO in de praktijk gecerti-ficeerd zijn.Certificatie van personen is geregeld op verschillende ni-veaus, voor de verschillende technieken en voor verschil-lende industriële sectoren. In § 12.3 wordt hierop naderingegaan. De opleiding van personeel is belangrijk, waarbijook manipulatietechnieken en automatisering in het NDObelangrijke aandachtspunten vormen.

Voor vele laagbelaste objecten is een beperkte productie-controle gebruikelijk en is bijvoorbeeld de bepaling van dehardheid of de chemische samenstelling en visuele inspec-tie (VT) reeds voldoende.Naarmate het product belangrijker is (hogere kostprijs,ernstiger consequenties bij eventueel bezwijken), zullen debelanghebbenden een groter eisenpakket formuleren, waar-van ook andere NDO-methoden deel uitmaken, zodat reedsin de ontwerpfase én in de diverse fabricagestadia zeker-heid bestaat omtrent de kwaliteit. Dit houdt in dat de ver-schillende disciplines moeten samenwerken. Deze samen-werking is nog lang niet optimaal. Men kan waarnemendat ook in Nederland de ontwerpers, de uitvoerders bij defabricage en het NDO-personeel nog teveel in een eigenwereld opereren en te weinig oog hebben voor de moge-lijkheden en de beperkingen van de vakgebieden buiten huneigen werkterrein. Een gevolg hiervan is vaak een conser-vatieve opstelling ten opzichte van de andere gebiedenmet een negatieve weerslag op de kwaliteit [lit. 2].

Deze publicatie over niet-destructief onderzoek wil infor-matie geven over de stand van zaken van de huidige in-spectietechnieken in de industriële praktijk en hoopt bij tedragen aan een beter inzicht in wat NDO is, wat het kanen wat er voor nodig is.Hij is bestemd voor leidinggevenden bij productieprocessenen bij bedrijfsomstandigheden. Deze publicatie is ook bruik-baar op andere terreinen waar het NDO van nut kan zijn.Het te bestrijken terrein is groot en in een boek van relatiefbescheiden omvang kunnen niet alle aspecten aan bodkomen. Voor meer informatie wordt verwezen naar [lit. 3],een boek dat basis is geweest voor deze publicatie.

1.2 Wat is NDO? Wat kan het? Wat kan het niet?Onder niet-destructief onderzoek (NDO) wordt verstaan eenwerkwijze, waarmede een indruk kan worden verkregenvan de kwaliteit van een las, een constructie of een werk-stuk en over de mate van functioneren zonder dat bij hetonderzoek beschadiging optreedt.In de loop der jaren zijn vele NDO-methoden ontwikkeld,waarvan de meeste berusten op het inbrengen van een be-paalde vorm van energie in het werkstuk, waarmee een in-dicatie of ook een beeld kan worden verkregen van onvol-komenheden (conform het spraakgebruik zal over defectenof over fouten worden gesproken).Het doel van NDO is de aanwezigheid, de ligging, de afme-tingen en de aard van de fouten vast te stellen. Niet altijdbehoeft de informatie over een fout volledig te zijn. Ook ishet zo dat niet elke techniek daartoe in staat is. Verschil-lende technieken geven alleen kwalitatieve informatie. An-dere technieken kennen uitvoeringen zowel voor kwalita-tieve als kwantitatieve inspectiedoeleinden.

Op grond van de opgedane ervaring, die bijvoorbeeld isvastgelegd in voorschriften en normen, kan worden be-paald of de gevonden fout acceptabel is en in het werk-stuk kan blijven zitten, dan wel dat tot reparatie of totafkeur moet worden overgegaan.

Naast het aantonen van fouten is het met de te behandelenmethoden onder meer mogelijk om verschillende mecha-nische eigenschappen (bijvoorbeeld de hardheid), de che-mische samenstelling (bijvoorbeeld ten behoeve van mate-riaalidentificatie), de afmetingen van het werkstuk (wand-dikten) en inwendige spanningen te bepalen. Ook voordeze toepassingen bestaan kwalitatieve en kwantitatieveinspectie- en meetsystemen, zowel voor op de werkvloerals voor in het laboratorium.Het NDO kan zowel lokaal als op het gehele object wordentoegepast.

Het NDO vangt in de regel aan met een visuele inspectie enveelal kan hiermede worden volstaan. In andere gevallengeeft een dergelijke inspectie belangrijke aanwijzingen voormogelijke defecten en voor de keuze van een geschikteonderzoekstechniek.Behalve door bekijken kan door het luisteren naar het ge-luid (klank, toonhoogte) bij het bekloppen van het werk-stuk op eenvoudige wijze worden nagegaan of afwijkingenin de kwaliteit zich voordoen. Al van oudsher wordt dezemethode bijvoorbeeld in de beoordeling van keramischeproducten toegepast.

Het gebruik van ultrasone geluidsgolven is van jongeredatum en heeft zich ontwikkeld tot een aantal methodie-ken, gebaseerd op verschillende fysische principes, dieheden ten dage uitgebreid worden toegepast.

Aan het eind van de vorige eeuw werd de methode die nubekend staat als penetrant onderzoek in een primitievevorm al door machinisten toegepast voor het onderzoekvan krukassen van stoommachines. Op verdachte plaatsenwerd hete olie gebracht, die in eventueel aanwezige scheu-ren kon dringen. De scheuren werden vervolgens zichtbaargemaakt door het opbrengen van krijtpoeder. Ook anderemethoden voor de inspectie van het oppervlak, waaronderelektrische en magnetische methoden zoals bijvoorbeeldhet wervelstroomonderzoek, zijn al meer dan 100 jaar oud.Het eerste experiment met röntgenstraling bij lasonderzoekvond in 1896 plaats in de Verenigde Staten. In Nederlandvoerde het Stoomwezen het radiografisch- of röntgen-onderzoek als goedgekeurde NDO-methode rond 1937 in.

Het NDO heeft vooral na de tweede wereldoorlog een grotevlucht genomen, waarbij niet te ontkennen valt, dat dehuidige stand van de techniek voor een zeer groot gedeeltehet gevolg is van ontwikkelingen op lasgebied.Ook de behoeften op andere terreinen, waarbij bijvoor-beeld kan worden gedacht aan de medische wetenschap,de breukmechanica, het corrosie-onderzoek, de praktischetoepassing van nieuwe materialen en de miniaturisatie, heb-ben aanleiding gegeven tot de ontwikkeling van het NDO.

Voorts is en wordt een belangrijke bijdrage geleverd doorde inzet van kennis en ervaring uit disciplines als de fysicaen de elektronica. Dit heeft onder meer geleid tot de ont-wikkeling van geavanceerde videocamera's voor opnamenmet niet alleen gewoon licht, maar ook met röntgenstra-ling en met infrarood licht, tot de stormachtige ontwikke-ling van het ultrasoon onderzoek (TOFD, Phased Array) entot nieuwe technieken als de akoestische emissieanalyse(onder meer voor de detectie van scheurgroei), het onder-zoek met microgolfstraling (bijvoorbeeld voor foutdetectiein beton) en de holografische technieken (onderzoek aanvervormingen).Iedere methode heeft zijn specifieke mogelijkheden en be-perkingen. Men moet daarom bij de keuze van de methodeterdege rekening houden met factoren zoals materiaal, aardvan de mogelijke fouten en toegankelijkheid van het object.

In ieder materiaal, bij elk fabricageproces en tijdens delevensduur van een constructie zullen specifieke fouten

Page 8: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

6

kunnen worden verwacht, die soms slechts met één vande beschikbare NDO-methoden kunnen worden gevonden.Het verdient aanbeveling, als dat economisch mogelijk is,meerdere geschikte NDO-methoden te gebruiken, daar degezamenlijke resultaten veelal pas een goed beeld van deaanwezige fouten geven.

In tabel 1.1 zijn de voornaamste NDO-methoden voor deindustriële praktijk vermeld. Een aantal technieken, dat nietin deze tabel is opgenomen, wordt behandeld in hoofdstuk 11.Opgemerkt moet worden dat voor deze technieken de ont-wikkeling van (inter)nationaal erkende normen nog gaandeis of nog moet worden gestart.

tabel 1.1 Belangrijkste NDO-methoden voor de industriëlepraktijk

NDO-methodendefecten materiaal-

eigenschappenaan of bij het oppervlak inwendigvisueelonderzoek ++

auditiefonderzoek + +

magnetischonderzoek ++ +

penetrantonderzoek ++

wervelstroomonderzoek ++ + +

ultrasoononderzoek + ++ +

radiografischonderzoek + ++

infrarood(thermografie) + +

Van deze methoden kunnen het ultrasoon (U.S.) en hetradiografisch onderzoek en natuurlijk visuele inspectie alsde meest toegepaste worden beschouwd. Uit de tabel volgtdat er een onderscheid moet worden gemaakt in technie-ken waarmee alleen de inspectie van het oppervlak kanworden uitgevoerd, en waarmee ook het inwendige vaneen werkstuk kan worden onderzocht.

1.3 NDO en de moderne informaticaDe belangrijkste bijdrage aan de ontwikkeling van het NDOvan de laatste 10 jaar is evenwel toe te schrijven aan hettoenemend gebruik van dataverwerkende apparatuur. Deverwachting is, dat deze ontwikkeling bij de toenemendeverwerkingssnelheid van deze apparatuur aanleiding zalblijven voor de ontwikkeling en de praktische toepassingvan geavanceerde technieken. Deskundigen stellen datalleen die methoden zullen doorbreken, waarmee men instaat is de geautomatiseerde verwerking van meetgege-vens in de systemen te integreren. Als illustratie kan alworden gewezen naar de geweldige invloed van de ont-wikkelingen uit de digitale elektronica op de jongste gene-ratie van de apparatuur voor NDO, naar de vooruitgang bijhet bepalen van (residuele) spanningen, het waarnemenvan de microstructuur en het afschatten van de grootte ende vorm van defecten.Ook de voortdurende daling van de prijs van computers,de steeds compactere uitvoering, naast de toename vande verwerkingssnelheid en van de opslagcapaciteit, hebbeneen enorm effect op de ontwikkelingen van apparatuur.

1.4 Toepassingsgebieden van NDOHet NDO kan op alle (constructie)materialen worden toege-past: metalen, metaallegeringen, kunststoffen, beton, kera-mische materialen, composieten. Het NDO tijdens fabricageis één van de belangrijkste toepassingsgebieden, daar ge-vonden fouten in materialen en halffabrikaten een bewa-king is van het productieproces en een besparing in de

productie-kosten geven door het voorkomen van afkeurenna de bewerking.Controle via NDO van verbindingen van gelijksoortige ofongelijksoortige materialen is een vast onderdeel tijdensconstructie. Dit NDO-proces is zeer intensief gestandaardi-seerd en soms in de wet vastgelegd. Het NDO op de ver-bindingen (lassen) is er op gericht om het niveau van vak-manschap van de aanbrenger vast te stellen. Dus goedvakmanschap van de lasser. NDO signalen uit de las bepa-len of de las wél of niet aan het gestandaardiseerd kwali-teitsniveau voldoet.

De principes van de NDO-technieken kunnen hierbij ookworden ingezet voor procesbewaking. Steeds meer wordtde bijstelling van het proces na de analyse van de metin-gen van de procesparameters met geschikte sensorenpraktisch toegepast. Een snelle terugkoppeling en ook detoepassing van betere beoordelingssystemen is essentieel.

Voorts wordt onder bedrijfsomstandigheden NDO toege-past. Men maakt onderscheid tussen inspectie tijdens be-drijf ('in-service') en inspectie bij onderhoud.Hiervoor zijn controlemethoden ontwikkeld, die continueen proces of constructie kunnen bewaken en waarbij zonodig de inzet naast de klassieke methoden als ultrasoononderzoek en röntgenonderzoek van andere methoden hetinzicht in eventuele onvolkomenheden verder aanvullen.Voorbeelden hiervan zijn: visuele inspectietechnieken bij-voorbeeld met een gesloten TV-systeem, trillingsanalyse,akoestische emissie (het geluid dat onder meer ontstaat bijscheurgroei) en thermografie (inspectie met behulp vanafbeeldingen met infrarood licht).

Vooral drukhoudende apparatuur (speciaal die voor gevaar-lijke stoffen en processen) en dynamisch belaste construc-ties (vermoeiingsbelasting) worden vrij intensief geïnspec-teerd. Ook op deze gebieden vervaagt de grens tussen detoepassing als NDO en meet- en regeltechniek.

Moeilijk bereikbare constructies, bijvoorbeeld onder water,of bij aanwezigheid van voor de onderzoeker schadelijkemilieus maken het noodzakelijk soms onderzoek op afstanduit te voeren met gemechaniseerde systemen (robots)naast de genoemde continue bewakingsmethoden.

1.5 Keuze van de methodeOm tot een juiste keuze van de onderzoekmethode(n) tekomen, is het nodig om over een aantal gegevens te be-schikken van zowel het te onderzoeken object, als de tegebruiken onderzoekmethode. Wat het object betreft dientmen informatie te hebben over: materiaaldikte; materiaalsamenstelling, mechanisch, fysisch en chemisch

gedrag; fabricagemethode (zoals lassen, lijmen, gieten, smeden,

walsen, warmtebehandeling); structuur, oppervlaktegesteldheid, vormgeving, toegan-

kelijkheid; te verwachten en te detecteren fouten.

Specifiek op de methode betrekking hebbende factorenzijn: nauwkeurigheid van de onderzoekmethode; wijze van vastleggen van onderzoeksresultaten; kosten en voor onderzoek beschikbare tijd.

Daarnaast zijn factoren als kosten/batenverhouding, beschik-baarheid van getraind personeel, servicemogelijkheden vanapparatuur, snelheid van verkrijgen van onderzoekinforma-tie, gewicht, volume van apparatuur en object ook vangroot belang.

1.6 Oorzaken van schadeTabel 1.2 geeft een overzicht van veel voorkomende oor-zaken van schade bij technische objecten. De opgegevenpercentages zijn afkomstig van door verzekeringsmaat-

Page 9: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

7

schappijen gepubliceerde gegevens.Een grotere inzet van NDO kan schadegevallen uit de cate-gorieën B en C (ca. een derde van het totaal) en in minderemate schade ten gevolge van ontwerp-fouten (A) helpenvoorkomen.

Schade door ongunstige bedrijfscondities (D en E) is echternauwelijks door meer of beter NDO te verhelpen.

tabel 1.2 Belangrijke of veel voorkomende oorzaken vanschade bij technische objecten

categorie fouten % omschrijving

A ontwerpfouten 10

ongunstige vormgeving, foutievesterkteberekening, verkeerde mate-riaalkeuze, foutieve verbindings-methode

B materiaalfouten 5 giet- en smeedfouten, warmtebe-handelingsfouten

C bewerkings- enmontagefouten 30

mechanische bewerkingsfouten,inwendige spanningen, lasfouten,onvoldoende of verkeerde montage,onvoldoende uitlijning

D ongunstigebedrijfscondities 30

verkeerde bediening, onvoldoendebewaking en onderhoud, mecha-nische overbelasting, thermischeoverbelasting

Efysische ofchemischeaantasting

20

Foverige (nietopgehelderde)zaken

5

Tabel 1.3 geeft de belangrijkste bezwijk- en scheurgroei-mechanismen. Opgemerkt moet worden, dat een scheur-groeimechanisme op zich geen bezwijkmechanisme is, hetkan alleen leiden tot een situatie waarin bezwijken optreedt.

tabel 1.3 Bezwijk- en scheurgroeimechanismen

bezwijkmechanisme scheurgroeimechanisme

elastische of plastische instabiliteit overbelasting, overmatige deformatie ductiele breuk, laagspanningsbreuk

algemene corrosie spanningscorrosie vermoeiing corrosievermoeiing scheurgroei door kruip

Nog enige opmerkingen bij de belangrijke mechanismen uitdeze tabel: laagspanningsbreuk

Er zijn twee typen laagspanningsbreuk. Het eerste type- brosse breuk - doet zich voornamelijk voor bij construc-tiestaal van lage sterkte. In de praktijk wordt deze mate-riaalsoort op grote schaal toegepast in bruggen, schepen,kranen, tanks en vele andere grote constructies. Brossebreuk vindt plaats zonder noemenswaardige plastischedeformatie en kan optreden bij spanningen ver benedende vloeigrens en bij lage temperatuur. Na vermoeiing isbrosse breuk de belangrijkste schadeoorzaak. Het tweedetype laagspanningsbreuk gaat altijd uit van een defect,meestal een kleine scheur en komt in de praktijk voor bijhoogwaardige constructiematerialen, die bijvoorbeeld inde chemische industrie veel worden toegepast.

spanningscorrosieSpanningscorrosie is een vorm van scheurgroei die op-treedt door samenwerking van spanning en het corrosie-middel. Het komt voor zowel bij staal, als bij non-ferromaterialen. Afhankelijk van het milieu, residuele spannin-gen, de geometrie van de constructie en tot het oppervlakdoorlopende fouten, kan scheurgroei door spanningscor-rosie na een bepaalde bedrijfsperiode leiden tot laagspan-ningsbreuk. Corrosie in het algemeen, zie ook tabel 1.2.E,blijft een van de meest voorkomende schadeveroorzakers.

vermoeiingIn het merendeel van de schadegevallen door vermoeiingtreden scheuren op die kunnen leiden tot lekkage of breuk.Zowel volumetrische als vlakke fouten beïnvloeden descheurinitiatie. Het scheurgroeiproces kan nog wordenversneld door een corrosief milieu.

kruipScheurgroei bijvoorbeeld door vermoeiing na het optredenvan een kritische rek als gevolg van kruip kan lekkage ofbrosse breuk veroorzaken.

1.7 Acceptatiecriteria, reparatieBij het niet-destructief onderzoek zijn in het algemeen drieuitvoerings- of werkfasen te onderscheiden, waarmee nietaltijd dezelfde personen worden belast: de uitvoering vanhet onderzoek, de interpretatie van het onderzoeksresultaat(bijvoorbeeld het lezen van een röntgenfilm) en de beoor-deling van de verkregen informatie.

Bij de beoordeling gaat het in het algemeen om de vraag ofhet onderzochte werkstuk voldoet aan de gestelde eisen.Naast de goed- of afkeuring bestaat de mogelijkheid vaneen voorlopige afkeur, waarna wordt nagegaan in hoeverreeen reparatie technisch en economisch verantwoord is.Degene, die verantwoordelijk wordt voor het goed functio-neren van het object bepaalt mede de beslissing. (Anderepartijen, die bij de beoordeling mee kunnen spelen, zijnnaast de fabrikant, de overheid of toezichthoudende orga-nen als Notified Bodies (NoBo), alsmede AangewezenKeurings Instantie (AKI) en verzekeringsmaatschappijen).

In constructies komen altijd defecten voor, die met een ze-kere kans, die niet 100% is, kunnen worden gedetecteerden waarvan de afmetingen met een zekere nauwkeurigheiden betrouwbaarheid met NDO kunnen worden bepaald.Voor het bepalen van de detectiekans wordt de term POD(probability of detection) gebruikt. Deze term geeft aan hoe-veel fouten in een foutpopulatiebestand met een bepaaldeNDO-techniek worden gevonden.Voorbeeld: manueel ultrasoon onderzoek aan een 30 mmdikke lasverbinding heeft een POD van 75%.Dit houdt dan globaal in, dat 25% van de onacceptabelelasfouten niet als zodanig worden beoordeeld.Overigens is de POD sterk afhankelijk van de methode vanonderzoek, materiaaldikte en -soort.Bij manueel ultrasoon lasonderzoek aan een 8 mm dikkelasverbinding is de POD al minder dan 50%!

Hiervoor zijn acceptatiecriteria ontwikkeld, waarmee kanworden vastgesteld aan de hand van goedkeur-/afkeurgrenzenof voldaan is aan een (afgesproken) kwaliteitsniveau. Decriteria kunnen gebaseerd zijn op bestaande (las)kwaliteits-regels of op een doelgeschiktheidsconcept (Fitness ForPurpose, FFP). In de ontwerpfase kunnen ook (gedeeltelijk)nieuwe regels met behulp van de breukmechanica wordenontwikkeld. De breukmechanica is onder meer in staat vaneen gegeven tweedimensionaal defecttype bij een gegevenspanningstoestand in een gegeven materiaal de grootte vande kritische scheurlengte van het defecttype te berekenen.Boven deze waarde kan een scheur instabiel met hoge snel-heid tot breuk doorgroeien. Onder deze waarde blijft descheurlengte constant of groeit met een geringe snelheiden is dan met NDO te bewaken.

In de huidige praktijk worden voornamelijk standaardcriteriatoegepast, die het 'goede vakmanschap' (workmanship,WMS) controleren en waarbij geldt dat fouten onder degoedkeur-/afkeurgrens zonder verdere beschouwing toe-laatbaar zijn (acceptatie criteria).Deze criteria zijn gebaseerd op de opgedane ervaring in hetverleden met vergelijkbare objecten en zijn vaak gekoppeldaan een NDO-methode. De eigenschappen van deze methodebepalen vaak mede de goedkeur-/afkeurgrens. Het aanbren-gen van veranderingen in de criteria is vaak een moeizaamproces, hetgeen betekent dat deze criteria niet voldoendeinspelen op de technische vooruitgang, bijvoorbeeld bij de

Page 10: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

8

toepassing van andere NDO-technieken, van betere materia-len en productieprocessen en ook op nieuwe ervaringsfeiten,waardoor een verschuiving van de goedkeur-/afkeurgrensnaar grotere waarden gerechtvaardigd zou zijn. Deze crite-ria vindt men in vele normen en specificaties.

De voorschriften voor goed vakmanschap leggen vaak denadruk op driedimensionale fouten, zoals porositeit en slak-insluitingen, die gemakkelijk met radiografie kunnen wordengedetecteerd.Zo laat de ASME-code ruwweg toe één volume-procentporositeit en slakinsluitingen, waarvan de toelaatbare lengteafhangt van de wanddikte met een maximum van 19 mm.Scheuren en onvoldoende doorlassing worden ongeachtafmetingen en richting niet toegestaan, mits uiteraard bo-ven het "aantoonbaar" niveau (detectielevel).

Defecten, die groter zijn dan de WMS-acceptatiecriterialeiden tot afkeur of tot reparatie.Een beschouwing op doelgeschiktheid kan mogelijk ant-woord geven of afkeur en/of reparatie werkelijk noodzake-lijk is.In een FFP-concept wordt de constructie met een defectgeschikt geacht voor zijn doel, wanneer de condities diebezwijken tot gevolg hebben in de verdere levensduur bin-nen zekere veiligheidsgrenzen niet optreden. De basis voorde toegestane afwijkingen vormt ervaring met eerdere ver-gelijkbare constructies en omstandigheden naast breuk-mechanische analyses of proeven (Engineering CriticalAssessment).

Bij minder kritische constructies en bij lage bedrijfsspanningenvolstaat men vaak met een volgens goed vakmanschapvervaardigd product, omdat de ervaring heeft uitgewezendat de mogelijke onvolkomenheden meestal niet leiden totbijvoorbeeld een catastrofale breuk. Voor de beoordeling vangecompliceerde objecten, vooral wanneer er ten behoevevan de bedrijfszekerheid en de veiligheid strenge eisen zijngesteld, worden de criteria steeds meer gebaseerd op debij specifieke bedrijfscondities toelaatbare fouten en fout-grootten, waarvan de effecten meestal op destructievewijze zijn bepaald.

ReparatieHet repareren van onschuldige, maar gemakkelijk detecteer-bare lasfouten (slak, porositeit) kan minder goed detecteer-bare fouten opleveren, zoals scheuren, bindingsfouten enonvoldoende doorlassing, die des te gevaarlijker zijn, naar-mate ze meer loodrecht op het vlak van de hoofdspanning-(en) staan. Omdat een object bij reparaties vaak moeilijktoegankelijk is en er minder mogelijkheid tot vervorming isontstaan, is er een grotere kans op fouten en een vaakhoger lokaal residueel spanningsniveau (als er niet gegloeidkan worden), hetgeen minder hoge bedrijfsspanningen toe-laat. Uit de vakliteratuur blijkt, dat veel reparaties aan las-sen onnodig worden uitgevoerd.Een belangrijke praktijkrichtlijn voor het repareren van las-sen in ongelegeerde en laaggelegeerde constructiestaal-soorten is [lit. 4]. Naast de aanwijzingen ten behoeve vanhet reparatielassen geeft deze richtlijn uitvoerige informatieover de oorzaken van het ontstaan van defecten door lassen.

De beschrijving van NDO-methoden en hun bijbehorendeacceptatiecriteria zijn beschreven in diverse Europese nor-men. Een handig overzicht wordt gegeven in euronormEN 12062. Zeer handig is NEN-bundel 23: een verzamelingvan NDO-normen voor lasonderzoek (zie [lit. 5]).

Page 11: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

9

Hoofdstuk 2Materiaalkunde voor het NDO

2.1 InleidingEen NDO-onderzoeker moet, afhankelijk van zijn niveau vanopleiding, naast specifieke kennis van de toe te passenNDO-techniek, beschikken over kennis van de te verwachtenfouten. Voor de uitvoerder van het NDO geldt dat hij moetwerken volgens specificatie, waarin staat op welke defec-ten in een bepaald product moet worden geïnspecteerd.Op het hoogste niveau-3 (zie § 13.3) is voor een goedfunctioneren kennis van materiaalkunde in het algemeen,(het mechanisch, natuurkundig en scheikundig gedrag vanmaterialen) en meer specifiek kennis van fabricage- enverbindingstechnieken, van bezwijk- en schademechanis-men en van mogelijke defecten noodzakelijk.

Er bestaat op dit gebied een breed scala van goede leer-boeken. Als voorbeelden kunnen worden genoemd: G. den Ouden en B. M. Korevaar, Metaalkunde I & II,

A.K. van der Vegt, Polymeren, DUP, Delft, Nederlands-talige boeken over de materiaalkunde van metaallegeringen(met name staal en aluminiumlege-ringen) en polymeren,die bij vele technische opleidingen worden gebruikt endie bijvoorbeeld aan de TU-Delft voorgeschreven zijn bijde opleiding voor werktuigbouw en scheepsbouw [lit. 6].

W.D. Callister jr, Materials Science and Engineering,John Wiley and Sons, een Engelstalig boek, dat bijvoor-beeld aan de TU-Delft wordt gebruikt bij de opleidingenvoor materiaalkunde en industrieel ontwerpen. In dit boekworden alle constructiematerialen behandeld [lit. 7].

De meeste opleidingen voor NDO gebruiken syllabi die zijnsamengesteld door eigen docenten.Het door de ASM uitgegeven Metals Handbook, negendedruk, volume 17, Nondestructive Evaluation and QualityControl en wel met name het hoofdstuk over het NDO vanspecifieke producten is een internationaal voorbeeld hier-van [lit. 8].

2.2 Mogelijke fouten bij productie-verbindingsprocessen en verschijnselen

Dit hoofdstuk over de materiaalkunde voor het NDO beperktzich tot korte behandelingen van mogelijke defecten bij demeest voorkomende fabricage- en verbindingsprocessenvoor de verschillende materiaalklassen.Voorts bevat het onder andere in tabel 2.1 een overzichtvan aanbevolen methoden voor het opsporen van mogelijkefouten bij deze processen en verschijnselen. Het blijkt dathet NDO bij metalen en meer specifiek bij staal het meestwordt toegepast.

GietfoutenIn het algemeen zijn in gietstukken defecten als reeds be-staande scheuren, inwendige holten en niet-metallische in-sluitsels, waarbij een spanningsconcentratie kan worden op-gebouwd of waarbij een scheur kan ontstaan, het gevaarlijkst.[Lit. 8] geeft een zeer uitgebreid overzicht van een interna-tionale classificatie van mogelijke gietfouten, die is onder-verdeeld in 7 categorieën: metallische uitsteeksels, holten,discontinuïteiten, defecten, onvolkomen gietingen, incor-recte afmetingen, insluitsels of structurele anomalieën.

Figuur 2.1 toont verschillende vormen van porositeit.Bij het meeste gietwerk beperkt het NDO zich tot visueleinspectie, de bepaling van het gewicht en controle van deafmetingen. Ook hardheidsmetingen worden uitgevoerd.Additioneel onderzoek met andere NDO-technieken wordttoegepast bij gietwerk bestemd voor kritische toepassingen.

SmeedfoutenDe fouten die in smeedstukken kunnen ontstaan hebbenhun oorzaak in de uitgangsconditie van het materiaal en

van het smeedproces.In het uitgangsmateriaal kan voorkomen: segregatie (lokaleafwijkingen van de gemiddelde chemische samenstelling),slinkholten, niet-metallische insluitsels en ingevangen gasdat bij hoge concentraties holtevorming en scheurvorming(vlokken) kan geven.

figuur 2.1 Gietfouten: a). macroporositeit; b). lokale macro-porositeit naast microporositeit

Bij het smeden onderscheidt men onder meer als fouten:"bursts" (vaak intern optredende scheuren op plaatsenmet zwak materiaal) en vouwen ("laps", in het werkstukgesmeed materiaal dat door de oxidelaag aan het opper-vlak niet samenvloeit en kerven kan vormen). Figuur 2.2geeft enige typische smeedfouten weer, die in aluminium-legeringen worden gevonden.

a)

b)

c)

figuur 2.2 Smeedfouten in aluminiumlegeringen

Voor hoogwaardig smeedwerk worden meerdere NDO-tech-nieken toegepast, bijvoorbeeld voor detectie van foutenaan het oppervlak en in het inwendige. Ook bij het smedenneemt de visuele inspectie al dan niet als voorbereidendetechniek een grote plaats in.

Page 12: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

10

tabel 2.1 Aanbevolen NDO-methoden voor het opsporen van bij bepaalde processen en verschijnselen mogelijkekarakteristieke fouten [lit. 3]

proces volumetrische fouten platte fouten NDO-methodewalsen, smeden fouten in het oppervlak insluitsels, dubbelingen visueel/magnetisch, U.Slassen randinkarteling U.S., radiografie, visueel

slakinsluitsels, porositeit radiografie, U.S.oppervlaktescheuren magnetisch, penetrant, U.S.,

potentiaalbindingsfouten U.S., radiografieinwendige scheuren (bijv. scheurenevenwijdig aan het oppervlak)

U.S.

onvolkomen doorlassing radiografie, U.S.waterstofscheuren akoestische emissie, U.S.warmscheuren U.S.

solderen onregelmatige laagdikte, soms ookafwijkende samenstelling

neutrografie

onvoldoende hechting U.S.lijmen hechtingsfouten bekloppen, Fokker bondtester,

radiografie, U.S., holografiegieten slinkholten U.S., radiografie

koudloop U.S.afwijkende wanddikte U.S., radiografie, visueelafwijkende structuur (bij gietijzer bijv.lamel- i.p.v. noduulvorm)

U.S.

vormwand-, oppervlaktefouten penetrant, magnetischoppervlaktebehandelingsmethodeverzinken van staal blisters visueel, U.S.

afwijkende laagdikte magnetischverkoperen van staal afwijkende laagdikte magnetischplastificeren van staal afwijkende laagdikte wervelstroom, doorslagproefkeramische deklagen opmetalen objecten

hechtingsfouten wervelstroom, microgolfstraling,akoestische microscopie

warmtebehandelingcarboneren afwijkende indringdiepte wervelstroomharden scheuren, lokaal (onvoldoende

harding)magnetisch, penetrant, U.S.,(Barkhausen)

spanningsarmgloeien scheuren ('reheat cracking') magnetisch, penetrant, U.S.verschijnselvermoeiing scheuren magnetisch, penetrant, U.S.breuk (bros, taai) scheuren magnetisch, penetrant, U.S.(overmatige) plastische defor-matie residuele spanningen

rekstrookjes, holografie,röntgendiffractie, Barkhausen

corrosie wanddikte afname U.S., radiografie, wervelstroom,magnetisch

scheuren magnetisch, penetrant, U.S.,wervelstroom

trillingen te hoge amplitude, te hoog geluids-niveau, afwijkend frequentiespectrum

vibratieanalyse

'hot spots' verdwenen isolatie thermografie

[Lit. 8] bespreekt uitvoerig de inspectie van plaat-, staf-,draad- en buismateriaal. Figuur 2.3 geeft enige voorbeel-den van fouten in stafmateriaal, die met NDO kunnen wor-den opgespoord.

Gewalste plaat vertoont vaak uitgewalste slakinsluitsels.Ook scheuren kunnen ontstaan.Buizen zijn vaak gelast met het weerstandslasproces enkunnen bij dit lasproces behorende lasfouten vertonen.

Voor de inspectie bij afname wordt veelal wervelstroom-onderzoek toegepast.In naadloze buizen kunnen als fouten voorkomen: blisters,groeven, laminaties, overlappingen, putjes, ingewalste me-taaldeeltjes, bratsen en naden. De inspectie tijdens bedrijfis vaak gericht op put-, spannings- en intergranulairecorrosie.

a) b) c)

figuur 2.3 Smeedfouten in stafmateriaal

Page 13: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

11

Fouten in gesinterde productenSinteren is een proces, waarbij het metaal of een legeringin poedervorm bij hoge temperatuur en bij hoge druk ge-durende een bepaalde tijd wordt samengeperst. Ook voorde vervaardiging van keramische materialen wordt het sin-terproces toegepast. Het proces is duur en het vertoonteen relatief hoge uitval. Een en ander heeft er toe geleiddat bij de vervaardiging van hoogwaardige producten deuiterste zorg wordt besteed aan de materiaalvoorbereiding,aan de apparatuur en aan de uitvoering van het proces.In vergelijking met andere vervaardigingstechnieken is het(geavanceerde) sinterproces relatief jong en loopt de ont-wikkeling parallel met de ontwikkeling van zeer geavan-ceerde NDO-technieken. Veel voorkomende fouten zijn:scheuren, variaties in de dichtheid, het lokaal voorkomenvan een slecht gesinterd product (microscheuren) en micro-laminaties.

[Lit. 8] geeft voorts een uitvoerig overzicht van de mogelijk-heden en beperkingen van praktisch alle NDO-technieken,die toepasbaar zijn bij gesinterde producten.

Fouten bij het solderenBij het solderen wordt de verbinding tot stand gebrachtmet een vloeibaar gemaakt vulmiddel. Voor het verkrijgenvan een goede soldeerverbinding is niet alleen aandachtvoor het uitvoeren van het solderen nodig, maar ook voorde selectie van de materialen en voor het ontwerp.

In veel gevallen is een eenvoudige controle van het vak-manschap met behulp van (destructieve) buigproefjes aangesoldeerde proefplaatjes voldoende.Bij NDO wordt visuele inspectie, bijvoorbeeld met een ver-grootglas met een vergroting tot 10 maal, het meest toe-gepast. In een aantal gevallen, zoals in de voedingsindus-trie, wordt de verbinding getest tijdens een persproef oplekdichtheid. Tijdens gebruik moet worden geïnspecteerdop mogelijke scheurvorming en (galvanische en chemische)corrosie.Bij de inspectie van hoogwaardige soldeerverbindingen, bij-voorbeeld in de micro-elektronica, wordt gebruik gemaaktvan akoestische microscopen, waarin met behulp vanultrasone geluidsgolven, op een analoge manier als bij eengewone microscoop, beelden worden gemaakt. Ook hetmaken van röntgenfoto's wordt voor de bepaling van poro-siteit toegepast.

Fouten bij het hardsolderenBij het hardsolderen wordt het soldeerproces uitgevoerd bijeen verhitting boven de 450 ºC, maar onder de smelttem-peratuur van de te verbinden metalen. [Lit. 8] geeft als defec-ten bij het hardsolderen: plaatsen waar de soldeer niet ge-pakt heeft, ingesloten flux, onvolkomen penetratie en ero-sie van het moedermateriaal (erosie is het oplossen vanbasismateriaal door de vorming van laag smeltende lege-ringsproducten onder het inwerken van de soldeer).Als NDO-methode wordt de visuele inspectie het meest toe-gepast. Zo nodig wordt voor het aantonen van fijne scheur-tjes en bindingsfouten het NDO uitgebreid met penetrantonderzoek. Ook ultrasoon- en radiografisch onderzoekvindt plaats. Voor deze soldeerverbindingen bestaan ookgeschikte destructieve testmethoden.De kwaliteit van het doorsnee soldeerproces, afgezien van'high tech' toepassingen, heeft nog niet die technischeperfectie bereikt als die bij het lijmen haalbaar is.

Fouten bij lijmverbindingenHet verbinden van twee metalen met behulp van lijm iseen proces, waarbij tal van defecten kan optreden. [Lit. 8]bevat een tabel met 41 verschillende defecten, die in hetalgemeen niet met standaard NDO-methoden zijn op te spo-ren. Van deze defecten is het ontbreken van de binding vande lijm aan een zijde of aan beide kanten met het metaalhet meest voorkomende niet-toelaatbare defect. Men moetvertrouwen op een zo goed mogelijk uitgevoerde proce-dure met - bij hoogwaardige constructies - de bijbehorendespecifieke fysische of fysisch-chemische NDO-methoden.Ook destructief onderzoek wordt voorgeschreven, bijvoor-

beeld met de bepaling van de bindingssterkte van de lijm-verbinding van proefplaatjes. Bij het onderzoek tijdens be-drijf moet met name worden gelet op (in)slagschade en opcorrosie.

Visuele inspectie, ultrasoon onderzoek, trillingsonderzoek(Bondstester), radiografische inspectie, thermometrie enholografisch onderzoek vormen de meest gebruikelijkeNDO-methoden voor het onderzoek van lijmverbindingen.

Fouten bij lasverbindingenEr bestaan zeer veel verschillende lasprocessen, waarbij debooglasprocessen het meest in algemene situaties wordentoegepast. Typische defecten zijn: slakinsluitsels, porosi-teit, bindingsfouten, onvolkomen doorlassing, onvolkomennaadvulling (underfill) en randinkarteling (undercut). In fi-guur 2.4 zijn van deze fouten de randinkarteling (1), de over-lapping (2) en de onvolkomen naadvulling (3) aangegeven.Aparte aandacht vereisen de mogelijke scheuren. In figuur2.5 zijn verschillende typen aangegeven.

a)

b)

c)

d)

figuur 2.4 Verschillende typen defecten in een lasverbinding

figuur 2.5 Verschillende tyypen scheuren in een lasverbinding

Te onderscheiden zijn de kraterscheur (1), de dwarsscheur(2) en de langsscheur (4) in het lasmetaal, de scheur langsde las (3) en de scheur onder de lasnaad (underbead crack)(6) in de warmte beïnvloede zone, de teenscheur (5) in hetbasismateriaal, de scheur langs de smeltlijn (7), de wortel-

Page 14: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

12

scheur (8) en de hoedscheuren (9) in het lasmetaal. Veelvan deze typen zijn koudscheuren, die optreden bij eenhoog waterstofgehalte in de las, hoge spanningen, brossestructuurbestanddelen en lage temperatuur.

In figuur 2.6 is nog de bij hoeklassen en K-verbindingenvoorkomende lamellaire scheur weergegeven. Deze scheur-vorm is het gevolg van de bij het afkoelen optredende span-ningen in het basismateriaal of in de warmte beïnvloedezone, die plaatvormige verontreinigingen loodrecht op dewalsrichting kunnen opentrekken en die vooral optreedt indikwandige constructies.

figuur 2.6 Lamellaire scheur in een K-las

Vergelijkbare defecten treden op bij andere belangrijke las-processen als elektroslaklassen, wrijvingslassen, weer-standslassen, elektronenstraallassen en diffusielassen,waarbij elk proces ook zijn specifieke defecten vertoont.De figuren 2.7 en 2.8 tonen enige voorbeelden voor hetplasma- en het elektronenstraallassen met als referentiegoede lassen in de figuren 2.7a en 2.8a.

Bij warmtebehandeling van laaggelegeerde staalsoorten inhet gebied tussen 500-700 ºC kunnen vooral in de warmtebeïnvloede zone maar ook in het lasmetaal scheuren ont-staan (reheat cracking).Ook bij het lassen van staalsoorten met een koolstofgehaltegroter dan 0,1% en die zwavel of fosfor bevatten, kunnenwarmscheuren optreden. Vaak komen zij voor als stolscheu-ren in het midden van de las (centre-line cracking). Hettype smeltscheur komt voor in de warmte beïnvloede zone[lit. 9].

Ten behoeve van de beoordeling van fouten zijn classifica-tieschema's samengesteld. Hiermee kunnen de vele vor-men van de in de praktijk voorkomende fouten tot enkelebasistypen worden teruggebracht. Zie voor lasfouten [lit. 5].Bekend zijn de collecties van het International Institute ofWelding, het IIW, met radiografiën voor lasfouten in staalen in non-ferrolegeringen. In deze classificaties worden defouten verdeeld in: scheuren, gasholten, slakinsluitingen,bindingsfouten en onvolkomen doorlassing, fouten als ge-volg van afwijkingen van de ideale lasgeometrie en diversen.

CorrosieDe chemische aantasting van een metaal door zijn omgeving,roesten voor ijzer en staal, corrosie voor non-ferro mate-rialen, is zoals bekend een ernstige vorm van schade. Hetverkrijgen van kennis van het verschijnsel en van de wijzenvan bescherming is het doel van veel wetenschappelijk entechnologisch onderzoek, waarbij de ontwikkeling en toe-passing van geschikte NDO-methoden om corrosieve aan-tasting op te sporen gelijk opgaat.

Door corrosie kan een ontoelaatbare afname van de wand-dikte ontstaan of scheurvorming, bijvoorbeeld bij staal doorinterkristallijne corrosie, wanneer er verschil in samenstel-ling is binnen het materiaal. Men kan dit verschijnsel voor-komen met een extra warmtebehandeling of ook door het

figuur 2.7 Enige fouten bij het plasmalassen:1) porositeit, 2) mismatch, 3) bindingsfout,4) onvolkomen naadvulling, 5) randinkarteling,6) onvolkomen doorlassing, 7) scheur

figuur 2.8 Enige fouten bij elektronenstraallassen:1) en 6) onvolkomen naadvulling, 2) onvolkomendoorlassing, 3) holte, 4) porositeit, 5) randinkar-teling

staal met het element niobium of molybdeen te stabilise-ren. Onder wisselende mechanische belasting kan ookscheurvorming ontstaan door corrosievermoeiing.Het effect van optredende corrosie kan worden versterktbij het gelijktijdig aanbrengen van een belasting (spannings-corrosie).

2.3 NDO bij niet-metalenKeramische materialenEen belangrijk toepassingsgebied van keramische materia-len is de micro-elektronica, waarin kleine maar hoogwaar-dige objecten worden vervaardigd. Een belangrijk voor-beeld is de condensator.Mogelijke defecten zijn: interne scheuren, holten en porosi-teit in de keramiek en delaminaties tussen de verschillendelagen. Voor het aantonen van deze fouten met zeer kleineafmetingen, in de orde van microns, wordt zeer geavan-ceerde NDO als de akoestische microscopie, die gebruikmaakt van ultrasone golven met frequenties tot in het ge-bied van meerdere gigahertz. [Lit. 8] geeft vele illustratiesvan gevonden defecten.Bij de bepaling van deze defecten bij grotere afmetingenkan de microgolftechniek worden toegepast en voor deopsporing van oppervlaktedefecten penetrant onderzoek.

Page 15: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

13

Voor de bepaling van de algehele kwaliteit, bijvoorbeeldvan aardewerk, glaswerk en porselein, is het beluisterenvan de klank bij bekloppen gebruikelijk.

PolymerenVoor de inspectie van het oppervlak is het penetrant onder-zoek toepasbaar en voor de opsporing van fouten in hetinwendige kan conventioneel ultrasoon onderzoek wordengebruikt. Zeer geschikt voor foutdetectie is de radiografi-sche methode, waarbij men het werkstuk niet met röntgen-straling, maar met neutronen doorstraalt, een methode diein Nederland buiten de instituten met een kernreactor nietof nauwelijks faciliteiten heeft.Voor de bepaling van porositeit is onderzoek met micro-golven en akoestische microscopie inzetbaar.

BetonUltrasoon onderzoek met lage frequentie is mogelijk. Intoenemende mate wordt het onderzoek met microgolvenvoor betonnen objecten toegepast.

ComposietenDelaminaties en vezelbreuk zijn veel voorkomende defec-ten. De opsporing ervan vereist het gebruik van ondermeer geavanceerd U.S.

Page 16: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

14

Hoofdstuk 3Visuele inspectie

3.1 InleidingHet gewoon bekijken van een werkstuk is te beschouwenals de oudste vorm van niet-destructief onderzoek. Ookvandaag de dag zijn ondanks alle ontwikkelingen op hetgebied van mechanisering en automatisering in de inspec-tiemethodieken voldoende voorbeelden aan te geven waarhet visueel inspecteren wordt toegepast en in vele gevallenreeds voldoende is.

In eerste instantie toont een visuele inspectie fouten in hetoppervlak aan. Het is duidelijk, dat grove fouten als scheu-ren en breuk visueel gemakkelijk waarneembaar zijn en datbij het gebruik van een eenvoudig hulpmiddel als een loepook kleine fouten te vinden zijn.Een ervaren onderzoeker is evenwel tot meer in staat. Zozijn uit de bestudering van het uiterlijk van een lasverbin-ding reeds conclusies trekken of er met het toegepaste las-proces goed is gelast en over de kwaliteit van de verbinding.

Bij het visueel onderzoek worden verschillende hulpmidde-len gebruikt met als specifieke functies, al dan niet gecom-bineerd: de belichting van het te inspecteren gebied (lam-pen, glasvezeloptiek) en het vergroot afbeelden (vergroot-glazen, microscopen). Speciale vermelding verdienen op-tische instrumenten als endoscopen, borescopen en peri-scopen, eventueel gekoppeld aan een camera- of TV-systeem, die geschikt zijn voor de inspectie van moeilijktoegankelijke gebieden.

Het spreekt voor zich, dat bij de kwalificatie van onderzoe-kers er eisen moeten worden gesteld aan de ogen. Het ge-zichtsvermogen, zo nodig aangepast met een bril, moetgoed zijn. Oogafwijkingen, zoals kleurenblindheid en astig-matisme, mogen niet voorkomen. Het is wenselijk dat bijeen regelmatige controle ook aan de algehele gezondheids-toestand aandacht wordt geschonken, omdat onder meerde bloeddruk en het gebruik van medicamenten invloedhebben op het gezichtsvermogen. Bij visuele inspectie ishet nog van belang dat een bepaalde aanpassingstijd voorde ogen in acht wordt genomen, bijvoorbeeld bij het ge-bruik van optische instrumenten en bij het werken in eenverduisterde ruimte.

Bovendien dient er op te worden gelet dat de onderzoekervoldoende rustperioden tijdens de werkzaamheden inlast,daar door vermoeidheid vooral kleine fouten niet kunnenworden opgemerkt (zie NPR 2519).

3.2 HulpmiddelenDe belichtingMoet een groot oppervlak goed worden verlicht, dan kun-nen kwikdamp- of halogeenlampen in aangepaste uitvoe-ringen worden gebruikt. Koudlichtbronnen in het kleurtem-peratuurbereik van 4000 tot 5000 K verzekeren een goedekleurweergave en een zeer hoog verlichtingsniveau. Tegen-woordig komt de belichtingswijze met behulp van koudlicht-bronnen en het transport van licht door middel van bundelsglasfibers steeds meer in zwang.

Met deze methode zijn in het te inspecteren gebied zeerhoge lichtsterkten te behalen en dankzij de grote elasticiteitvan de draden is een flexibele uitvoering in kabels moge-lijk, zodat moeilijk toegankelijke plaatsen gemakkelijk kun-nen worden bereikt.

VergrotingsapparatuurDeze apparatuur bestrijkt bij het gebruik van zichtbaar lichteen gebied van lineaire vergrotingen van 1,5 tot 2000 maal.Met toenemende vergroting neemt de grootte van het ge-zichtsveld af van ongeveer 9 cm tot 0,01 cm en neemt hetoplossend vermogen toe van ongeveer 50 µm tot 0,2 µm.

De eenvoudigste uitvoering is het vergrootglas. Commer-cieel verkrijgbare vergrootglazen gaan tot een vergrotingvan 20×. Verschillende typen bevatten een ingebouwdeverlichting.

Microscopen in verschillende uitvoeringen met vergrotingentussen 20 en 100× en een oplossend vermogen tot onge-veer 8 µm worden op tal van plaatsen voor inspectiedoel-einden gebruikt, bijvoorbeeld voor de inspectie van geplat-teerde, geverfde en gepolijste oppervlakken. Tegenwoordigbeschikken deze microscopen veelal over een mogelijkheidvoor het maken van opnamen op video, het bewerken van demonitorbeelden en het toevoegen van tekst (zie ook § 3.3).

Hulpmiddelen voor de inspectie van moeilijk toeganke-lijke plaatsenOp tal van plaatsen fungeert een gesloten televisiesysteemals een hulpmiddel bij de visuele inspectie, bijvoorbeeldvoor de inspectie van moeilijk toegankelijke plaatsen alsplaatsen onder water, gebieden met een hoog stralings-niveau en het inwendige oppervlak van pijpen.

De visuele inspectie van buitenaf van moeilijk toegankelijkeruimten is ook mogelijk met endoscopen (voor medischetoepassingen) en met borescopen en periscopen voor tech-nische toepassingen. Al deze apparaten bevatten een inge-bouwd belichtingssysteem en een optisch systeem, gelijkaan dat van een telescoop, waarmee het beeld kan wordenbekeken met een vergroting van circa 4×. Ook registratievia een camera- of een TV-systeem is mogelijk. Het ge-wenste type gezichtsveld (naar voren gericht, panoramischen zijwaarts) is met hulpstukken instelbaar.

De afstand objectief-oculair, de werklengte, kan door ge-bruik te maken van hulpstukken, die voorzien zijn van veld-lenzen, worden vergroot. Deze werklengte ligt tussen de 4 cmen de 30 meter met buisdiameters variërend van 2 mm tot7 cm.Ook borescopen in een flexibele uitvoering, waarin men ge-bruik maakt van de lichtoverbrenging via een bundel glas-fibers of een met vloeistof gevulde buis, zijn verkrijgbaar.Een streng van glasfibers verzorgt de beeldoverbrenging.Aan de ordening van de draden in deze kabels wordenhoge eisen gesteld, zodat bij het oculair een niet vervormdrechtopstaand en kleurecht beeld verschijnt. Met dezehulpmiddelen kan inspectie worden uitgevoerd zonder datdemontage behoeft plaats te vinden.

ToepassingsgebiedenHieronder volgt nog een aantal voorbeelden van toepassings-gebieden, die het belang van de besproken techniek illus-treren: automobielindustrie: inspectie van pompen, radiatoren,

versnellingsbakken; vliegtuigindustrie: inspectie van straalmotoren, in het bij-

zonder van de schoepen en verbrandingskamers, hoge-drukpompen en de aandrijvingen;

scheepsbouw: inspectie van dieselmotoren en gasturbines; de metaalindustrie: inspectie van gietstukken, lassen in

drukvaten, de oppervlaktegesteldheid van boringen; de chemische industrie: inspectie van gascilinders, leidin-

gen en tanks op scheuren en defecten ten gevolge vancorrosie;

de nucleaire industrie: inspectie van koelkanalen en koel-ribben in warmtewisselaars, van gereedschap en appara-tuur voor de behandeling van radioactief materiaal.

3.3 Beeldbewerking en beeldverbeteringGesteld kan worden dat digitale beeldbewerking en beeld-verbetering (image processing en image enhancement) kern-methoden zijn geworden voor het analyseren van gedigita-liseerde meetgegevens op een groot aantal vakgebiedenbinnen het NDO, zoals de microscopie, de moderne radio-grafie, de thermografie en het ultrasoon onderzoek.Met deze methoden wordt de interpretatie van de meetge-gevens vergemakkelijkt, er is een kleinere kans op fouten enhet uitvoeren van kwantitatieve metingen wordt eenvoudi-

Page 17: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

15

ger. Bovendien lenen deze methoden zich voor geautoma-tiseerde verwerking van de meetgegevens. Naast voorde-len zijn er ook nadelen: het menselijk oog ziet veel snellerallerlei details dan de (huidige) beeldverwerkende systemenen bij aanschaf moet ermee rekening worden gehoudendat de gebruiker over de nodige kennis en vaardighedenmoet beschikken op het gebied van deze gecomputeriseerdesystemen.

Een afweging van de mogelijkheden en beperkingen vanzowel de traditionele als de gecomputeriseerde wijze vaninspectie dient nog altijd plaats te vinden, omdat enerzijdsde mogelijke toepassingen van de digitale beeldverwerkingbijna onbeperkt zijn en anderzijds tal van deskundigen enigeterughoudendheid op zijn plaats achten, daar nu nog niet detotale taak van de mens wordt overgenomen, maar slechtsde relatief eenvoudige routinematige aspecten. Voor dekomende decade wordt een spectaculaire groei van hetgebruik van beeldverwerkende systemen verwacht, metname in de industriële fabricage, kwaliteitscontrole en deindustriële research.

Bij de beeldbewerking kunnen drie hoofdgebieden wordenonderscheiden: beeldverbetering, waardoor het bekijken van het beeld

wordt vergemakkelijkt; manipulatie en restauratie van een beeld; extractie van informatie uit het opmeten en het afschei-

den van karakteristieke beeldgrootheden.

De categorie beeldverbetering kent onder meer de volgendeaspecten: het uitrekken van het contrast, de beïnvloedingvan contouren, het aanbrengen van drempels, de presen-tatie in kleuren en de vorming van een samengesteld beeld(bijvoorbeeld uit een gewone foto en een warmtebeeld).Tot de manipulatie en restauratie worden gerekend: opscha-ling, filteren, het verwijderen van ruis en van "trends".Onder extractie van informatie vallen: statistische bewer-kingen en parameterbepalingen, bepalingen van correlaties,patroonherkenning.Veel van deze functies hebben een meervoudig doel enworden veelal gecombineerd [lit. 3 en 12].

Page 18: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

16

Hoofdstuk 4Magnetisch onderzoek

4.1 InleidingHet magnetisch onderzoek is een inspectietechniek, waar-mee met behulp van een aangebracht magneetveld in hetwerkstuk fouten aan of dicht onder het oppervlak wordenaangetoond in ferromagnetische materialen, waartoe ondermeer de meeste staalsoorten worden gerekend.

Bij deze methode wordt als regel het werkstuk gemagneti-seerd op directe of indirecte wijze met behulp van een elek-trische stroom. Bij een werkstuk van een ferromagnetischmateriaal bevinden zich de meeste van de opgewekte mag-netische veldlijnen in het werkstuk. In figuur 4.1 is hetveldverloop in een foutloos werkstuk, dat bijvoorbeeld metgelijkstroom is gemagnetiseerd, schematisch aangegeven.Bij het gebruik van wisselstroom concentreren de veldlijnenzich aan het oppervlak (het zogenaamde skineffect).

In een werkstuk met een defect wordt dit patroon verstoorden een aantal veldlijnen (zie figuur 4.2) die de luchtspleetmoeten overbruggen, waaiert uit en kan dan boven hetoppervlak uitkomen. Ook een fout onder het oppervlakgeeft een dergelijk verstoringspatroon, (zie figuur 4.3). Ditzogenaamde lekveld (ook wel strooiflux genoemd) kan metbehulp van een meetsonde worden aangetoond of 'zicht-baar' worden gemaakt met kleine en gemakkelijk te mag-netiseren ijzeroxidedeeltjes.

figuur 4.1 Veldverloop in een foutloos werkstuk

figuur 4.2 Veldverloop in een werkstuk met een fout aanhet oppervlak

figuur 4.3 Veldverloop in een werkstuk met een inwendigefout

Voor het aantonen van defecten worden drie methodentoegepast: de droge methode, waarbij de ijzeroxidedeeltjes in poe-

dervorm over het werkstuk worden verstoven; de natte methode, waarbij de deeltjes als suspensie in

olie of water op het oppervlak worden gebracht. Voorhet aantonen van uiterst kleine fouten worden de deel-tjes vaak omgeven met een fluorescerende laag;

de methode, waarbij het defect wordt aangetoond meteen meetsonde.

Al deze methoden zijn zeer gevoelig en een ervaren onder-zoeker kan vaak uit de plaats en de vorm van de indicatietot een uitspraak komen over de soort fout. Bij het magne-tisch onderzoek zijn er in het algemeen geen beperkingenwat de vorm en afmetingen van het werkstuk betreft.

Belangrijk is dat de indicatie het duidelijkst is als de richtingvan de veldsterkte loodrecht op de fout staat. Tot een hoekvan 45º is de fout nog zeer goed aantoonbaar. Loopt eenscheur evenwijdig aan de veldlijnen, dan ontstaat er geenlekveld en wordt geen indicatie verkregen.Na afloop van het onderzoek dient in vele gevallen te wor-den zorggedragen voor een goede demagnetisatie.Ook bij deze methode neemt de kans op foutdetectie toe,naarmate het werkstuk vooraf beter wordt schoongemaakten de ruwheid van het oppervlak wordt verminderd.

De droge en de natte methode zijn zeer geschikt voor hand-matig onderzoek. Meetsondes worden meestal ingezet bijgeautomatiseerde inspectie met koppeling aan dataverwer-kende systemen en hebben als bijkomend voordeel, dathiermee kwantitatieve uitspraken over de aangetoondedefecten mogelijk zijn.

De magnetische methode wordt in de praktijk onder meergebruikt voor het onderzoek van: smeedstukken (bijvoorbeeld krukassen); voorbewerkte laskanten, met name als er is voorverwarmd; lassen (bijvoorbeeld de voet van hoeklassen); constructies tijdens periodieke inspectie op (vermoeiings)-

scheuren; buitengaatse constructies onder water.

Belangrijke normen bij het onderzoek zijn:ASME V art. 7 / ASME VIII div. 1 app. 6ASTM-E-709 (methode)ASTM-E-1444ASTM-E-125 (referentiefoto's gietstukken)NEN-EN 1290, 1291NEN-EN-ISO 9934-1

4.2 MagnetismeVoor een goed inzicht in de mogelijkheden van het magne-tisch onderzoek is kennis van het magnetisme en van demagnetische eigenschappen van elektrische stromen nood-zakelijk. Voor uitvoerders van het onderzoek is deze speci-fieke kennis een vereiste [lit. 13 en 14].

Het magnetische veld wordt beschreven door twee groot-heden, de magnetische inductie B en de magnetische veld-sterkte H met de betrekking: B=µH.B is een integrale grootheid, waarvan de grootte wordt be-paald door het medium (µ) èn de magnetische veldsterkte H.De eenheid van B is de tesla (T). De eenheid van H is deA/m. Voor lucht is µ=1, voor ferromagnetische materialenis µ » 1.

Figuur 4.4 geeft het verloop van H en van B tegen r vooreen draadvormige stroomgeleider met een straal R voor zo-wel gelijkstroom als wisselstroom. Voor waarden van r klei-ner dan R volgen H en B voor wisselstroom (ten gevolgevan het skineffect) de onderbroken lijn. De figuur illustreerthet belang van het magnetisch onderzoek met directestroomdoorgang bij de inspectie van draad, staf en buis,omdat hiermee aan het oppervlak een grote waarde van Ben dus ook van het lekveld kan worden behaald.

HystereseWordt het werkstuk in een wisselveld gebracht, dan door-loopt de inductie de zogenaamde hystereselus, waarvan devorm wordt bepaald door de aard van het materiaal. Figuur4.5 geeft een tweetal voorbeelden, voor weekijzer (a) eneen staalsoort die magnetisch sterk wordt genoemd (b). Inhet uitwendige veld H=0 bestaat in het materiaal een in-ductie B ongelijk aan nul die het remanent magnetismewordt genoemd.

Niet alleen de vorm van de lus maar ook de waarde vanhet remanent magnetisme worden in de praktijk gebruikt

Page 19: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

17

voor de identificatie van een materiaal of voor de bestude-ring van (mechanische) eigenschappen van magnetiseer-bare materialen. Ook optredende trek- en drukspanningenbeïnvloeden de vorm van de hystereselus.

figuur 4.4 Het verloop van H en B tegen r voor een draad-vormige geleider van ferromagnetisch materiaalmet straal R

a) b) figuur 4.5 De hystereselus voor weekijzer (a) en een staal-

soort die magnetisch sterk wordt genoemd

Commercieel verkrijgbaar is apparatuur, waarmee tijdenshet doorlopen van de hystereselus het zogenaamde Bark-hausen effect wordt gemeten. Het effect kan ook met eenluidspreker hoorbaar worden gemaakt. Het Barkhauseneffect treedt op bij schoksgewijze verplaatsingen van degrenzen van de magnetische domeinen. Hierbij treden plaat-selijk zeer grote fluxveranderingen per tijdseenheid op, diemeetbare inductiespanningen opleveren. De methode, ookwel Magnetic Barkhausen Effect (MBE) genaamd, wordtgebruikt voor het onderzoek aan processen en aan materiaal-eigenschappen, die hun invloed hebben op het Barkhauseneffect. Voorbeelden zijn warmtebehandelingen, hardings-processen, maar ook trek- en drukspanningen. De methodelevert meestal kwalitatieve gegevens omdat ijkproceduresvaak zeer tijdrovend zijn [lit. 15].

4.3 De uitvoering van het onderzoekHet magnetiseren van het werkstukEr bestaan verschillende methoden om het werkstuk temagnetiseren, die bijvoorbeeld in [lit. 3, 5 en 14] en ookASTM-E-709 uitvoerig worden besproken. Voor de begrips-bepaling worden hier slechts genoemd: de directe methode, met een rechtstreekse doorgang van

een elektrische stroom door het werkstuk (zie figuur 4.6),door speciale elektroden ('prods') op het te onderzoekendeel van het werkstuk te plaatsen, voordat het elektrischecircuit wordt gesloten.

Deze methode is zeer geschikt voor het onderzoek vangrote werkstukken (gelaste werkstukken, smeedstukken,gietstukken). Proefstukken. zoals assen, tandwielen, enz.kunnen ook tussen de contactplaten van een zogenaamde

magneetbank worden geplaatst, waarna er stroom door-heen wordt gestuurd (figuur 4.7).

figuur 4.6 De prod-methode

figuur 4.7 Magneetbank, waarbij een as wordt ingeklemden tijdens de stroomdoorvoer wordt voorzien vanmagnetische testinkt (http://www.ndt-ed.org)

In het algemeen moeten bij de directe methode zeer hogestroomsterkten worden gebruikt. Door de directe stroom-overgang is er kans op het overspringen van vonken ente hoge verwarming in het contactvlak, waardoor inbran-ding of ook een ongewenste warmtebehandeling mogelijkis. Een goede stroomaansluiting en een voldoend grootcontactoppervlak zijn noodzakelijk.

de indirecte methode (figuur 4.8), waarbij gebruik ge-maakt kan worden van een spoel, waardoor een elektrischestroom loopt (soms wordt in de praktijk een geïsoleerdestroomkabel enige malen om het werkstuk geslagen),een stroomgeleider binnen een werkstuk (zeer geschiktvoor de inspectie van buizen en gaten) of een elektro-magneet.

Figuur 4.9 geeft nog een uitvoering van een elektromag-neet, die zeer handzaam is voor de praktijk, omdat dank zijde flexibel in te stellen poten van het juk de grootte vanhet te inspecteren gebied instelbaar is. In vergelijking meteen permanente magneet heeft de elektromagneet tweevoordelen: de grootte van de veldsterkte is regelbaar, ter-wijl bovendien de elektromagneet gemakkelijk van het werk-stuk te verwijderen is na het uitschakelen van de stroom.

Page 20: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

18

figuur 4.8 Indirecte methode van as in spoel(http://www.ndt-ed.org)

figuur 4.9 Een elektromagneet met flexibel instelbaar juk

Bij een gegeven stroomsterkte bepalen de magnetischeeigenschappen van het materiaal de grootte van de magne-tische inductie.Verschillende NDO specificaties en normen schrijven voorde veldsterkte aan het oppervlak een minimale waarde van2.400 A/m voor. Voor een goede bepaling van de veld-sterkte zijn veldsterktemeters verkrijgbaar. Deze zijn nogalkwetsbaar, vandaar dat in de praktijk veelal wordt gebruik-gemaakt van een Burmah Castrol strip of een Berthold-plaatje. Dit zijn strips of plaatjes met kunstmatige indica-ties, waarmee kwalitatief vastgesteld kan worden of hetmagnetisch veld een geschikte sterkte voor het onderzoekheeft en wat de veldrichting is.

Voor de praktijk is een aantal vuistregels opgesteld. Zo isbij de 'prod'-methode de stroomsterkte globaal 4 A per mmelektrode-afstand bij een poolafstand van 50 - 200 mm.Bij stroomdoorgang op een magneetbank is de stroom-sterkte globaal 12 - 32 A per mm buitendiameter. De wer-kelijke waarden vindt u steeds in de van toepassing zijndenorm.De keuze 'gelijk- of wisselstroom' hangt af van de toepas-sing. Zo geeft wisselstroom bij gecompliceerde werkstuk-ken een betere magnetisatie en is bij gelijkstroom de teinspecteren diepte groter.

De droge en de natte methodeIn de meeste gevallen wordt tijdens het magnetiseren hettestmiddel (een ferromagnetische stof) aangebracht. Opdie plaatsen waar een lekveld aanwezig is, hoopt het mid-del zich op en een indicatie wordt zichtbaar. Bij de drogemethode wordt een poeder met behulp van verstuiversover het werkstuk geblazen. Bij de natte methode wordthet werkstuk ondergedompeld in een bak gevuld met detestinkt, (het poeder als suspensie in water of kerosine), oflaat men de inkt langs het oppervlak stromen (deze werk-wijze wordt het meest toegepast). Bij werkstukken ver-vaardigd van materialen zoals gereedschapsstaal met eenhoog remanent magnetisme, wordt het poeder vaak na hetmagnetiseren aangebracht. De gevoeligheid van de metho-de is dan wel minder, maar voor vele praktische toepassin-gen toch voldoende.

Voor het testmiddel zijn de volgende zaken van belang: goe-de magnetische eigenschappen (een goede magnetiseerbaar-heid en een laag remanent magnetisme) en de grootte vande deeltjes. De deeltjes mogen niet te groot zijn, daar dande beweeglijkheid te gering wordt. Ook mogen de deeltjesniet te klein zijn, ze worden dan onvoldoende aangetrokken.

In testinkten ligt de goede grootte tussen 1 en 100 µm. Inpoeders kunnen de deeltjes gemiddeld iets groter zijn.

Een groot aantal poeders en testinkten is verkrijgbaar, waar-bij behalve aan de grootte en de magnetische eigenschap-pen ook nog aandacht geschonken is aan de zichtbaarheid: de deeltjes zijn gekleurd, bijvoorbeeld zwart, rood, geel

of wit (de zwarte testinkten zijn de meest gevoelige); de deeltjes zijn omgeven door een fluorescerende laag.

Omdat het oog zeer goed reageert op helderheidsverschil-len is het magnetisch onderzoek met 'fluorescerende'deeltjes veel gevoeliger dan dat met 'gekleurde' deeltjes.

Men kan ook vooraf het oppervlak voorzien van een spe-ciale, egale en goed hechtende witte verflaag om het con-trast te verbeteren (bij fluorescerende deeltjes is een der-gelijke contrastlak niet nodig).

Beide methoden hebben in een onderlinge vergelijking hunsterke en zwakke punten. Zo kan de droge methode diepergelegen fouten beter aantonen, bijvoorbeeld in gegalvani-seerde voorwerpen, terwijl bij de natte methode de gevoe-ligheid voor het detecteren van haarscheurtjes groter is.De inspectiesnelheid bij de natte methode is hoger, daar-entegen is de droge methode bij hogere temperaturen enop ruwere oppervlakken beter inzetbaar. Het brandgevaarbij de testinkten is in vergelijking met vroeger aanzienlijkverminderd, aangezien tegenwoordig het percentage inktendat op waterbasis en niet meer op kerosinebasis wordt ge-fabriceerd gestegen is naar 97%. Wel moet men nu meerbedacht zijn op corrosie. Om dit te voorkomen kunnen- mits toegestaan - aan de inkten zogenaamde corrosie-inhibitors worden toegevoegd.

Voorafgaand aan het onderzoek moet het oppervlak vanhet werkstuk worden voorbewerkt. Er moet voor wordengezorgd dat het oppervlak zo glad en zo schoon mogelijkis, droog en vetvrij en vrij van gedeeltelijk losliggende verf-en roestdeeltjes. Bevat een werkstuk een verflaag of een'coating', dan moet eerst worden nagegaan of deze moetworden verwijderd. De dikte van de laag bepaalt namelijkde minimaal te detecteren foutgrootte. Zo geeft de normNEN-EN-ISO 9934-1 aan, dat een laag van 50 µm nogtolerabel is. Het aanbrengen van een contrastlaag is overi-gens niet in alle codes toegestaan of slechts toegestaanals aan bepaalde voorwaarden is voldaan.

4.4 De inspectieDe inspectieHet magnetisch onderzoek is zeer geschikt om fouten aanhet oppervlak zoals haarscheurtjes en vermoeiingsscheurente detecteren. Het onderzoek levert scherpe en duidelijkepatronen op.

Page 21: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

19

Ook poreusheid en metallische insluitingen in het werkstukkunnen worden aangetoond, al worden de patronen steedswaziger naarmate deze fouten zich dieper in het werkstukbevinden.De interpretatie van een indicatie is in het algemeen nietmoeilijk. In sommige gevallen treden ten gevolge van mis-leidende indicaties echter moeilijkheden op bij de beoordeling.Oorzaken hiervan kunnen zijn: overmatige magnetisatie,waarbij het poeder zich op verschillende foutvrije plaatsenkan vastzetten, indicaties bij scherpe overgangen (bijvoor-beeld bij groeven, zaagsneden, hoeken in het werkstuk) enplaatselijke verschillen in magnetische eigenschappen.

Verschillen in permeabiliteit (magnetische eigenschappen)geven niet-relevante indicaties bij een plaatselijke overgangtussen twee verschillende ferromagnetische materialen,zoals bijvoorbeeld de overgangszone tussen las- en moeder-materiaal, vooral als ze van verschillende samenstellingzijn. In eerste instantie is de indicatie niet te onderscheidenvan een randinkarteling.

Het vastleggen van de indicatiesHet fotograferen van de indicaties op het werkstuk, ook bijhet gebruik van fluorescerende poeders, is in het algemeengeen probleem. Alleen is bij de laatste de belichtingstijdnogal lang. Voor het vastleggen van indicaties is een digi-tale camera zeer handig.

Van de indicaties kunnen replica's worden gemaakt. Eenvoorbeeld hiervan is het 'magnetic printing', waarbij op hetwerkstuk een witte plastic laag wordt aangebracht die tij-dens het magnetiseren soepel blijft. Bij plaatselijk magneti-seren met wisselstroom en het bestuiven met poeder, wor-den op deze laag de indicaties zichtbaar. Na het aanbren-gen van een transparante deklaag en na het uitharden, kanhet geheel worden verwijderd. De afdruk kan zo nodig opeen andere plaats worden geïnspecteerd en daarna wordenbewaard. De (visuele) inspectie kan natuurlijk alleen goedworden uitgevoerd bij een goede verlichting met wit lichtvan voldoende sterkte of met een UV-lamp in een verdui-sterde ruimte. In hoofdstuk 5 over het penetrant onder-zoek wordt nader ingegaan op de eisen die de codes aande verlichting stellen. Deze eisen zijn voor penetrant enmagnetisch onderzoek vrijwel hetzelfde.

DemagnetisatieNa afloop van een magnetisch onderzoek moet in veel ge-vallen het werkstuk worden gedemagnetiseerd. De kansbestaat dat na het magnetiseren het remanente magnetis-me een waarde heeft die ontoelaatbaar hoog is voor hetgebruik van het onderdeel of die een nadelige invloed kanhebben op een volgende bewerking (verspanen, galvanise-ren, enz.). Zeker bekend is de invloed van een ferromag-neet op instrumenten (kompas).Demagnetisatie bereikt men door het werkstuk te brengenin een wisselend magnetisch veld, waarvan de sterkte lang-zaam daalt. Het bij het magnetiseren en demagnetiserenopgewekte veld moet hetzelfde veldlijnenpatroon hebben.Vaak is het in de praktijk al voldoende, als men het werk-stuk langzaam uit een wisselveld haalt. Meestal is de appa-ratuur voorzien van een demagnetiseringsgedeelte.

Foutdetectie met meetsonden (Fluxleakage)Naast het aantonen van defecten met behulp van de drogeen natte methode, wordt in de praktijk een derde methodetoegepast, die gebruikmaakt van het detecteren van hetlekveld (men spreekt ook over strooiflux) met behulp vanmeetsonden.In de praktijk worden onder meer gebruikt: de inductie-spoel, waarmee in principe een inductiespanning wordtgemeten tijdens het roteren van het spoeltje in het lekvelden de Hall-sonde, waarin het lekveld met een stroom doorde sonde een elektrisch spanningsverschil genereert, datevenredig is met de sterkte van het lekveld.

Met name de Hall-sonde kan zeer klein zijn en een zeer ho-ge gevoeligheid halen. In de literatuur wordt aangegeven,dat magnetodioden een nog hogere gevoeligheid bezitten.

Zij hebben echter het bezwaar, dat zij gevoelig zijn voorveranderingen in de temperatuur.Met deze methode zijn, in tegenstelling tot de eerder be-handelde droge en natte methode, kwantitatieve uitspra-ken mogelijk, bijvoorbeeld over de scheurgrootte, door degemeten sterkte van het lekveld of van het profiel ervan tevergelijken met bekende waarden van ijkfouten of aan deberekening ervan in geavanceerde methoden. Het blijkt,dat fouten onder en aan het oppervlak zich onderscheidendoor een verschillende signaalvorm.Andere voordelen zijn: de snelheid van inspectie is hoog, demethode is contactloos, de methode leent zich voor automa-tisering en voor koppeling aan dataverwerkende systemen.

Praktisch wordt deze methode vooral toegepast bij de ge-automatiseerde inspectie van pijpen, draden en staven vanferromagnetische materialen tijdens productie, tijdens hetfabricageproces van auto's en voor het aantonen van cor-rosiegebieden.

Putcorrosie aan de niet-toegankelijke zijde kan m.b.v. Hall-sondes worden opgespoord in bijvoorbeeld bodemplatenvan opslagtanks en pijpen. De methode wordt de MagneticFlux Leakage (magnetische strooiflux = MFL) methodegenoemd (zie figuur 4.10). Voor een uitgebreidere intro-ductie, zie [lit. 16].

Objecten met tamelijk ruwe oppervlakken, die nog bedektkunnen zijn met een coating of verflaag tot 2 mm dikte,kunnen worden onderzocht.Wanddikten tot 12 mm worden onderzocht (met een gere-duceerde gevoeligheid tot 20 mm).

figuur 4.10 Principe MFL-scanner voor onderzoek aan o.a.putcorrosie in de onderzijde van tankbodems(bron: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn701/idn701.htm)

4.5 LiteratuurLiteratuur is aan het eind opgenomen. Voor een Engelstali-ge introductie voor de gangbare NDO-methoden (met beeld-materiaal) wordt verwezen naar http://www.ndt-ed.org.

Page 22: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

20

Hoofdstuk 5Penetrantonderzoek

5.1 InleidingHet penetrantonderzoek is een van de oudste en nog steedseen veel toegepaste NDO-methode.Met het penetrantonderzoek kunnen fouten die open zijnnaar het oppervlak en inwendige fouten die in open verbin-ding staan met het oppervlak worden opgespoord (bijvoor-beeld scheuren, plaatselijk voorkomende porositeit, lekken).De methode is toepasbaar voor alle metalen, keramischematerialen en kunststoffen. Een voorwaarde is wel dat dete onderzoeken voorwerpen niet poreus zijn.

Bij het penetrantonderzoek wordt een penetrerende vloei-stof op het werkstuk gebracht, die een fout kan vullen. Nahet verwijderen van de overtollige vloeistof wordt met be-hulp van een zogenaamde ontwikkelaar de fout weer leeg-gezogen, waarmee een aantekening van de fout op het op-pervlak wordt verkregen. De werkwijze bij het penetrant-onderzoek lijkt in wezen eenvoudig. Dit betekent niet datin de praktijk de techniek mag worden onderschat. Eenzorgvuldige uitvoering van het onderzoek vereist kennis enervaring. Het handmatig uitgevoerde penetrantonderzoekis in het algemeen een methode die in vergelijking metandere methoden weinig investering vereist. Zowel voorincidenteel voorkomende inspecties als voor het onderzoekvan grote werkstukken worden spuitbusjes gebruikt.Bij inspecties van grote series, bijvoorbeeld in een produc-tielijn, is het onderzoek grotendeels geautomatiseerd.Meestal wordt gebruikgemaakt van dompelbaden. Veel ge-bruikte normen bij het onderzoek zijn: ASTM?E 165, SAEAMS 2644, EN 1289, NEN-ISO 3452 en NEN-EN-571-1.

5.2 WerkwijzeWil het penetrantonderzoek met succes worden toegepast,dan moet het te inspecteren oppervlak aan een aantal eisenvoldoen: de te ontdekken fout moet voor de penetrant bereikbaar

zijn. Dit houdt in dat het oppervlak vrij moet zijn van verf,'coating', plateerlagen, schilfers, roest, olie, vet en water;

de fout zelf moet zo schoon mogelijk zijn. Voor de be-schrijving van de verschillende schoonmaakmethoden,bijvoorbeeld ultrasoon reinigen, wordt verwezen naarandere bronnen [lit. 8 en 17];

de minimaal te detecteren foutgrootte wordt mede be-paald door de ruwheid van het oppervlak. In het alge-meen geldt dat, hoe gladder het oppervlak is, des tekleiner de fout is die nog kan worden gevonden.

Na het schoonmaken van het oppervlak wordt een vloei-stof op het oppervlak gebracht, de penetrant, die het ver-mogen heeft in de fout te dringen en die geheel te vullen(zie figuur 5.1a).

De penetrant heeft tijd nodig om de fout te vullen. Dezetijd, die minimaal enige minuten bedraagt, is van een aantalfactoren afhankelijk, o.a. van het type penetrant, de grootteen de aard van de fout. De penetratietijd wordt door defabrikant opgegeven of wordt in een fabricagespecificatievoorgeschreven.

Hierna wordt de op het oppervlak achtergebleven penetrantverwijderd (zie figuur 5.1b). Hiervoor kan een geschikte rei-niger worden gebruikt. Ook kan door de inwerking van eenemulgator gedurende een korte, door de fabrikant voorge-schreven tijd de penetrant met water afwasbaar wordengemaakt. De emulgator mag niet te lang inwerken, omdatdan ook de penetrant in de fout wordt aangetast. Anderepenetranten kunnen direct met water worden afgewassenin dompelbaden of met handdouches. Het reinigen dientmet zorg te worden uitgevoerd, teneinde het wegspoelenvan de penetrant uit fouten zoveel mogelijk te beperken.

a)

b)

c)

figuur 5.1 a) Het penetrerenb) Het verwijderen van de overmaat penetrantc) Het ontwikkelen

De controle op een voldoende reiniging moet bij het gebruikvan fluorescerende penetranten met behulp van ultravioletlicht geschieden.

Bij het penetrantonderzoek ligt de werktemperatuur ge-woonlijk tussen de 15 en 50 ºC. Bij drogen met een föhnof in een oven mag de temperatuur van de warme luchtniet hoger worden dan 80 ºC.

In de volgende fase, het ontwikkelen genoemd, wordt ophet oppervlak een laagje absorberend materiaal, meestalkalk, als suspensie in een snel verdampende vloeistof aan-gebracht. Dit gebeurt met behulp van spuitbussen of opwaterbasis via dompelbaden. In het laatste geval is na hetaanbrengen een droogproces noodzakelijk.

Voor het ontwikkelen is een goede hechting van de absor-berende laag een vereiste. De penetrant in een fout vloeitna het verwijderen van de overmaat penetrant gedeeltelijkuit, bevochtigt de ontwikkelaar en wordt opgezogen, waar-door op het oppervlak een foutindicatie zichtbaar wordt(zie figuur 5.1c). Ook voor het ontwikkelen is een bepaaldetijdsduur vereist.

Gevoeligheid, proefplaatjesIn het algemeen geeft de fabrikant bij een penetrant meteen daarbij voorgeschreven reinigings- en ontwikkel-methode een waarde aan van een aan een code als SAEAMS 2644 gekoppelde klasse-indeling. Hoe hoger dezewaarden, des te gevoeliger is de penetrant. Ook worden inde praktijk testplaatjes gebruikt, bedoeld voor het onder-zoek naar de gevoeligheid en de werkzaamheid van eenpenetrantsysteem. Deze zijn ook zeer geschikt voor eencontrole van de vaardigheden van een onderzoeker.

Voorbeelden: het type Eishin, een set van drie met hardchroom gepla-

teerde messing plaatjes, waarin door buigen evenwijdigescheuren zijn aangebracht (scheurdiepte gelijk aan de diktevan de chroomlaag: 50, 20 en 10 µm, scheurbreedterespectievelijk 2, 1 en 1 µm).

het type Sherwin, eveneens een met een dun chroom-laagje geplateerd messingplaatje met vijf stervormigescheurpatronen (diameter 6,3, 4,0, 2,4, 1,6 en 0,8 mm).

Page 23: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

21

5.3 De inspectieOm de zichtbaarheid van de foutindicatie te vergroten, isaan de penetrant een kleurstof toegevoegd. Voor het ge-bruik in wit licht is een rode kleurstof gekozen, omdat vanalle kleurcontrasten het contrast rood-wit (wit van de kalk)het best zichtbaar is. Deze gekleurde penetranten zijn zeergeschikt voor het opsporen van kleine fouten zoals poriënen scheurtjes met geringe scheurdiepte (minimaal 10 µm)en scheurbreedte (minimaal 2 µm). Wil men nog kleinerefouten (minimale spleetbreedte 0,2 µm) detecteren, dan kaneen penetrant worden gekozen waaraan een fluorescerendestof is toegevoegd. Het onderzoek moet dan plaatsvindenin een verduisterde omgeving, met gebruikmaking vanultraviolet licht.

BelichtingBij het gebruik van rode penetranten worden bij het onder-zoek geen bijzondere eisen aan de verlichting gesteld, mitsdeze voldoende is (afhankelijk van de gebruikte code tussen300 en 1000 Lux). Werkt men met fluorescerende pene-tranten, dan is bestraling met UV-licht vereist. In normbla-den zijn de eisen hiervoor te vinden. Hiervoor worden kwik-damplampen, en tegenwoordig ook LED lampen gebruikt.

Ook bestaan er voorschriften voor de verduistering. Bij eenverlaging van de omgevingsverlichting wordt bij de voor-geschreven UV-intensiteit de zichtbaarheid van kleine de-fecten vergroot. De maximaal toegestane omgevingsver-lichting in een inspectiecabine bedraagt 32 Lux.

In het algemeen kan worden gesteld dat een fluoresceren-de penetrant een betere zichtbaarheid van de te detecterenfouten waarborgt, ten opzichte van de gekleurde penetranten.

Voor een goede inspectie, vooral op kleine fouten, is hetnoodzakelijk de ogen gedurende 10 à 15 minuten aan deverduistering te laten wennen en bij het onderzoek vangrote series regelmatige rustperioden in te lassen.

De vorm van de indicatie geeft een aanwijzing over de aardvan de fout; zo kan bijvoorbeeld een grillig verlopende lijneen scheur aanduiden en een ronde aantekening een gas-holte of een lek. Voorzichtigheid bij het interpreteren isevenwel geboden, zo kan een lijnvormige aantekening bijlasnaden een scheur aangeven, maar als gevolg van het uit-vloeien ook een aantal zeer dicht bijeen liggende porositeiten.Bij penetrantonderzoek zijn valse indicaties mogelijk. Van-daar dat in verschillende specificaties wordt geëist eengevonden indicatie opnieuw te inspecteren. Vaak is het intweede instantie niet nodig het penetrantonderzoek teherhalen en is een visuele inspectie, bijvoorbeeld met eenloep, na het schoonmaken van het werkstuk op de plaatsvan de gevonden indicatie voldoende.

5.4 De keuze voor de praktijkOnderzoeksystemenBij het penetrantonderzoek kunnen verschillende onderzoek-systemen worden gebruikt. Onder een onderzoeksysteemwordt een door de fabrikant en ook in specificaties voorge-schreven combinatie van penetrant, penetrantverwijderaaren ontwikkelaar verstaan. Hiervan mag niet worden afge-weken.In tabel 5.1 worden de beschikbare producten voor het pe-netrantonderzoek aangegeven. Hierbij moet in acht wordengenomen, dat de gebruikte producten binnen één onderzoek-systeem vallen en onlosmakelijk bij elkaar horen. Voor elkpenetrantonderzoek moet er een keuze worden gemaaktwelke indicaties moeten worden gevonden, het te ge-bruiken onderzoeksysteem en welke gevoeligheid moetworden aangetoond.

Penetranten kunnen naar gevoeligheidsniveaus wordeningedeeld: Fluorescerende penetrant

gevoeligheidsniveau 1 (normaal) gevoeligheidsniveau 2 (hoge gevoeligheid) gevoeligheidsniveau 3 (extra grote gevoeligheid voor

speciaal gebruik) Kleurcontrasterende penetrant

gevoeligheidsniveau 1 (normaal) gevoeligheidsniveau 2 (hoge gevoeligheid)

Het meest gebruikte onderzoeksysteem isType I en II (III)Methode A en C (E).Vorm c en e

Tabel 5.2 geeft voorbeelden voor de keuze van een onder-zoeksysteem.Voor alle inspecties geldt dat de voorgeschreven gevoelig-heid gehaald moet worden.

tabel 5.2 Enige voorbeelden voor de keuze van een pene-trant

inspectieprobleem keuze opmerkinggrote hoeveelheid kleine voor-werpen, bijv. in een productielijn I, A, a

grote werkstukken III, A/C (E), a

zeer kleine indicaties I, B/D egevoeligheid 3

hoogstegevoeligheid

werkstukken met een ruwoppervlak I, A, c

werkstukken met schroeven engaten I/II, A/C (E), c/d

inspecties in het "veld" II, C, d

lekdetectie I, II, A, c/d

tabel 5.1 Overzicht van beschikbare typen penetrant

penetrant verwijderen van overtollige penetrant ontwikkelaar

type omschrijving methode omschrijving vorm omschrijving

I fluorescerende penetrant A water a droge poeder

II in kleur contrasterende penetrant B lipofiel emulgeermiddel op olie geba-seerd emulgeermiddel met stromendwater spoelen

b in water oplosbaar

III penetrant met twee toepassings-mogelijkheden (zowel fluorescerendeals kleurcontrasterende penetrant)

c in water zwevend

C Oplosmiddel (vloeibaar) d op een oplosmiddel gebaseerd (nietwaterig nat)D hydrofiel emulgeermiddel

1 naar keuze van te voren (water)2 emulgeermiddel (in water opgelost)3 achteraf spoelen (water)

e water of op een oplosmiddel geba-seerd voor speciale toepassingen(bijvoorbeeld afpelbare ontwikkelaar)E combinatie van water en oplosmiddel

Page 24: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

22

Voor- en nadelen van penetranttypen en -methodenFluorescerende penetrantenVoordeel: groot toepassingsgebied, geschikt voor zeer

kleine indicaties, geschikt op ruwe werkstukkenmet gaten en schroefdraad.

Nadeel: Verduisterde ruimte nodig, indicaties alleenwaarneembaar met UV-licht.

Kleurcontrasterende penetrantenVoordeel: Overal toepasbaar, zeer eenvoudige werkwijze,

op de meeste (niet poreuze) materialen toepas-baar.

Nadeel: Sommige materialen en bij hoeken moeilijk tereinigen (rode kleur blijft achter).

Bij de methode B en C (Lipofiel en Hydrofiel) verwijder-bare penetrantVoordeel: Geschikt voor zeer kleine en brede en ondiepe

indicatiesNadeel: Er is een extra handeling nodig, wat een nadeel

is op ruwe en moeilijk bereikbare plaatsen. Zorg-vuldigheid met de voorgeschreven instructiesvan de fabrikant is een noodzaak.

Bij de te gebruiken vorm van de ontwikkelaar is het altijdnoodzakelijk de voorschriften van de fabrikant te volgen.De minimaal benodigde ontwikkeltijd dient te wordenaangehouden.

5.5 Veiligheid, hygiëne en milieuIn de praktijk van het penetrantonderzoek dient de nodigeaandacht te worden besteed aan de veiligheid en aan eengoede persoonlijke hygiëne. De volgende punten zijn vanbelang: de gebruikte middelen zijn soms brandbaar. Een klein per-

centage van alle penetranten wordt op oliebasis gemaakt,daarnaast bestaan er penetranten op waterbasis. Ookligt bij verschillende stoffen het vlampunt, de tempera-tuur waarbij de damp kan ontbranden, laag, zodat erkans bestaat op explosies;

verschillende stoffen zijn nadelig voor de gezondheid;bepaalde kleurstoffen kunnen een kankerverwekkendewerking hebben. De dampen van verschillende schoon-maak- en oplosmiddelen zijn giftig en kunnen bij groteconcentraties de ademhaling verstoren. Ook zijn demeeste penetranten vetonttrekkend.

Tot de te treffen maatregelen kunnen worden gerekend: be-scherming van de huid, bijvoorbeeld door rubber hand-schoenen te dragen; zorgen voor goede afzuiging; het ge-bruik van ademhalingsbeschermers.

UV-lampen moeten regelmatig worden gecontroleerd, nietalleen op lichtsterkte, maar ook of het filter dat de kortgol-vige stralen absorbeert goed werkt, daar anders oogirritatiekan optreden.

Verschillende stoffen zijn niet erg milieuvriendelijk en daar-om wordt zoveel mogelijk gebruikgemaakt van emulgato-ren (removers) die biologisch afbreekbaar zijn en van spuit-bussen met een onschadelijk drijfgas als CO2 of perslucht.Bij het lozen van voor het milieu schadelijke stoffen moetrekening worden gehouden met de wettelijk gestelde eisen,die voor bepaalde stoffen slechts geringe concentratiestoelaten (zie hiervoor [lit. 18]).In [lit. 19] worden een aantal zuiveringssystemen bespro-ken; deze zijn niet alleen van belang met betrekking tot delozing van bijvoorbeeld afvalwater, maar ook voor hetterugwinnen van bepaalde bestanddelen uit de gebruiktevloeistoffen zoals de penetrant.Tegenwoordig zijn er ook de z.g. AZO-vrije penetranten,die geen Rhodamine en amine (diazo) stoffen bevatten, endus milieuvriendelijker zijn. Ook bevatten deze penetrantengeen kankerverwekkende stoffen.

Page 25: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

23

Hoofdstuk 6

De auditieve inspectie, trillings- ofvibratieanalyse

6.1 InleidingAkoestische emissie afgekort als AE is een niet-destructieveonderzoekstechniek, waarbij niet zoals bij het U.S.-onderzoekgeluidsgolven door het materiaal worden gestuurd, maargebruik wordt gemaakt van het geluid dat door een mate-riaal zelf wordt gemaakt. Materialen maken bij een voldoendhoge belasting hoorbare geluiden. Voorbeelden daarvanzijn het gekraak van buigende masten van zeilboten enmijnstutten en het "schreeuwen" van tin bij vervorming.Met een eenvoudige microfoon en versterker kan hetschreeuwen van tin bij vervorming (bijvoorbeeld buigen)worden gedemonstreerd.AE verschilt ook van U.S.-onderzoek, omdat met AE dyna-mische verschijnselen gedetecteerd kunnen worden. Hetdefect zendt zelf de AE-signalen uit. Het gaat er daarbijom, na te gaan wanneer er iets gebeurt, waar het gebeurten wat er gebeurt.

Van het gegeven dat materialen geluidsgolven uitzendenbij vervorming kan ook gebruik worden gemaakt om con-structies te bewaken. Beginnende scheuren kunnen wordenopgespoord, zodat tijdig maatregelen genomen kunnenworden. Ook wordt AE gebruikt voor het bepalen van hetbegin van spanningscorrosie of waterstofscheurvorming indaarvoor gevoelige constructies of pijpleidingen. Een anderetoepassing is de bewaking van smelt- en weerstandlaspro-cessen tijdens het stollen en afkoelen. Akoestische emissiekan ook dienen als hulpmiddel voor fundamenteel materi-aalkundig onderzoek, bijvoorbeeld voor de bestudering vanbreukmechanismen.

6.2 Hoe werkt akoestische emissieDe bronnen voor akoestische emissie zijn meestal lokaleinstabiliteiten. De energie van de akoestische emissie isafkomstig van de in het object opgeslagen elastische ener-gie of is afkomstig van uitwendig verrichte arbeid (vervor-ming). De opgewekte spanningsgolven kunnen longitudi-nale-, transversale- of oppervlaktegolven zijn. Wanneer dein een metaal opgewekte spanningsgolven het oppervlakbereiken, veroorzaken ze daar kleine verplaatsingen. Dieverplaatsingen worden door een taster gedetecteerd enomgezet in elektrische signalen (zie figuur 6.1). De span-ningsgolven hebben een geringe energie en het elektrischesignaal moet dus versterkt worden. Het signaal moet ver-der gefilterd (wegnemen van ruis) worden, waarnaar hetgeconditioneerd en opgeslagen kan worden voor verdereanalyse.

figuur 6.1 Ontstaan en uitbreiding van AE-pulsen vanuit eengroeiende scheur in een dikwandig proefstuk

In figuur 6.1 is een dikwandig proefstuk verondersteld. Dik-wandig wil zeggen dat de dikte van het proefstuk groter isdan de golflengte. In een dergelijk proefstuk vindt vanuitde bron eerst een ongehinderde golfuitbreiding van longitu-

dinale of transversale golven plaats met een bolvormiggolffront. Wel treedt er demping op, die omgekeerd even-redig is met het kwadraat van de afgelegde afstand. Alshet golffront het oppervlak heeft bereikt kan er reflectie engolftransformatie optreden. De pulsen zullen hun weg ver-volgen over het oppervlak en de op het werkstuk geplaat-ste taster in zijn resonantiefrequentie aanslaan. In dunnewerkstukken (dikte kleiner dan de golflengte van de pulsen)treden plaat of Lamb-golven op. Dunwandige werkstukkengeven een relatief ongunstig signaal, mede omdat vaakresonantie optreedt. Ook maken reflecties aan het opper-vlak deel uit van het gedetecteerde signaal. Het meten vanAE-signalen in dunwandige materialen is om die redenlastiger dan in dikwandige.

6.3 Typen akoestische emissieHet AE-signaal verschilt per verschijnsel en per materiaal.Zo is het signaal dat afkomstig is van breuk van brosseinsluitsels, bijvoorbeeld carbiden, verschillend van het sig-naal dat afkomstig is van een zich uitbreidende vermoei-ingsscheur of van een martensiettransformatie. De ampli-tude van een AE-signaal blijkt bij taaie breuk aanzienlijkkleiner te zijn dan bij een brosse breuk. Zo is uit onderzoekgebleken dat slakinsluitsels in lassen meer energie opwek-ken dan grote kunstmatig aangebrachte fouten in taaibasismateriaal.

In de akoestische emissietechniek worden twee typenemissie onderscheiden: continue emissie. Dit zijn spanningsgolven met relatief

lage amplitude die elkaar snel opvolgen (zie figuur 6.2).Voor dit type signaal is een hele grote versterking nodigom een meetbaar signaal te verkrijgen.

bursttype emissie (zie figuur 6.3). Dit type emissie ken-merkt zich door incidenteel optredende uitbarstingen.Karakteristiek voor dit type is de grote amplitude van despanningsgolf, zodat met veel kleinere versterkingen kanworden gewerkt. Dit type is soms met het oor hoorbaar.

figuur 6.2 Voorbeeld van continue emissie. Algemenecorrosie van koolstofstaal in een oplossing van10% fosforzuur bij een temperatuur van 20 ºC(figuur ontleent aan [lit. 1])

figuur 6.3 Putvormige corrosie van roestvast staal in brakwater met 1% ijzerchloride bij een temperatuurvan 45 ºC (figuur ontleent aan [lit. 1])

Page 26: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

24

De tijdsduur van een AE-puls bij de bron is zeer kort envarieert van enkele honderdsten van een µs tot enkele µs.In tabel 6.1, ontleent aan [lit. 3], zijn enkele in materialenvoorkomende processen met het erdoor opgewekte typeemissie en het signaalniveau van de taster vermeld.

tabel 6.1 Type emissie en signaalniveau van de taster vooreen aantal in metalen voorkomende verschijnselen

proces/verschijnsel type AE signaalniveau van tasterdislocatiebewegingen C enkele mVbreuk van brosse insluitsels(carbiden, sulfiden) C/B enkele 10-tallen µV

fasetransformaties(martensietvorming) B minimaal enkele

10-tallen µVtweelingvorming Bmicroscheuren opkorrelgrootteschaal C/B

macroscopische scheurstap-pen van 0,01-100 mm ondermeer brosse metaalcondities

B mV bereik tot 10-tallenvolts

andere relatief grote effectenals breuk van brosse coatings,glasvezels in composieten

B

C=continue; B=burst

Het Kaiser-effectConstructies die aan een wisselende belasting onderhevigzijn, zullen bij een volgende belasting pas opnieuw eenakoestisch signaal afgeven als het niveau van de vorigebelasting wordt overschreden. Dit verschijnsel wordt aan-geduid als het Kaiser-effect en is genoemd naar de ontdek-ker ervan. Het Kaiser-effect treedt op bij metalen, maarniet altijd bij kunststoffen. Sommige kunststoffen gedra-gen zich visco-elastisch. De mechanische eigenschappen(rek en treksterkte) zijn afhankelijk van de belastingssnel-heid (tijdsafhankelijk) en voor dergelijke materialen treedthet Kaiser-effect niet op.

Registratie en verwerking van het AE-signaalDe op het werkstuk geplaatste AE-opnemer zet de AE-pulsom in een elektrisch signaal, dat vervolgens wordt toege-voerd aan een AE-meetsysteem. Dit meetsysteem moetgrote aantallen pulsen kunnen verwerken. Als gevolg vande ontwikkelingen in de elektronica worden hoge verwer-kingssnelheden zonder problemen gehaald. Standaard inhuidige AE-meetsystemen is een 32 bit A/D converter vooromzetting van het analoge signaal naar een digitaal signaal.

Het frequentiegebied waarin AE-metingen worden gedaanis veel kleiner dan het frequentiegebied van de bron. Mecha-nische trillingen van machines, pompen, motoren beperkenhet meetgebied. De ondergrens van het meetgebied be-draagt voor het meten aan scheuren 70 à 100 kHz. Verdertreden storingen op die afkomstig zijn van wrijving tussenoppervlakken, stroming van vloeistoffen en het geluid vanregen en wind. Hoe hoger de frequentie van het signaal,des te groter de optredende demping. De bovengrens vanhet meetgebied (circa 2 MHz) wordt hierdoor bepaald enook door elektrische stoorsignalen afkomstig van elektrischeruis van de apparatuur, storingen in het net, elektromagne-tische velden van zenders, enz. Door filtering kunnen dezestoringen worden buitengesloten. Voor het meten van cor-rosie aan tankbodems, wordt vaak met een lagere frequen-tie gemeten, vanaf 20 kHz. De reden hiervoor is dat designalen vaak zwak zijn en grote afstanden moeten afleggen(bij lage frequentie treedt mindere demping op). Het nadeelvan meer stoorsignalen wordt dan voor lief genomen.Opnemers, vervaardigd uit piëzo-elektrisch materiaal heb-ben daardoor een frequentiebereik dat slechts een deel vanhet totale AE-meetgebied omvat. Daarnaast wordt voorfrequentieanalyse gebruik gemaakt van breedbandtastersvan 100 tot 1000 kHz. Ook zijn er contactloze opnemersontwikkeld die met behulp van een laser lokaal de trillingenaan het oppervlak kunnen registreren. Het voordeel is datmet de laser het zuivere signaal wordt gemeten, dus zon-der het natrillen van het piëzo-kristal. Voor de praktijk is

de gevoeligheid van de lasersensor onvoldoende en dezetechniek wordt dan ook voornamelijk op laboratorium-schaal toegepast.

Ring down countingDe meest universele verwerkingsmethode van AE-signalenis de "ring-down counting" (rdc). Het digitale signaal kanin eerste benadering beschouwd worden als een gedemptesinusoïde (zie figuur 6.4). In de discriminator van het meet-systeem wordt het AE-signaal vergeleken met een variabeleelektronische drempel van bijvoorbeeld 0,2 V. Telkens alsde drempel in positieve richting wordt overschreden, wordtdit door de teller geregistreerd. Gebeurtenis A, die repre-sentatief kan zijn voor bijvoorbeeld een grote scheurstaplevert door zijn hogere amplitude een hoger getal op (N=6)dan de gebeurtenis B (N=4). De rdc-methode geeft daaromeen globaal inzicht in de energierijkheid van een proces.

figuur 6.4 Principe 'ring-down counting' methode. Gebeur-tenis A levert 6 en gebeurtenis B 4 'counts' op

De AE-signalen kunnen worden opgeteld (cumulatieve ver-werking) of per tijdseenheid worden bepaald (intensiteits-verwerking), zie figuur 6.5a. Brosse scheurstappen wordenbij de rdc-methode gekarakteriseerd door een snelle toenamevan het aantal tellingen (zie figuur 6.5b).

figuur 6.5 A) De gesommeerde emissie (Nt) en de emissievan AE signalen (Ñ) tijdens een trekproef op7075 T6 aluminium;

B) De gesommeerde emissie (Nt) veroorzaakt doorbrosse scheurstappen (schematisch)

SignaalanalyseDe rdc-methode is eenvoudig en gemakkelijk, maar is he-laas niet zo selectief en een deel van de overgedragen in-formatie gaat verloren. Voor een betere analyse van hetAE-signaal komen de volgende parameters in aanmerking: maximale amplitude van burst signalen; (maximale amplitude)2×tijd dat een instelbare drempel

wordt overschreden = energie; signaalduur; stijgtijd van het signaal; aantal tellingen per gebeurtenis; frequentiespectrum; golfvorm.

Page 27: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

25

Patroonherkenning is mogelijk uit het geregistreerde fre-quentiepatroon en de gemeten amplitude, voorbeeldendaarvan worden in figuur 6.6 gegeven. De verwerking vanhet signaal vindt plaats via FTT (fast fourier transformatie),SFFT (short time FTT) en Wavelets technieken. Een Wave-lets geeft een ruwe indicatie van het frequentiespectrumvan het AE-signaal (zie figuur 6.7) en wordt gebruikt voorpatroonherkenning.

figuur 6.6 Voorbeelden van een AE-signaal; golfvorm alsfunctie van de tijd (bron: Mistras)

figuur 6.7 Ruwe indicatie van het frequentiespectrum vanhet AE-signaal

Via short time FFT kan een klein deel van het AE-signaalworden geanalyseerd en deze analyse is nauwkeuriger danhet opnemen van wavelets. In veel AE-toepassingen treedtdispersie op.

Het AE-signaal vertoont dispersie. Dispersie geeft aan datde geluidssnelheid van de frequentie afhangt. Het verschilin geluidssnelheid kan dan gebruikt worden voor een ruweplaatsbepaling van de fout die verantwoordelijk is voor hetAE-signaal. Met andere NDO-technieken kan dan een meerexacte plaatsbepaling van de fout plaatsvinden.Van de frequentieafhankelijkheid van het geluidssignaalwordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt voor het meten vande wanddikte in pijpen. Andere locatietechnieken makengebruik van meerdere opnemers waarbij het verschil inaankomsttijd van het eerste signaal (first hit) gebruiktwordt voor plaatsbepaling.

Patroonherkenning van het AE-signaal kan met de handworden gedaan, maar kan ook geautomatiseerd plaatsvin-den. Verder kan voor patroonherkenning gebruik wordengemaakt van neurale netwerken. Patroonherkenning terplaatse (real time) wordt bijvoorbeeld toegepast bij eentandwiel van een helikopter (zie figuur 6.8).

figuur 6.8 Patroonherkenning bij een gescheurd tandwielvan een helikopter (bron: Mistras)

ToepassingsvoorbeeldenEen belangrijk toepassingsgebied van akoestische emissie ishet bewaken van technische constructies [lit. 1, 10]. MetAE kan bijvoorbeeld het ontstaan van waterstofscheurenen vermoeiingsscheuren worden gedetecteerd. Ook exces-sieve deformatie van een constructie of onderdelen daar-van kan tijdig worden waargenomen. Een belangrijk toe-passingsgebied is ook het detecteren van lekkages in pijp-leidingen, maar ook lekkende kleppen kunnen opgespoordworden. AE is ook geschikt voor het waarnemen vanexcessieve slijtage in lagers. Een voorbeeld van plastischedeformatie, slijtage en scheurvorming in een plunjer vaneen pers wordt in figuur 6.9 gegeven.

figuur 6.9 Plastische deformatie, slijtage en scheurvormingin een plunjer van een pers

Een leuke toepassing van AE is het bepalen van mogelijkoptredende scheurvorming bij het richten van gehardeonderdelen zoals tandwielen en assen. Tandwielkasten inhelikopter kunnen continue met AE worden bewaakt opscheurvorming. Een ander voorbeeld is het detecteren vanzanddeeltjes in een olieleiding, of het detecteren van dezakking van de fundatie van een opslagtank.

AE wordt niet alleen toegepast voor het detecteren vanscheurvorming in opslagtanks, maar ook voor de bewakingvan de stalen bruggen (draagbalken en orthotropischewegdekken). Ook het betonnen wegdek van een brug kanop scheurvorming worden bewaakt. De hechting tussenhet voorspanstaal en het beton en de stalen kabels vaneen hangbrug worden met AE bewaakt. In de USA wordenzelfs mobiele kranen regelmatig tijdens belasting met AEplus een aanvullende NDO-methode onderzocht.Het toepassen van AE voor metaalkundig onderzoek is alin de inleiding genoemd. Op de TU Delft is bij een promo-tieonderzoek naar martensiettransformatie gebruikgemaaktvan AE [lit.11]. De toepassingen van AE zijn te veel omallemaal op te noemen. Als laatste voorbeeld (zie ook defiguren 6.2 en 6.3) is de toepassing van AE in het corrosie-onderzoek. Alle vormen van corrosie, waaronder spannings-corrosie kunnen met AE worden gevolgd.

Page 28: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

26

Hoofdstuk 7Het wervelstroomonderzoek

7.1 InleidingHet wervelstroomonderzoek is geschikt voor het onderzoekvan metalen en metaallegeringen.Men maakt hierbij gebruik van inductief opgewekte kring-vormige elektrische wisselstromen in het werkstuk, diewervelstromen worden genoemd. De grootte van destroomsterkte hangt af van het materiaal of van de toe-stand waarin het verkeert.

Het wervelstroomonderzoek als NDO-methode wordt in depraktijk in hoofdzaak gebruikt voor het aantonen van fou-ten, zoals scheuren, gasholten, insluitsels aan en meestaldicht onder het oppervlak. De diepte van het gebied datkan worden onderzocht hangt af van de gebruikte wissel-stroomfrequentie.

De methode kan ook worden gekozen voor materiaalidenti-ficatie, als sorteermethode (bijvoorbeeld bij verwerking vanmetaalafval) of voor de bepaling van mechanische eigen-schappen als de hardheid. Hierbij maakt men gebruik vanhet feit dat de elektrische en magnetische eigenschappenkarakteristiek zijn voor het materiaal. De benadering bij nietmagnetische en magnetische materialen is verschillend.

Als voordelen van het wervelstroomonderzoek kunnenworden genoemd: het onderzoek geschiedt contactloos; het heeft een grote nauwkeurigheid en gevoeligheid; de onderzoeksnelheid is groot; de methode leent zich voor automatisering.

Van deze voordelen maakt men gebruik bij het inspecterenen sorteren van grote partijen in een productielijn, waarbijafwijkingen van een standaard worden bepaald.

Beperkingen zijn: beperkte penetratie in het materiaal bij een grote gevoe-

ligheid (oppervlakte onderzoekmethode); verschillende variabelen beïnvloeden vaak gelijktijdig de

meting; bij het onderzoek naar defecten verkrijgt men niet altijd

kwantitatieve indicaties.

Het onderzoek wordt uitgevoerd met een doorloopsonde/doorloopspoel 1) (zie figuur 7.1a), waarin het te onderzoe-ken voorwerp wordt gebracht (staf, buis, draad) of meteen oppervlaktetaster waarin zich een spoel bevindt, ziefiguur 7.1b (grote voorwerpen, oppervlaktelagen).

Voor het opsporen van kleine fouten en van scheuren zijnspeciale uitvoeringen ontwikkeld, waarbij de spoeldiameterin de orde van 1 mm ligt en het opgewekte veld middelseen ferrietkern slechts in een klein werkzaam materiaalvo-lume geconcentreerd blijft. Een nadeel hiervan is, dat hetzoeken arbeidsintensiever wordt. Daarom wordt vaak bijgrote werkstukken via andere methoden globaal de fout-plaats bepaald, die daarna met de wervelstroommethodenader wordt onderzocht. De keuze van de spoel wordtmede bepaald door de te verwachten oriëntatie van defout. Zo zullen dwarsscheuren niet of nauwelijks kunnenworden aangetoond met de spoel van figuur 7.1a.

7.2 WervelstromenNiet-magnetische materialenEen wisselstroom in een onderzoekspoel wekt lokaal eenmagnetisch veld op in het werkstuk, waardoor lokaal kring-vormige inductiestromen ontstaan: wervelstromen ofFoucaultstromen genoemd. Deze wervelstromen wekkenop hun beurt een magnetisch veld op, waarvan de sterktede grootte van de inductiespanning in een in dit veld ge-plaatste meetspoel bepaalt.

a)

b)

c)

figuur 7.1 a) werkstuk met doorloopspoelb) werkstuk met oppervlaktespoelc) werkstuk met defect

In figuur 7.1b zijn in een foutloos werkstuk cirkelvormigestroomlijnen getekend, waarlangs de wervelstroom loopt.In figuur 7.1c is de invloed van een defect (een scheur,een holte, een slakinsluitsel) op de stroomlijnen geschetst.De stroomlijnen moeten om het defect heen buigen. Destroomkring is nu langer, de elektrische weerstand groter enbij gelijke (inductie) spanning is volgens de wet van Ohmde stroomsterkte lager. De respons in het meetsysteem,bijvoorbeeld de amplitude van het meetsignaal, heeft daneen kleinere waarde.De fysische grootheid van het materiaal, die mede desterkte van de wervelstroom bepaalt, is het elektrisch ge-leidingsvermogen (σ), c.q. de soortelijke weerstand (ρ).Bij zuivere metalen heeft elk metaal zijn karakteristiekeσ-waarde. Bij legeringen varieert de waarde tussen bepaaldegrenzen. Door de bepaling van de grootte van σ kunnen talvan weerstandsafhankelijke eigenschappen worden onder-zocht.

Magnetische materialenOok in ferromagnetische materialen (in het dagelijksespraakgebruik wordt "ferro" meestal weggelaten) kunnenwervelstromen worden opgewekt. Een complicatie is wel,dat onder invloed van het uitwendige veld het werkstuktevens wordt gemagnetiseerd en dat in het algemeen heteffect hiervan sterker is dan van de wervelstromen. Hoegroter de magnetische permeabiliteit (µ) van een materiaaldes te sterker de invloed van dit magnetisme.Het onderzoek kan herleid worden tot een meting als aaneen niet magnetisch materiaal, door de relatieve permeabili-teit constant te houden. In de praktijk bereikt men dit doorte werken met niet te grote veldsterkten. Een andere moge-lijkheid is om via een met gelijkstroom gevoede spoel, hetmateriaal (magnetisch) te verzadigen ("voormagnetisatie").

Page 29: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

27

Ontwikkelingen op het gebied van Pulsed Eddy Current ma-ken tegenwoordig ook het meten van bijvoorbeeld wanddik-tes tot 10 à 20 mm mogelijk bij magnetische componenten.

7.3 SignaalanalyseBij het wervelstroomonderzoek wordt in principe in eenmeetspoel een door de wervelstroom opgewekte inductie-spanning met de daarbij horende stroom gemeten. Uit dezegrootheden wordt met de wet van Ohm de wisselstroom-weerstand of de impedantie Z van het systeem (werk-stuk+meetspoel) bepaald: met als componenten de ohmse(gelijkstroom)weerstand R en de inductieve weerstand ofreactantie X=ωL (L is de coëfficiënt van zelfinductie, ω isde wisselstroomfrequentie). Grafisch kan de impedantie Zworden weergegeven (zie figuur 7.2) in het zogenaamdeimpedantievlak (de deling door de reactantie van de legespoel X0 maakt de waarden van R en X spoelonafhankelijk).

figuur 7.2 Het impedantievlak

Afhankelijk van de toepassing en van het gebruikte appa-raat, kan worden gekozen voor de bepaling van de impe-dantie van het werkstuk óf de fasehoek van het meetsig-naal in vergelijking met een referentiesignaal.Bij het onderzoek met zowel een doorloop- als een opper-vlaktespoel geldt dat de grootte van Z en de bijbehorendefasehoek worden bepaald door enerzijds de waarden van σen µ van het materiaal en anderzijds de wisselstroomfre-quentie (Z=f(σ, ω, µ)).Bij de oppervlaktespoel speelt de afstand tot het werkstuk(lift-off effect) nog een rol en bij de doorloopspoel via eenvulfactor de diameter van het werkstuk. Bij een signaal-analyse tracht men de bijdragen van de genoemde para-meters aan het gemeten signaal van elkaar te scheiden,teneinde te komen tot een goede interpretatie.

Bij wervelstroomonderzoek met een vaste frequentie kun-nen slechts twee eigenschappen of parameters van hetmateriaal van elkaar worden gescheiden. Dit aantal kanworden opgevoerd, wanneer het onderzoek met meerderefrequenties tegelijk wordt uitgevoerd. In de praktijk zijn bij-voorbeeld bij lasonderzoek twee meetfrequenties meestalreeds voldoende.Meerdere typen meetsystemen zijn mogelijk, waarbij demeting absoluut, dan wel door vergelijking met een stan-daard (referentieblok/-pijp of iets dergelijks) of met eenander deel van hetzelfde werkstuk wordt uitgevoerd. Meteen modern wervelstroomapparaat heeft men de mogelijk-heid om zowel 'absoluut' als 'differentieel' te meten; bijdeze laatste methode bevinden zich (tenminste) 2 spoelenin de sonde. Alleen de tasterkeuze en de instelling van hetapparaat kan verschillen. Bij de moderne pijpinspectie-appa-ratuur is met een differentieelsonde parallel het absolute

signaal en het differentiële signaal uitleesbaar. In de prak-tijk prefereert men een absolute meting bij de bepaling vande grootte van een materiaalparameter. Voor het aantonenvan kleine afwijkingen en fouten is dit type meting mindergeschikt en moet worden gekozen voor differentiëlemetingen.

Vanouds zijn er verschillende praktische uitvoeringen: De vectorpuntmethode

Bij de vectorpuntmethode wordt het impedantievlak afge-beeld op het beeldscherm van het wervelstroomapparaat.Uit de richtingverandering van de punt bij beweging vande taster over het werkstuk kan worden bepaald welkeparameter of combinatie van parameters verandert. Eenkwantitatieve verandering kan worden afgelezen.

De lineaire tijd basismethodeHierbij wordt het meetsignaal op het scherm geschreventegen de tijd. Verschillen in de amplitude en de fase vanhet meetsignaal in vergelijking met een referentiesignaalworden veroorzaakt door veranderingen in de materiaal-parameters σ, µ en geometrische veranderingen zoals deaanwezigheid van materiaalonvolkomenheden. Zeer nuttigis deze weergave bij gebruik van roteertasters bij pijp-onderzoek/boutgaten e.d.

De ellipsmethodeVerouderde weergavevorm: het geeft samengesteld methet ingangssignaal op het scherm een ellips of een rechte,de zogenaamde Lissajousfiguur. De oriëntatie en de vormzijn bepalend voor de veranderingen in de parameters,maar ook van de vorm en aard van een defect.

Moderne pijpinspectieapparatuur heeft zelf opslagcapaci-teit voor grote hoeveelheden meetdata en de kleinere'handheld' apparaten voor oppervlaktescheuronderzoekhebben meestal de mogelijkheid om data in digitale vormop te slaan door aansluiting op een datalogger.

7.4 Onderzoek met oppervlaktespoelenBij een dikke plaat, met een loodrecht op het oppervlakstaande spoel, bekrachtigd door een sinusvormige wissel-spanning, wordt een wervelstroom als in figuur 7.1b even-wijdig aan het oppervlak opgewekt. Deze wervelstroomwordt exponentieel zwakker bij toenemende afstand tothet oppervlak. Bovendien neemt het faseverschil met dewervelstroom aan het oppervlak toe. Zowel de grootte vande verzwakking als de grootte van het faseverschil hangtnog af van de materiaalparameters.

De diepte waar de verzwakkingterm de waarde 1/e=0,368bereikt, wordt de penetratiediepte d genoemd. De pene-tratiediepte geeft een praktische grens aan tot waar, vanafhet oppervlak gerekend, bijvoorbeeld een defect nog goeddetecteerbaar is.Voor de praktijk betekent dit ook dat, waar voor de de-tectie van kleine fouten met een ondergrens van enige µmeen hoge wisselstroomfrequentie nodig is, deze dieptegeringer wordt naarmate de frequentie hoger wordt.In figuur 7.3 is voor een aantal materialen de penetratie-diepte d uitgezet tegen de frequentie, waaruit blijkt datslechts oppervlaktelagen van enige mm's met wervelstroom-onderzoek kunnen worden bestudeerd bij de normaal ge-bruikte frequenties in het kHz gebied (200 - 20.000 Hz).

De meting van de (gemiddelde) fasehoek maakt het in prin-cipe mogelijk de diepte van de scheur te bepalen als menbedenkt dat in een praktische situatie, bijvoorbeeld bij eenoppervlaktescheur, de wervelstromen onder de scheurworden gegenereerd (zie ook figuur 7.5).

7.5 Enige toepassingen met oppervlaktespoelenFiguur 7.4 toont voor drie verschillende frequenties het ver-loop van Z als functie van het elektrisch geleidingsvermogen.Een aantal niet-magnetische materialen zijn aangegeven.

Page 30: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

28

figuur 7.3 De penetratiediepte voor een aantal materialenuitgezet tegen de frequentie

figuur 7.4 Het verloop van X/X0 (Z) van een aantal niet-mag-netische materialen bij constante frequenties

Een dergelijke grafiek kan worden gebruikt voor materiaal-identificatie.

Figuur 7.5 geeft een illustratief voorbeeld, uitgaande vaneen meetpunt A, van het effect van scheuren op de impe-dantie. Onder meer het effect van toenemende dieptelig-ging van scheuren is duidelijk waarneembaar (bij krommemet x=0 staat de scheur in verbinding met het oppervlak).

Figuur 7.6a voor een ferromagnetisch materiaal (roestvaststaal type 430) en figuur 7.6b (nikkellaag op koper) tonenaan, dat de geometrie van het werkstuk invloed heeft opde impedantie en wel in die gevallen waar de dikte van hetwerkstuk kleiner is dan de penetratiediepte. In principe be-schrijven deze figuren diktemetingen.

De impedantie is ook afhankelijk van de koppeling en ver-andert bij groter wordende afstand tussen de spoel en hetwerkstuk (het 'lift-off' effect). Het lift-off effect wordtpraktisch toegepast in laagdiktemeters, waarmee de diktevan isolerende lagen op metalen voorwerpen kan wordenbepaald, bijvoorbeeld de dikte van verflagen of de diktevan een oxidelaag, zodat deze methode ook bij corrosie-onderzoek kan worden toegepast.

In apparaten ontwikkeld voor scheurdetectie is het lift-offeffect hinderlijk: bijvoorbeeld een kleine oneffenheid in hetoppervlak of geringe vibraties kunnen veranderingen in demeting geven. Daarom kunnen voor deze metingen de in-strumenten ongevoelig voor lift-off worden gemaakt.Tenslotte moet nog worden gewezen op specifieke wer-velstroomtoepassingen waarbij gebruik gemaakt wordt van

figuur 7.5 Het effect van scheuren op de impedantie

a)

b)

figuur 7.6 a) Het verband tussen X/X0 (Z) en de dikte (in cm)van een nikkellaag op koper

b) Het verband tussen X/X0 (Z )en de dikte (in cm)van roestvast staal type 430

Remote Field ("RFEC"of "RFT") voor pijpinspectie van sta-len en andere ferromagnetische pijpen om wanddiktes vanbijvoorbeeld pijpen in de isolatie en tijdens bedrijf te screenenop grootschalige aantasting door corrosie of erosie.

Zie bijvoorbeeld ook: [lit. 3, 20 en 21].

Page 31: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

29

Hoofdstuk 8Ultrasoon onderzoek

8.1 InleidingUltrasoon onderzoek als niet-destructieve onderzoekme-thode maakt gebruik van het verschijnsel dat materialengoede geleiders voor mechanische golven kunnen zijn, indit geval ultrageluid. Ultrageluid is geluid met een frequen-tie boven het door de mens hoorbare gebied, grofweg20.000 Hz (20 kHz). De grens wordt ook wel bij 50 kHzgelegd. Bekende voorbeelden van zulke materialen zijnkoolstofstaal en aluminium.

In het ultrasone gebied kunnen goed bruikbare smalle ultra-geluidsbundels worden opgewekt, waarbij met toenemendefrequentie van het geluid de spreiding afneemt. Onvolko-menheden in het materiaal kunnen worden opgespoord,doordat ze de geluidsgolven reflecteren, onderscheppen, ofop andere wijze beïnvloeden. In sommige materialen kunnenonvolkomenheden in het materiaal tot op grote afstandvan het oppervlak in het werkstuk worden opgespoord.Samen met radiografie is ultrasoon onderzoek daarmee eenNDO-methode voor het onderzoek van het volume van hetmateriaal, in tegenstelling tot oppervlaktemethoden, zoalsmagnetisch en penetrant onderzoek, die alleen defectenaan en nabij het materiaaloppervlak kunnen detecteren.

Er bestaan verscheidene ultrasone technieken om informa-tie over materiaalfouten te verkrijgen. De meest gebruikteis de pulsechotechniek, die vanouds handmatig wordt uit-gevoerd en als zodanig nog steeds het meest wordt toege-past. Er zijn echter ook vele toepassingen waarbij gebruikwordt gemaakt van manipulatoren om de taster(s) te be-wegen en computers om de meetdata op te slaan en tevisualiseren.Met de pulsechotechniek kan informatie worden verzameldover de plaats, en soms (onder bepaalde condities) over degrootte van de fout. Voor een uitspraak over de aard vande fout is ultrasoon onderzoek over het algemeen mindergeschikt. Pulsecho-onderzoek kan slechts een onderscheidmaken tussen vlakke en niet-vlakke fouten.

Ultrasoon onderzoek stelt hoge eisen aan de onderzoekerwat vaardigheid en interpretatie betreft en is, met de handuitgevoerd, zeer arbeidsintensief. Bij onderzoek op groteschaal en onder moeilijke omstandigheden kunnen daaromtechnieken waarbij de tasterbeweging gemechaniseerd isen de gegevensverwerking geheel of gedeeltelijk door mid-del van een computer gebeurt, de voorkeur genieten.

Behalve de pulsechotechniek is er de laatste jaren een aan-tal technieken bijgekomen, die allemaal gebruik maken vandezelfde fysische basis, maar waarbij de ultrasone bundelseen andere configuratie kunnen hebben en de ontvangensignalen op een andere manier worden verwerkt en geïnter-preteerd. Deze technieken, inclusief de meest recente ont-wikkelingen, zullen verderop in dit hoofdstuk aan de ordekomen. De introductie van deze technieken maakte nietalleen een betrouwbaarder foutdetectie, maar ook een nauw-keuriger bepaling van de grootte van defecten mogelijk.

Met de introductie van meer geavanceerde techniekenmaken ook de opleidingsprogramma's voor NDO-ers eenstormachtige ontwikkeling door.

8.2 Ultrasone geluidsgolvenBij het U.S.-onderzoek worden hoofdzakelijk lopende longi-tudinale en transversale golven gebruikt (longitudinaal: deafzonderlijke deeltjes trillen in de voortbewegingsrichtingvan de golf, transversaal: de afzonderlijke deeltjes trillen ineen richting loodrecht op de voortbewegingsrichting vande golf, zie figuur 8.1). Longitudinale golven kunnen zichin alle stoffen voortplanten, transversale golven alleen invaste stoffen met voldoende stijfheid.Ultrasone golven worden opgewekt in zenders, in het ver-volg tasters genoemd, die ook als ontvangers kunnen fun-geren. Praktisch alle rechte tasters (zie § 8.4) zenden longi-tudinale drukgolven het werkstuk in. De voor lasonderzoekgebruikelijke hoektasters (zie § 8.4) stralen transversalegolven onder een gegeven hoek het werkstuk in.In tabel 8.1 zijn voor een aantal materialen de waarden vande geluidssnelheden cl van de longitudinale golf en van detransversale golf ct opgenomen. De waarde van de snelheidvoor bijvoorbeeld staal wordt beïnvloed door processen alsveredelen, harden en gloeien.De geluidssnelheid is richtingsafhankelijk in sterk anisotropematerialen als koper, messing en austenitisch staal, waarineen textuur is aangebracht. Voorts hebben de in het mate-riaal heersende spanningen een effect op de snelheid. U.S.-onderzoek wordt daarom toegepast voor de meting van op-tredende (residuele) spanningen. De snelheid is onafhankelijkvan de frequentie van de golf (met andere woorden: er treedtgeen dispersie op).

Het NDO maakt, meestal voor zeer specifieke toepassingen,gebruik van nog andere golftypen: oppervlaktegolven, als de Rayleigh-golven en de longitu-

dinale kop- of kruipgolven bij vaste stoffen. De maximaleuitwijking neemt af met de diepte.De voortplantingssnelheid van de Rayleigh-golf is gelijkaan kct. Voor staal geldt k=0,92, voor aluminiumk=0,93, de snelheid van de kopgolf is gelijk aan cl.

plaat- of Lambgolven. Deze treden op in dunne platen. Erzijn twee typen, het symmetrische en het asymmetrische.De snelheid van deze golven is afhankelijk van het mate-riaal, van de plaatdikte en de frequentie.

GeluidsdrukEen zeer belangrijke grootheid bij golven is de geluidsdruk.In een willekeurige doorsnede, loodrecht op de voortplan-tingsrichting, veroorzaken de trillende deeltjes bij longitu-dinale golven normaalkrachten en bij transversale golvenschuifkrachten. De kracht per oppervlakte eenheid, wordtde geluidsdruk genoemd, die evenredig is met de amplitude.De geluidsintensiteit is evenredig met het kwadraat van deamplitude. De grootheid ρ.c noemt men de geluidsweerstandof de specifieke akoestische impedantie Zs. In tabel 8.1zijn voor longitudinale golven de waarden van de akoesti-sche impedantie Zs vermeld (ρ is de dichtheid van de stof).

transversale beweging longitudinale beweging

figuur 8.1 Illustratie van de longitudinale en transversale bewegingen met betrekking tot de voortbewegingsrichting van de golf

Page 32: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

30

tabel 8.1 De geluidsweerstand van enige materialen [naarlit. 22]

materiaaldichtheid

ρ(103 kg/m3)

geluidssnelheid geluidsweerstandZs,1(106 kg/m2)cl

(103 m/s)ct

(103 m/s)metalenaluminium 2,7 6, 32 3, 13 17gietijzer 1) 6,95-7,35 3,5-5,6 2,2-3,2 25-40goud 19,3 3,24 1,20 63hardmetaal 11-15 6,8-7,3 4,0-4,7 77-102konstantaan 8,8 5,24 2,64 46koper 8,9 4,70 2,26 42magnesium 1,7 5,77 3,05 10messing 8,1 3,83 2,05 31nieuwzilver 8,4 4,76 2,16 40nikkel 8,8 5,63 2,96 50staal 2) 7,7 5,90 3,23 45tin 7,3 3,32 1,67 24wolfram 19,1 5,46 2,62 104niet metalenglas, flint 3,6 4,26 2,56 15glas, kroon 2,5 5,66 3,42 14plexiglas 1,18 2,73 1,43 3,2polystyreen 1,06 2,67 – 2,8porselein 2,4 5,6-6,2 3,5-3,7 13rubber, hard 1,2 2,3 – 2,8rubber, zacht 0,9 1,48 – 1,4teflon 2,2 1,35 – 3,0vloeistoffensmeerolie 0,80 1,25 1,0water (bij 20 ºC) 1,0 1,48 1,51) Uitgaande van een snelheidsmeting zijn aan de hand van grafieken

uitspraken te doen over de kwaliteit van verschillende soorten gietijzer(zie ook [lit. 22; blz 534 e.v.])

2) De snelheidswaarden van de verschillende staalsoorten wijken, metuitzondering van enige typen roestvaststaal ten hoogste 5% af, zie ook[lit. 3; tabel 6.2]

8.3 Breking, reflectie, transmissieValt een geluidsgolf in op het scheidingsvlak van twee stof-fen, dan wordt een gedeelte gereflecteerd (reflectie), derest gaat door het grensvlak heen (transmissie). De reflec-tie is zeer sterk bij de overgang van stoffen met sterk ver-schillende dichtheden, zoals bij staal-water en bij staal-lucht.

Inval onder een hoekBij inval onder een hoek is bij de transmissie breking moge-lijk. De wetten van Snellius voor reflectie en breking, zoalsdie voor licht gelden, zijn ook voor geluid van toepassing.Steeds moet men bedacht zijn op het optreden van golf-transformaties, waarbij op het scheidingsvlak andere golf-typen kunnen ontstaan (zie figuur 8.2), waarin is aangege-ven, dat uit de invallende longitudinale bundel, zowel bijreflectie als bij breking, longitudinale en transversale golven(met trillingsrichting in het vlak van inval) ontstaan (zie § 8.2).Bij grote hoeken van inval treden er ook nog oppervlakte-golven op (deze zijn niet aangegeven in figuur 8.2).

Elke transversale golf met een willekeurige trillingsrichtingkan worden ontbonden in twee componenten. Voor decomponent, met een trillingscomponent in het invalsvlak,kan een figuur als figuur 8.2 worden getekend. De compo-nent met een trillingsrichting evenwijdig aan het scheidings-vlak wordt zonder afsplitsing van andere typen golven ge-reflecteerd en gebroken.

Uit de optica is bekend, dat bij breking naar een optischminder dichte stof, van de normaal af, totale terugkaatsingoptreedt als de hoek van inval groter is dan de grenshoek,de hoek waarbij de hoek van breking 90º is. Bij de invalvan longitudinale geluidsgolven bijvoorbeeld op het grens-vlak perspex-staal bestaan er twee grenshoeken, één waar-bij de gebroken longitudinale golf verdwijnt en één waarbijde gebroken transversale golf verdwijnt.

figuur 8.2 Inval van een golf onder een hoek

Figuur 8.3 geeft een grafische voorstelling van de reflectie-factor R tegen de invalshoek α voor de belangrijke over-gang staal-lucht, waarbij alleen reflectie optreedt. De re-flectiefactor is de geluidsdruk van de gereflecteerde golfgedeeld door die van de invallende golf.Uit een onder een hoek α l op het grensvlak invallendelongitudinale golf ontstaat bij reflectie een longitudinalegolf (met reflectiefactor Rll, hoek van reflectie α l) en eentransversale golf (Rtl, αt).Uit een onder αt invallende transversale golf ontstaat eenlongitudinale golf (Rlt, α l) en een transversale golf (Rtt=Rll,αt) [lit. 23].

figuur 8.3 Grafische voorstelling van de reflectiefactor Rversus de invalshoek voor staal-lucht

Voor transversale golven houdt de grafiek op bij 33,2º, bijinvalshoeken groter dan deze waarde treedt geen golf-transformatie op en wordt de golf totaal gereflecteerd. Bijde bestudering valt onder andere op, dat bij een longitudi-nale golf met een invalshoek rond de 60º de gereflecteerdegolf in hoofdzaak transversaal is. Een vergelijkbare nage-noeg volledige golftransformatie treedt op bij een invallendetransversale golf onder ~30º.

Voor grote hoeken van inval moet de grafiek met terughou-dendheid worden gebruikt. In de praktijk kan de gemetengeluidsdruk van de gereflecteerde bundel laag zijn bij degegeven grote R-waarden. Dit is het gevolg van een uitdo-vende interferentie met de invallende golf.

Page 33: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

31

In de praktijk komt het aanstralen van een rechte hoek voor,bijvoorbeeld voor kalibratiedoeleinden of bij een scheur lood-recht op het oppervlak. De bundel, die bij beide reflectiesgeen golftransformaties ondergaat, loopt terug in een rich-ting, die tegengesteld is aan de invallende (figuur 8.4).Opmerkelijk is (figuur 8.5.a) de lage waarde voor de totalereflectiefactor bij longitudinale golven. Dit in tegenstellingmet transversale golven, waar de reflectiefactor alleen bijinvalshoeken van 30º en 60º klein is (figuur 8.5). Een enander is met behulp van figuur 8.2 gemakkelijk te verklaren.

figuur 8.4 'Dubbele' reflectie bij het aanstralen van een hoek

a) b)figuur 8.5 Reflectiefactor bij een hoek in staal voor een

invallende golf: a) longitudinaal; b) transversaal

Een openstaande scheur kan worden opgevat als een lucht-spleet, hetgeen geluid zeer goed reflecteert. Echter, dewaarde van de reflectiecoëfficiënt is afhankelijk van hetproduct van de spleetbreedte en de frequentie van de golf.In het geval van dichtgedrukte scheuren, kan de reflectie-coëfficiënt dusdanig klein worden, dat er geen reflectieplaats vindt. Hierdoor kan dit soort scheuren gemist wordentijdens NDO.

Een zeer goede overdracht van het geluid van de taster ophet werkstuk wordt verkregen door het gebruik van een ge-schikt koppelmiddel, bijvoorbeeld olie. Bij geautomatiseerdonderzoek en bij de zogenaamde dompelmethode wordtveelal gekozen voor water als koppelvloeistof.

8.4 TastersOpwekken van ultrageluidVoor het opwekken van golven maakt men in hoofdzaakgebruik van kristallen die het zogenaamde piëzo-elektrischeeffect vertonen: een aangelegde elektrische spanning ver-oorzaakt een dikteverandering. Wordt de spanning wegge-nomen, dan raakt het kristal, dat weer naar de evenwichts-toestand streeft, in trilling met de resonantiefrequentie dieafhankelijk is van de dikte van het kristal: hoe dikker hetkristal, des te lager de frequentie. Deze trilling kan bij kop-peling aan het werkstuk worden overgedragen. Het kristalfungeert dan als zender.Omgekeerd kan een opgelegde dikteverandering, bijvoor-beeld tengevolge van de geluidsdruk van een opvallendegolf, worden omgezet in een elektrisch spanningsverschilover de uiteinden, het kristal fungeert nu als ontvanger.In basis bestaan er twee typen golven:1. longitudinale of drukgolven, waarbij de trillingsrichting

parallel aan de voortplantingsrichting staat en

2. transversale of schuifgolven, waarbij de trillingsrich-ting haaks op de voortplantingsrichting staat.

Verder bestaan er nog andere golfsoorten die afgeleid zijnvan één of beide type golven. Denk daarbij bijvoorbeeldaan oppervlaktegolven en plaatgolven (zie ook § 8.2).

Kristalmaterialen"Kristallen" vervaardigd uit gesinterd materiaal (keramischematerialen), zoals van bariumtitanaat en loodzirkonaattita-naat (PZT) geven als regel longitudinale golven. Op dit mo-ment worden nagenoeg geen natuurlijke kristallen zoalskwarts meer in het NDO toegepast. De synthetische kristal-len hebben namelijk een veel hoger rendement.

Voor specifieke toepassingen, met name als ontvanger(voor hoogfrequente trillingen tot 100 MHz), worden nogpiëzo-elektrische polymeren (een kunststof: polyvinyldi-fluoride of PVDF) gebruikt, meestal in de vorm van voor-gerekte folies van 0,005 tot 0,1 mm dikte. De gevoelig-heid als taster is laag in vergelijking met PZT.

tabel 8.2 De volgorde van een aantal kristalmaterialen, ge-sorteerd op rendement (van hoog naar laag)

zenderkristallen ontvangkristallenloodzirkonaattitanaat lithiumsulfaatbariumtitanaat kwartsloodmetaniobaat loodmetaniobaatlithiumsulfaat loodzirkonaattitanaatkwarts bariumtitanaat

Ook andere methoden [lit. 22] worden toegepast voor hetopwekken van geluidsgolven, waarbij de energieoverdrachtbijvoorbeeld via een elektromagnetische koppeling (elektro-magnetische akoestische transducer of EMAT) of met eenlaser plaatsvindt. Dit zijn contactloze technieken.Tot nu toe zijn de gevoeligheden van deze methoden in ver-gelijking met het normale ultrasoon onderzoek aanzienlijkminder en worden ze alleen in specifieke toepassingen ge-bruikt. Zo is de EMAT tot op 1,5 mm afstand zonder kop-pelmiddel praktisch toepasbaar op een werkstuk op hogetemperatuur en/of met een ruw oppervlak.

Men werkt het liefst met tasters met een korte duur vande trilling. Om dit te bereiken is aan het kristal een dem-pingsmassa bevestigd. In het te doorstralen proefstuk ont-staat ten gevolge van de natriltijd van het kristal een zo-genaamde dode zone: de taster is nog aan het natrillen enkan dus op dit moment nog niets ontvangen. Fouten indeze dode zone kunnen, als de taster ook als ontvangerwordt gebruikt, niet worden gedetecteerd.

Type tastersIn de praktijk worden in hoofdzaak de volgende tasters ge-bruikt:a. de rechte taster (zie ook figuur 8.6a). In de rechte taster

wordt het kristal met een dempingsmassa in een metalenhuls gebracht. Een plastic zool dient voor de beschermingvan het kristal. De in het kristal opgewekte longitudinalegolf treedt bij plaatsing van de taster op een werkstukhet materiaal binnen in een richting loodrecht op hetoppervlak;

b. de hoek- of prismataster (zie ook figuur 8.6b). In de hoek-taster doorloopt de opgewekte longitudinale golf een per-spex wig. Op de bodem ontstaan longitudinale en trans-versale golven (figuur 8.2). Een dempingsmassa vangtde gereflecteerde golven op. De bij het U.S.-onderzoekgebruikte hoektasters zijn in het algemeen zo geconstru-eerd, dat slechts één type gebroken golf - de transver-sale - het werkstuk wordt ingestuurd. De op de in depraktijk gebruikte hoektasters in graden vermelde hoe-ken (de hoeken die de hoofdas van de geluidsbundel inhet proefstuk maakt met de normaal) gelden voor staal.Hoektasters, die ook longitudinale golven het werkstukinzenden, worden alleen in bijzondere toepassingen ge-

Page 34: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

32

bruikt, bijvoorbeeld als het materiaal de transversalegolven sterk dempt of wanneer fouten dicht onder hetoppervlak moeten worden aangetoond. In het algemeenwekken deze tasters ook kruipgolven op.

a) rechte taster c) SE-taster

b) hoektaster

figuur 8.6 Voorbeelden van ultrasone tasters1=perspex; 2=kristal; 3=dempingsmassa;4=absorptiemateriaal; 5 & 6=elektrische aansluiting;7=metalen behuizing; 8=isolatie

c. de SE-taster (Duits: SE voor Sender-Empfanger, in hetEngels: TR voor Transmitter-Receiver). Deze taster (zieook figuur 8.6c) bestaat uit twee kristallen, één fun-geert als zender, de ander als ontvanger. Het zend- enhet ontvanggedeelte van de apparatuur is strikt geschei-den. Deze taster is zeer geschikt voor foutonderzoekdicht onder het oppervlak, doordat er geen dode zonebestaat. Omdat de elementen naar elkaar toe geneigdzijn, overlappen de zendbundel en de ontvangbundel.Hierdoor ontstaat een focusserend effect, waardoor deonderzoeksmogelijkheden in een bepaald gebied van hetwerkstuk sterk verbeterd worden.

d. een speciale vermelding verdient de hoek-SE-taster, dielongitudinale golven het werkstuk inzendt, beter bekendals SEL of TRL taster. Deze taster is zeer geschikt voorbijvoorbeeld de detectie van scheuren in grofkorrelige,austenitisch materiaal.

e. de phased array taster bevat meerdere kleine kristallendicht achterelkaar geplaatst. Hierbij kan worden ge-dacht aan een rij kristallen (de array) van bijvoorbeeld64 stripjes van 15 bij 1 mm. Bij elk kristal is het tijdstipvan zenden elektronisch instelbaar. Door de elementjesonafhankelijk en gefaseerd (phased) aan te slaan, kande vorm (en dus de focusafstand) en de richting van degeluidsbundel binnen bepaalde grenzen worden beïn-vloed. Alle aangeslagen elementjes werken mee om deuiteindelijke bundel te genereren. Op deze manier is duselektronisch lenswerking te verkrijgen. De grote door-snede van deze taster kan een praktisch bezwaar vor-men bij industriële toepassingen. In de medische wereldis de toepassing wijd verspreid (echoscopie).

FrequentieDe keuze van de frequentie van een taster wordt bepaalddoor het toepassingsgebied (zie tabel 8.3) en de gewenstegevoeligheid bij foutdetectie, die groter wordt bij hogerefrequentie. Het frequentiegebied waarin de ultrasonist zijn

tasters kiest om stalen objecten te inspecteren, ligt door-gaans tussen 0,5 MHz en 20 MHz.

tabel 8.3 De keuze van de frequentie afhankelijk van hettoepassingsgebied

toepassing frequentie in MHzsterk absorberende stoffen, bijv. beton, rubber minimaal 0,05kunststoffen minimaal 0,25gietijzer 0,5 - 1grote gietstukken minimaal 1smeedstukken, kleine gietstukken, lasonderzoek 2 - 5plaatmateriaal 4 - 6wanddiktemetingen 6 - 10

Het frequentiespectrum van een taster vertoont als gevolgvan de pulsvorm en pulsduur van de opgewekte trilling eenbepaalde bandbreedte om de opgegeven nominalefrequentie.

Men onderscheidt in de praktijk: smalbandige tasters, bijvoorbeeld 4 MHz met bandbreedte

0,8 MHz, pulsduur 10 à 20 µs (ofwel lange pulsduur).Dit type tasters wordt toegepast als veel energie nodigis, bijvoorbeeld om diep in het materiaal te kunnen kijken.

breedbandige tasters, bijvoorbeeld 5 MHz met band-breedte 5 MHz, pulsduur 1 µs (ofwel korte pulsduur). Dittype taster wordt met name gekozen als bij de toepassingeen hoog oplossend vermogen langs de bundelas gewenstis. Hoe korter de pulsduur, hoe beter facetten van eenfout of meerdere fouten, waarvan de afstanden tot detaster niet gelijk zijn, gescheiden kunnen worden waar-genomen. Praktisch haalbaar is een oplossend vermogenin de asrichting van de bundel van 1 mm.

BundelkarakteristiekIn de praktijk, bijvoorbeeld bij de foutgrootte bepaling, ishet vaak van belang inzicht te hebben in de vorm en afme-ting van de geluidsbundel.Een rechte taster die op het werkstuk is geplaatst, brengtde punten van het gemeenschappelijke oppervlak in trilling.Deze punten zenden bolvormige golven uit. Ieder puntje isdus op te vatten als een aparte trillingsbron, een zogenaamderondstraler. Ten gevolge van interferentie van al die puntenontstaat in het werkstuk een bundelkarakteristiek, die uittwee gedeelten bestaat: de Fresnel- en de Fraunhoferzone.Ook bij een hoektaster komen beide zones voor.Figuur 8.7, die evenals de volgende bespreking alleen geldtvoor een rechte taster met een rond kristal, is een vereen-voudigde weergave en eerste benadering van de werkelijkebundelkarakteristiek (zie [lit. 22]).

figuur 8.7 Bundelkarakteristiek

De Fresnelzone of het nabije veldDe vorm van de Fresnelzone is cilindrisch, de geluidsdruk-verdeling vertoont maxima en minima en is dus niet homo-

Page 35: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

33

geen. Hierdoor is het in deze zone niet mogelijk om fout-groottes van defecten te bepalen. Aan het einde van deFresnelzone wordt de bundel bij een groter wordende ge-luidsdruk smaller. Dankzij deze natuurlijke focussering is bijhet ultrasoon onderzoek de werking van de taster aan heteind van de Fresnelzone optimaal (meeste energie in eenzo klein mogelijk vlak). De lengte van deze zone wordt be-paald door de kristaldiameter en in mindere mate door defrequentie: hoe groter de diameter en/of de frequentie, deste langer is de Fresnelzone.

De Fraunhoferzone of het verre veldIn deze zone treedt bundelspreiding op en in het geval vanrechte tasters met ronde kristallen is dit kegelvormig. In fi-guur 8.7 is voor een doorsnede loodrecht op de as de ge-luidsdrukverdeling gegeven. Van een maximale waarde opde as neemt de geluidsdruk naar weerskanten af tot nul enbereikt daarna in de zogenaamde zijlobben nevenmaxima,die evenwel veel lager zijn dan het hoofdmaximum. In depraktijk behoeft in het algemeen met deze zijlobben geenrekening te worden gehouden. De spreidingshoek is omge-keerd evenredig met de frequentie en de kristaldiameter:hoe groter de diameter en/of de frequentie, des te kleinerde spreidingshoek.

In tabel 8.4 volgen voor een aantal tasters de waarden vande lengte van de fresnelzone en van de spreidingshoek a instaal. Deze waarden geven een indruk van de invloed vande frequentie en de tasterdiameter.

tabel 8.4 Enige gegevens voor rechte tasters met rondekristallen

frequentie diameter taster lengte Fresnelzone spreidingshoek(MHz) (mm) (mm) (º)

2 10 9,5 19,52 24 54 7,84 10 19 9,44 24 108 3,9

Geconcludeerd kan worden dat een taster met een hogefrequentie en een grote tasterdiameter een bundel geeft,die weinig spreiding vertoont, maar wel een grote Fresnel-zone heeft.

Beïnvloeden van de bundelvormNaast het wijzigen van de frequentie en de kristalgrootte,kan de vorm van de bundelkarakteristiek verder wordenbeïnvloed door een aantal technieken. Door gekromde kristallen. In de praktijk is de vereiste mate

van focussering niet altijd haalbaar, zeker voor grote af-standen van de taster tot het defect, omdat dan de tas-ter onhandelbaar groot van afmeting wordt.

Een focusserend effect kan ook worden verkregen doorvoor het kristal een zogenaamde voorzetlens of akoesti-sche lens te plaatsen. Opgemerkt moet nog worden, datbreedbandige tasters moeilijker te focusseren zijn dansmalbandige tasters.Een speciale vorm van een voorzetlens is de zoneplaat,waarvan de werking berust op interferentie.

Met het zogenaamde SAFT systeem (Synthetic ApertureFocussing Technique) kan achteraf rekenkundig een fo-cusserend effect verkregen worden bij de verwerking meteen computer van de opgeslagen meetgegevens [lit. 24].Zie ook § 8.9 van dit hoofdstuk.

Door de elementjes van een phased array taster op eenslimme manier aan te slaan, ontstaat er een bundel meteen bepaalde bundelhoek en focusafstand. Hierover kuntu meer lezen verderop in dit hoofdstuk.

8.5 PulsechomethodeIn de oudste toepassingen van het ultrasoon onderzoekwordt het voorwerp doorstraald met een continue geluids-bundel. Daartoe worden een afzonderlijke zender en ont-

vanger aan de tegenoverliggende zijden van het object ge-plaatst. Onvolkomenheden veroorzaken een verzwakkingvan het ultrasone signaal, maar deze doorstraalmethodelevert geen informatie over de diepteligging van gevondendefecten, waardoor het toepassingsgebied beperkt is. Depulsechomethode biedt wel de mogelijkheid om de dieptevan een defect te bepalen.

Principe pulsechomethodeDe opbouw van een ultrasoon systeem staat schematischweergegeven in figuur 8.8 en is vergelijkbaar met een oscil-loscoop. De pulsgenerator dient voor het starten ('triggeren')van de tijdbasis eenheid. Deze zorgt ervoor dat de weergaveop het beeldscherm met een constante snelheid langs dehorizontale tijdas wordt opgebouwd, van links naar rechts.

figuur 8.8 Principe pulsechomethode (blokschema)

Tegelijkertijd met het aansturen van de tijdbasis eenheid,geeft de pulsgenerator een elektrische puls aan de tasterwaardoor het piëzo-elektrische kristal van de taster in tril-ling wordt gebracht. Door de opbouw van de taster is deontstane ultrasone inzendpuls van korte duur. De geluids-golf plant zich voort door het object en zal worden terug-gekaatst bij een begrenzing of onvolkomenheid van hetwerkstuk.

De sterkte (amplitude) van de ultrasone signalen die doorde taster zijn ontvangen, worden via een versterker weer-gegeven op de verticale as van het beeldscherm. Op dezemanier wordt de amplitude weergegeven als functie vande tijd. Nadat de rechterzijde van de tijdas is bereikt, zalde pulsgenerator een nieuwe puls afgeven. Omdat dit pro-ces zich steeds herhaald (bijvoorbeeld 100 keer per secon-de) is er continue een representatie van het werkstuk zicht-baar op het beeldscherm.

De amplitudes van de ultrasone signalen kunnen zeer sterkverschillen, afhankelijk van onder andere de afmetingenvan defecten. Daarom zijn de meeste systemen voorzienvan variabele versterking van bijvoorbeeld 0 tot 100 dB(decibel) om de afzonderlijke signalen duidelijk in beeld tekunnen brengen.Daarbij geeft een verschil van 6 dB aan dat de signaleneen factor twee in amplitude verschillen.

Hieronder worden twee belangrijke toepassingen van depulsechomethode beschreven, namelijk de diktemeting enhet onderzoek van lasverbindingen.

DiktemetingDe diktemeting van een werkstuk, vaak aangeduid met determ wanddiktemeting, wordt uitgevoerd met een rechtetaster. In figuur 8.9 is een situatie geschetst waarbij degeluidsgolf weerkaatst op de onderzijde van het werkstuk

Page 36: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

34

en deze golf - bodemecho genoemd - in de taster wordtontvangen. Daarbij is de horizontale positie op het beeld-scherm afhankelijk van de tijd die de geluidsgolf nodig hadom zich door het werkstuk voort te planten - dit is de zo-genaamde looptijd.

figuur 8.9 Het aanstralen van de bodem van het werkstuk

Er kunnen zelfs meerdere bodemecho's zichtbaar zijn doormeervoudige reflecties van de geluidsgolf tussen de opper-vlakken van het werkstuk. Door gebruik te maken van meer-dere bodemecho's kan de nauwkeurigheid van de dikte-meting worden verhoogd.

Als zich tussen de taster en de bodem van het werkstukeen defect bevindt, dan zal dit een deel van de geluidsgolfweerkaatsen (zie figuur 8.10). Omdat dit defect dichter bijde taster zit dan de bodem, zal de "defect echo" op hetbeeldscherm zichtbaar zijn tussen de inzendpuls en deeerste bodemecho.

figuur 8.10 Het aanstralen van een defect

De afstanden tussen de signalen op het beeldscherm zijnevenredig met de looptijden van de geluidsgolven, en dusmet de afstanden in het werkstuk. Uitgangspunt daarbij isdat de geluidssnelheid in het werkstuk constant is, watvaak (maar niet altijd) het geval is.

Als de dikte van het werkstuk op een bepaalde plek bekendis, bijvoorbeeld door het opmeten met een schuifmaat, dankan dit gebruikt worden om de tijdbasis in te stellen. Vaakwordt echter een afzonderlijk ijkblok gebruikt met nauw-keurig bekende afmeting, zie bijvoorbeeld referentie [lit. 25].Uiteraard dienen voor een nauwkeurige meting de geluids-eigenschappen van ijkblok en werkstuk overeen te komen.Het aflezen van de afstanden op het scherm bij analogesystemen wordt vereenvoudigd met behulp van een vasteschaalverdeling. Bij digitale systemen wordt de looptijd vaneen signaal op het scherm direct omgerekend in een dikte(of diepte) in millimeters. Voor zowel analoge als digitalesystemen is het instellen met behulp van een bekende re-ferentie een vereiste.

Naast het bepalen van de dikte van een werkstuk, wordtonderzoek met een rechte taster uitgevoerd voor het op-sporen van onvolkomenheden in plaat- en pijpmateriaal ensmeed- en gietstukken.

De hoogte van de amplitude geeft een eerste aanwijzingvoor de grootte van het defect, maar voor een nauwkeurigebepaling dient rekening gehouden te worden met diversefactoren (zie § 8.8).De gebruikte taster dient geschikt te zijn voor het metenvan de dikte(s) van het werkstuk, maar ook voor de diepte-

positie en afmetingen van te verwachten defecten. Metname het nauwkeurig bepalen van de minimale (restwand)-dikte bij corrosie vereist het nodige inzicht in taster- enbundeleigenschappen.

Het onderzoek van lasverbindingenIn verband met het vaak onregelmatige oppervlak van de sluit-laag (lascap) kan de las zelf niet goed worden onderzochtmet een rechte taster. Daarom wordt het meeste lasonder-zoek uitgevoerd met hoektasters. Voorafgaand dient eersthet basismateriaal met een rechte taster te worden onder-zocht op mogelijke onvolkomenheden die het onderzoekmet hoektasters kunnen beïnvloeden, zoals segregaties enlaminaties.

De keuze van de tasterhoek wordt met name bepaald doorde verwachtte oriëntatie van defecten, zoals bindingsfou-ten langs de lasvoorbewerking. Voor een optimale detectieen defectgroottebepaling dient de geluidsbundel het defectnamelijk loodrecht te treffen (zie ook § 8.8). Andere over-wegingen zijn meer praktisch van aard zoals de verhoudingtussen de wanddikte en de breedte van de sluitlaag.

Omdat bij de pulsechomethode meestal een vrij smalle ge-luidsbundel wordt gebruikt, dient de taster van en naar delas te worden bewogen om het gehele lasvolume te kunnenonderzoeken (zie figuur 8.11). De afstand s staat daarbijvoor de zogenaamde sprongafstand, dat is de afstand langshet oppervlak, waarbij de gereflecteerde geluidsbundel aanhet bovenoppervlak komt.

figuur 8.11 Zijaanzicht van het onderzoek van een las methoektasters

Defecten met een oriëntatie (vrijwel) loodrecht op het op-pervlak zijn vaak moeilijk te detecteren, omdat het gere-flecteerde geluid niet meer door dezelfde taster ontvangenwordt. Dit kan worden opgelost door het gebruik van afzon-derlijke tasters voor het zenden en ontvangen. Figuur 8.12toont een twee-taster of tandemsysteem voor het onder-zoek naar dergelijke defecten.

figuur 8.12 Toepassing van het tandemsysteem bij het onder-zoek naar fouten loodrecht op het oppervlak

Voor het detecteren van defecten die dwars op de las ge-oriënteerd zijn, worden de tasters zodanig geplaatst dat degeluidsbundels vrijwel evenwijdig aan de lasrichting liggen(figuur 8.13). Daarbij kunnen een afzonderlijke zender enontvanger worden gebruikt. Voor het instellen van de juistetijdbasis bij het gebruik van hoektasters is het gebruik van

Page 37: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

35

speciale kalibratieblokken vereist, zie bijvoorbeeld referen-tie [lit. 25]. Daarbij moeten ook de inzendhoek en het uit-zendpunt worden bepaald om de positie van een defectnauwkeurig te kunnen lokaliseren.De looptijd van een signaal op het beeldscherm wordt metbehulp van goniometrische formules omgezet in een diepteen horizontale positie ten opzichte van de taster. Hiermeekan de onderzoeker bepalen waar een defect zich in de lasbevindt. Bij digitale systemen worden deze posities directberekend en weergegeven.

figuur 8.13 Onderzoek van een las met hoektasters: boven-aanzicht voor defecten in dwarsrichting

In bepaalde situaties zal er bij reflecties ook golftransfor-matie optreden, waarbij (een deel van) de ultrasone golf ineen andere richting en met een andere snelheid verder gaat.Het mag duidelijk zijn dat deze situaties lastig te interpre-teren zijn en dat de onderzoeker hierop bedacht moet zijnom een verkeerde beoordeling te voorkomen.

8.6 Interactie van ultrasone golven met hetmateriaal

Invloed van de werkstukeigenschappenVoor de voortplanting van ultrageluid zijn de eigenschap-pen van het materiaal van het werkstuk van groot belang.Net als matglas zich voor licht anders gedraagt dan ven-sterglas, is dit ook bij constructiematerialen het geval. Debelangrijkste eigenschappen van het werkstuk in dit ver-band zijn de dempende eigenschappen, de korrelgrootte,eventuele akoestische anisotropie (verschillende geluids-snelheden, afhankelijk van de richting) en de oppervlakte-gesteldheid.

Demping en absorptieNaarmate de afstand tot de taster toeneemt, neemt degeluidsdruk in de bundel af. De belangrijkste oorzaak is debundelspreiding. Omdat de energie op grotere afstand overeen groter oppervlak wordt "uitgesmeerd", zal een reflectievan dezelfde reflector zwakker worden naarmate die reflec-tor zich verder van de taster bevindt. De mate van ampli-tude-afname bij vergroting van de afstand is overigens af-hankelijk van de vorm van de reflector. Bij de ene reflector-vorm zal de verzwakkingscurve steiler verlopen dan bij deandere [lit. 26]. Ook de relatie tussen de amplitude en dereflectorgrootte is afhankelijk van de vorm van de reflector.Dit is een van de redenen waarom het moeilijk is om opbasis van de amplitude de grootte van een reflector vast testellen, omdat de vorm van de reflector daarbij een belang-rijke rol speelt (zie § 8.8).

Een tweede oorzaak van het afnemen van de geluidsdrukbij toenemende afstand is de demping of verzwakking vande geluidsgolven in het materiaal als gevolg van absorptie(omzetting van mechanische trillingsenergie in warmte) enverstrooiing (verandering van richting door reflectie endiffractie van geluidsgolven op bijvoorbeeld korrelgrenzenen insluitsels).De z.g. verzwakkingscoëfficiënt wordt uitgedrukt in dB/m(decibel per meter). Pas bij grote waarden van deze coëffi-

ciënt wordt absorptie en verstrooiing belangrijker dan bun-delspreiding.

Om een idee te geven welke materialen als hoog- en welkeals laagdempend kunnen worden beschouwd [lit. 22]: Een lage demping (zeer laag tot ca. 10 dB/m) hebben ge-

walste en gesmede metalen zoals: ongelegeerd en laag gelegeerd staal, aluminium, mag-

nesium, nikkel, zilver, titaan en wolfraam; gegoten ongelegeerd / laaggelegeerd aluminium en

magnesium; niet-metallische materialen zoals glas en porselein.

In deze materialen kan men geluidswegen tot maximaal10 meter bereiken (waarbij, voor pulsecho, het ultra-geluid deze afstand dus tweemaal moet afleggen).

Een middelmatige demping (ca. 10 tot 100 dB/m) hebben: gegoten aluminium en magnesium, laaggelegeerd giet-

staal, hoogwaardig gietijzer, roestvast staal (overwe-gend als gevolg van verstrooiing);

kunststoffen, rubber, plexiglas, pvc (overwegend alsgevolg van absorptie);

voorts kunststoffen, rubber, plexiglas, pvc en beton.

In deze materialen zijn geluidswegen tot ca. 1 meter mo-gelijk.

Een hoge demping (boven ca. 100 dB/m) hebben mate-rialen als: gelegeerd gietstaal, hoog gelegeerd gietijzer, gegoten

koper, zink, messing, brons (vooral als gevolg van ver-strooiing);

glasvezelversterkte kunststoffen, hout, vooral als ge-volg van absorptie;

voorts poreus keramisch materiaal en gesteente.

De hier gegeven waarden voor de demping (in dB/m ofdecibel per meter) gelden voor longitudinale golven. In hetalgemeen worden transversale golven sterker gedempt danlongitudinale golven van dezelfde frequentie. Daarnaastneemt de demping toe bij toenemende frequentie.

Veel lasprocessen, zoals het lassen met beklede elektro-den, het TIG- en het MIG/MAG-proces, geven lasmetaalmet een fijnkorrelige structuur. De demping is in dat gevalgering. Grovere structuren, vergelijkbaar met gietlegerin-gen met een hoge demping, worden gevormd bij het onderpoeder en het elektroslaklassen.

Een kanttekening moet worden geplaatst voor zover hetmaterialen betreft met anisotrope eigenschappen, waarbijde geluidssnelheid binnen de korrels varieert afhankelijkvan de richting. Voorbeelden zijn materialen met een auste-nitische structuur zoals austenitisch roestvast staal. Wan-neer deze materialen fijnkorrelig zijn (bijvoorbeeld in hetplaatmateriaal) heeft deze anisotropie weinig invloed op dedemping. Anders wordt het wanneer de korrelgrootte toe-neemt, bijvoorbeeld in lassen of gietstructuren. De combi-natie van anisotropie en grofkorreligheid kan dan o.a. voorverstrooiing en absorptie zorgen. Dit heeft doorgaans totgevolg dat zulke structuren niet met standaard hoektasters(transversale golven) te onderzoeken zijn.

In het algemeen brengt het gebruik van longitudinale gol-ven (opgewekt met speciale hoektasters) hierin een zoda-nige verbetering, dat ultrasoon onderzoek van zulke lassentoch weer mogelijk is. Dit vereist een individuele aanpakper geval, waarbij proefstukken voorzien van representa-tieve lassen worden gebruikt om de onderzoekbaarheid nate gaan, om de juiste tasters te selecteren en om te dienenals referentiemateriaal tijdens het onderzoek.

OppervlakteverliezenAls de derde oorzaak van geluidsverzwakking kunnen opper-vlakteverliezen genoemd worden. Deze zijn onder meer hetgevolg van het gebruikte koppelmiddel en de oppervlakte-gesteldheid (verf, roest, ruwheid, kromming) of van onvol-doende contactdruk. In veel procedures voor ultrasoon on-derzoek wordt d.m.v. een transmissiemeting (voorafgaandeaan het eigenlijke lasonderzoek) met deze factor rekeninggehouden [lit. 23].

Page 38: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

36

8.7 Invloed foutoriëntatie, -grootte en -vormop de detecteerbaarheid

Een vlakke fout kan alleen goed gedetecteerd worden bijloodrecht aanstralen. Een kleine hoekverdraaiing kan vol-doende zijn om de foutecho te laten verdwijnen. Dit geldtvooral bij een grote fout (zie figuur 8.14).

figuur 8.14 Amplitudewijziging als gevolg van de veranderingvan de trefhoek bij verschillende foutgrootten,tasterfrequentiee 4 MHz [lit. 23]

Bij een kleine fout en bij een lage frequentie is de stand nietzo kritisch, omdat de bundel-spreiding van de echo van defout die bij het aanstralen als een zender gaat fungerengroot is. De taster vangt wel een zwakke echo op, maardeze kan worden versterkt. Overigens is de minimaal detec-teerbare foutgrootte bij normaal ultrasoon onderzoek onge-veer een halve golflengte.

Een fout met een bolvorm is goed te onderkennen. Wordteen dergelijke fout uit een andere richting aangestraald,dan blijft de vorm van de echo onveranderd.Een fout met een onregelmatige geometrie is vaak herken-baar aan een brede echo, waarin meerdere pieken voorko-men.Bestaat er geen scherpe materiaalscheiding bij het aange-straalde defect, dan wordt geen directe echo verkregen. Indit geval kan de fout slechts op indirecte wijze wordenaangetoond, bijvoorbeeld door het geheel of gedeeltelijkwegvallen van een bodemecho.

Voor de interpretatie is aanvullende informatie nodig. Zo kanbijvoorbeeld een bolvormige fout een slakinsluitsel zijn, maarook een bolvormige cluster van kleine insluitsels of gasholten.Zonder deze informatie kan bij U.S. alleen onderscheidworden gemaakt tussen vlakke en niet-vlakke fouten.

8.8 Bepaling van de grootte van defectenBepaling van de defecthoogte op basis van de amplitudeZoals eerder in § 8.6 en 8.7 aangegeven, is het met be-hulp van de ultrasone pulsechomethode niet eenvoudig omde grootte van defecten, met name de defecthoogte, aante geven. De belangrijkste oorzaken zijn [lit. 23]: De reflector zelf

De amplitude van een reflector hangt sterk af van devorm van de reflector en de hoek waaronder hij door deultrasone golven wordt geraakt. Wanneer de trefhoek tever afwijkt van loodrechte aanstraling gaat het verbandtussen afmeting en amplitude verloren;

Het werkstukEventuele reflecties van de ultrasone golven die optreden

tussen de taster en het defect; de materiaalstructuur(korrelgrootte, anisotropie); de oppervlaktegesteldheid.

Niet altijd zijn al deze factoren bekend, wat fouthoogtebe-paling met pulsecho over het algemeen erg onnauwkeurigmaakt. Om de reflector gerelateerde factoren in de hand tehouden (de vorm van het defect en de hoek waaronder hijwordt geraakt) is voorkennis van het type fout nodig. Dieis eigenlijk alleen aanwezig als men de plaats en oriëntatievan de fout weet, zoals bij bindingsfouten in een las meteen bekende lasvoorbewerking.

Een voorbeeld van een toepassing waarbij de amplitudewel wordt gebruikt voor defecthoogte bepaling, mogelijkgemaakt door een zorgvuldige beheersing van een aantalparameters, is het gemechaniseerd ultrasoon onderzoekvan rondnaden in pijpleidingen tijdens de bouw, z.g. pipe-line AUT [lit. 29]. Een van de voorwaarden waaraan hierwordt voldaan is, dat de verwachte defecten altijd lood-recht worden aangestraald. Voor de hoogtebepaling wordendan speciale software-algoritmen gebruikt. Bij pipeline AUTwordt, voor vergrote zekerheid, pulsecho gebruikt in com-binatie met een andere techniek, ToFD, die defectgrootteop een geheel andere manier bepaalt dan met behulp vande amplitude (zie § 8.10).

Ondanks de beperkingen wordt ook in het manueel ultrasoonpulsecho onderzoek, afhankelijk van de gebruikte code ofnorm, toch pulsecho gebruikt om lasfouten te detecterenen te categoriseren op basis van de amplitude. De meet-waarden hebben dan niet of nauwelijks een relatie met defoutgrootte, bijvoorbeeld omdat de vorm van de fout on-bekend is of omdat het maar de vraag is of de fout lood-recht wordt aangestraald.

Een voorbeeld van deze toepassing is het onderzoek vol-gens ASME (USA), waarbij een van de zijkant aangestraaldgeboord gaatje wordt gebruikt als referentie voor eenDistance-Amplitude Correction (DAC) curve (zie figuur 8.15).De amplitude van lasdefecten worden dan met de amplitu-de van dit gaatje vergeleken.

figuur 8.15 a) ASME ijkblok met een kalibratiegaatje (1/4 d)b) Een mogelijke DAC-curve

In Europa wordt ook wel de AVG-methode gebruikt, waar-bij de vlakgemaakte bodem van een geboord gat ("vlakbo-demgat") als referentie wordt gebruikt. Deze benaderingenlijken sterk op elkaar, op de aard van de reflector na [lit. 33],en kunnen behalve met rechte ook met hoektasters wordengebruikt.

Bepaling van de foutlengte volgens de amplitude-half-waardemethodeDe lengte van fouten in lassen wordt over het algemeenbepaald met behulp van de amplitude-halfwaardemethode.(zie figuur 8.16). De gedachte hierachter is, dat als hethart van de bundel het einde van de fout heeft bereikt, dehelft van de ultrasone bundel naast de fout valt en dusniet meer bijdraagt aan de gereflecteerde energie, zodat deamplitude tot de helft afneemt. In de praktijk blijkt dezetechniek een redelijke benadering van de foutlengte op televeren. Bij pulsecho onderzoek is de halfwaardemethodeverreweg de meest gebruikte techniek voor de lengtebepa-ling van fouten, of het onderzoek nu met de hand wordtuitgevoerd of gemechaniseerd.

Page 39: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

37

figuur 8.16 Lengtebepaling van een lasfout door toepassingvan de zogenaamde amplitudehalfwaardemethode

Bepaling van de defectgrootte door middel van tipdif-fractieNaast het gebruik van de amplitude voor de fouthoogte-bepaling, met zijn beperkingen, wordt steeds meer de z.g.tipdiffractie voor dit doel gebruikt (zie fig. 8.17) Het ge-bruik van tipdiffractie voor fouthoogtebepaling berust ophet bepalen van de plaats van de begrenzing van de fout,waarbij de amplitude een ondergeschikte rol speelt. Hoe-wel in de zeventiger jaren deze techniek al werd gebruiktin combinatie met conventioneel pulsecho onderzoek[lit. 35, 36], is de bruikbaarheid van deze benadering sterktoegenomen door de introductie van technieken als ToFDen phased array sectorscan (zie § 8.10 en 8.11).

figuur 8.17 Diffractie aan de foutbegrenzing

Vooral voor defecten waarvan geen voorkennis bestaat vanhun oriëntatie in het werkstuk, leidt het gebruik van tip-diffractietechnieken tot een veel hogere nauwkeurigheid vangroottebepaling dan het gebruik van de amplitude [lit. 38].

8.9 Elektronische verwerking en presentatievan de indicaties

Voor veel onderzoek is de 'visuele inspectie' van het scherm-beeld voldoende. De inspectie van grote werkstukken kanworden geautomatiseerd. De echo's kunnen worden om-gezet in elektrische signalen, waarvan de amplitude en delooptijd als een analoog of digitaal signaal aan een schrij-ver of een computer kan worden toegevoerd. Afhankelijkvan het gestelde inspectiedoel kan apparatuur worden ge-bruikt, die de tijdschaal verdeelt in segmenten, waarvan degrootte instelbaar is. Valt een foutecho in een bepaald seg-ment ('poort'), dan is zijn plaats bepaald. Voor het werk-stuk betekent dit een verdeling in zones.Na versterking kan de amplitude van het signaal worden

vergeleken met ingestelde referentiewaarden van een kali-bratiesysteem, zodat ook de grootte van het signaal meet-baar wordt.

Automatisering geeft de mogelijkheid meerdere tasters naelkaar in te zetten, zodat bijvoorbeeld bij het onderzoek vangrote platen de inspectiesnelheid wordt opgevoerd. Ook decombinatie van verschillende onder-zoekmethoden is moge-lijk. De snelheid, waarmee het systeem ten opzichte vanhet werkstuk mag worden verplaatst, is gekoppeld aan delooptijd van het geluid in het werkstuk.

Praktisch elk nieuw apparaat bevat tegenwoordig voor debesturing en opslag van de meetgegevens een computer.Ook uitvoeringen van U.S.-systemen op een insteekkaart,die aangesloten kan worden op een PC bestemd voor alge-meen gebruik, zijn commercieel verkrijgbaar. Hetzelfde geldtvoor software pakketten voor tal van (vaak specifieke) toe-passingen. Dank zij de toenemende verwerkingssnelhedenvan de moderne computers komen steeds meer geavan-ceerde wiskundige technieken voor de analyse van meet-gegevens beschikbaar voor praktisch gebruik.

PresentatieAfhankelijk van de gebruikte apparatuur en de gekozeninstellingen worden voor het weergeven van de foutindica-ties de volgende voorstellingen gebruikt (zie figuur 8.18):1. Het A-beeld, hieronder wordt verstaan de weergave van

de echosignalen als functie van de tijd op het schermvan een oscilloscoop\U.S.-apparaat, waaruit af te lezenvalt de plaats en de (relatieve) grootte van de echo.

figuur 8.18 Het B-beeld, C-beeld en het D-beeld

2. Het B-beeld, de weergave van defecten in een dwars-doorsnede van een werkstuk. Bij elke positie van detaster kunnen de coördinaten van een referentiepunt opde taster worden afgelezen met behulp van een aan detaster verbonden coördinaatlezer en in het geheugenvan de computer worden vastgelegd. Ook het uitlezenvan met een videocamera opgenomen beelden wordtpraktisch toegepast. Registreert men bij een bepaaldetasterpositie een echo, dan weet men van de plaats vande reflector alle coördinaten. De weergave van alle ge-vonden reflectoren in de dwarsdoorsnede vindt bijvoor-beeld plaats na uitlezing van de opgeslagen gegevensuit een database. B-beelden zijn in feite een verzamelingvan A-beelden die uitgezet worden tegen positie.

3. Het C-beeld, de weergave van defecten in een vlak even-wijdig aan het oppervlak met een voorgeschreven z-waar-de of met een z-waarde uit een gegeven interval. Uit debestudering van meerdere C-beelden uit opeenvolgendeintervallen volgt de informatie over de ligging en de af-metingen van een defect. Overschrijdt de waarde vande z-coördinaat bij een gegeven tasterpositie de wand-dikte, dan wordt voor de z-waarde de wanddikte geno-men, verminderd met de grootte van de overschrijding.Op deze manier wordt de weerkaatsing tegen de onder-zijde van het werkstuk rekenkundig verwerkt. Het is niet

Page 40: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

38

ongebruikelijk, dat ook de niet-gecorrigeerde coördinaat-waarden worden opgenomen in het gegevensbestand.

4. Het D-beeld, de afbeelding van een dwarsdoorsnedeloodrecht op het B-beeld en C-beeld.

RegistratieDe (gelijktijdige) weergave van alle genoemde beelden istegenwoordig in de commercieel verkrijgbare (duurdere)apparatuur zeer gebruikelijk. Het is ook mogelijk alle infor-matie weer te geven in een 3D-afbeelding, waarmee eengoed inzicht kan worden verkregen in de ruimtelijke uitge-strektheid van de aanwezige fouten.

Met een computer is het voorts mogelijk de trillingsvorm omte zetten in een beeld met grijstinten; zo kan op de tijdasmet wit het punt worden aangegeven waar de amplitudemaximaal is, met zwart een nulpositie en met verschillendegrijstinten de punten waar de amplitude van de trilling ligttussen nul en de maximale waarde. Figuur 8.19 toont dezewijze van afbeelden (a) voor een werkstuk (b) met een zeerklein defect (1) en een ideale vlakke fout (2), dat met eenrechte taster vanuit enige honderden op één lijn liggendepunten is onderzocht. Uit deze afbeelding volgt naast deligging van de defecten ook de lengte van de vlakke fout.Ook de plaats van de bodem is zichtbaar. De omzettingvan de trillingsvorm in een afbeelding met kleurtinten isook mogelijk.

a) b)figuur 8.19 Presentatie van U.S.-onderzoek (a) van een werk-

stuk (b) met een zeer klein defect (1) en eenideale vlakke fout (2)

Een speciale toepassing van de methode vormt de zoge-naamde akoestische microscoop, waarmee C-beelden vandoorsneden van werkstukken worden verkregen met geluidvan zeer hoge frequenties (tot enige GHz). Dankzij het duszeer grote oplossend vermogen is informatie op micro-schaal te verkrijgen over bijvoorbeeld de verdeling van zeerkleine gasholten en insluitsels.

ReconstructieHet berekenen van de plaats van een defect met behulp vanmeerdere meetgegevens wordt reconstructie genoemd. Fi-guur 8.20 geeft ter illustratie de werkwijze weer voor heteenvoudige geval dat de posities van een puntvormige tasteren van een puntvormig defect P, alsmede de stralengangin één vlak liggen. De taster wordt op posities A en A' ge-plaatst. Op beide posities wordt het gereflecteerde signaalgeregistreerd. Nu volgen de coördinaten van P uit de bepa-ling van het snijpunt van minimaal twee cirkels die overeen-komen met de geregistreerde echo's.

figuur 8.20 Bepaling van de coördinaten van P

De reconstructie van P kan worden uitgevoerd door eencomputer met een geschikt rekenprogramma, dat de wis-kundige vergelijking voor een cirkel ten opzichte van deoorsprong van het coördinatensysteem bevat.

Meerdere meetposities (in het gebied waar de taster eenecho opvangt, ook wel apertuur genoemd) verhogen in depraktijk de nauwkeurigheid in de plaatsbepaling van P.

De rekenprogramma's bieden naast plaatsbepaling de moge-lijkheid tot focussering op elke plaats in het werkstuk, om-dat de uitbreiding van het bolvormige golffront met de af-neming van de amplitude wiskundig is te beschrijven. Viahet rekenprogramma wordt de bij de taster opgenomenecho omgezet in een versterkt signaal, zoals het bij de bronontstaat. Deze werkwijze kan worden toegepast voor elkmeetpunt binnen de apertuur. Aangezien alle dan berekendesignalen bij de bron op hetzelfde tijdstip door de bron wor-den uitgezonden, mogen ze worden opgeteld.Daar het oppervlak van een reëel defect kan worden opge-vat als een verzameling punten, kan de werkwijze ook wor-den gebruikt voor het onderzoek van deze fouten, zodatmet deze technieken onder meer de oriëntatie van de fout,de foutlengte en de fouthoogte kunnen worden bepaald.

Deze werkwijze is onder meer als SAFT en Multi-SAFT uit-gewerkt en maakt deel uit van de moderne geavanceerdeultrasone technieken [lit. 27], zoals TFM en samplingphased array. Een van de meest recente ultrasone tech-nieken is IWEX [lit. 40]. Bij IWEX wordt een phased array(zie § 8.11) gebruikt, waarbij steeds één element afzon-derlijk geactiveerd wordt. Voor de ontvangst worden alleelementen ingezet. Dit wordt herhaald, zodat elk elementals bron heeft gefungeerd. Uit de verkregen data kunnende golfvoortplantingseffecten van taster naar object envan object naar taster worden verwijderd. Zo kan eenafbeelding (typisch een B-beeld, zie figuur 8.21) van hetobject worden verkregen.

a)

b)

figuur 8.21 Kunstmatig defect (a) met bijbehorende IWEX 2Dbeeld (b)

Als de phased array loodrecht op haar lengte-as stapsge-wijs wordt verplaatst en de metingen voor elke stap wor-den herhaald, dan is het mogelijk om 3D afbeeldingen vanhet object te reconstrueren.

Het IWEX plaatje in figuur 8.22 illustreert de oriëntatie enhoogte van het kunstmatige defect in een 3D aanzicht opnauwkeurige wijze.

Page 41: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

39

a)

b)

figuur 8.22 Kunstmatig defect (a) met bijbehorende IWEX 3Dbeeld (b)

8.10 Lasonderzoek met Time Of FlightDiffraction (TOFD)

IntroductieTime Of Flight Diffraction (TOFD) is een methode voor ultra-soon onderzoek (figuur 8.23), die vooral wordt toegepastvoor de detectie en bepaling van afmetingen van defecten inlassen. TOFD is in het midden van de jaren 70 van de vorigeeeuw ontwikkeld in de laboratoria van UKAEA (UnitedKingdom Atomic Energy Authorithy) door een team onderleiding van Maurice Silk. De ontwikkeling van hard- en soft-ware heeft de toepassing van TOFD sinds het begin vande jaren 80 van de vorige eeuw snel vooruit geholpen,vooral in onderhoudsinspecties. Vooral door initiële inspan-ningen in Nederland, later Europa en de Verenigde Statenop het gebied van regelgeving is de techniek in de laatstejaren wereldwijd steeds meer geaccepteerd als een bijzon-der betrouwbare techniek voor nieuwbouwinspecties.

figuur 8.23 Principe van TOFD

Met een zender wordt ultrasoon geluid in het materiaal ge-zonden. Door een klein kristal te kiezen krijgt de bundel eengrote spreiding en wordt het gehele te onderzoeken volumemet geluid gevuld. Een deel van de golf zal rechtstreeksnaar de ontvanger lopen, de zogenaamde laterale golf.Omdat deze afstand het kortst is, zal deze golf als eersteaankomen bij de ontvanger. Er zal ook een reflectie optre-den aan de achterwand die later bij de ontvanger aankomt.Wanneer zich in het materiaal defecten bevinden, zullenaan de boven- en onderzijde diffractiesignalen ontstaan.Diffractiegolven hebben de eigenschap dat ze zich in allerichtingen vanaf een diffractiepunt zullen uitbreiden en dusook door de ontvanger zullen worden ontvangen. De dif-fractiesignalen zullen later bij de ontvanger aankomen dande laterale golf, maar eerder dan de achterwandecho.

Uitgaande van een defect dat zich midden tussen de tas-ters bevindt, kan uit de looptijden en de geluidssnelheiddoor gebruikmaking van de stelling van Pythagoras op een-voudige wijze de diepte van de diffractiesignalen wordenbepaald.Indien de tasters langs de las worden voortbewogen, zoalsin figuur 8.24 aangegeven, kan op elke positie een ultrasonegolf worden opgeslagen. Door de signalen om te zetten ingrijstinten kan vervolgens een zogenaamde D-scan wordenopgebouwd, zoals in figuur 8.25 weergegeven.

figuur 8.24 Aanstraling defect

figuur 8.25 Opbouw D-scan

In feite is deze D-scan een langsdoorsnede van de las, zo-als duidelijk te zien is in het voorbeeld van figuur 8.26,waarbij een TOFD D-scan van een defect in een las van6 mm vergeleken wordt met een foto van datzelfde defect.

figuur 8.26 Vergelijking foto/D-scan

Page 42: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

40

TOFD betrouwbaarheid en regelgevingIn de loop van de jaren is veel onderzoek gedaan naar debetrouwbaarheid van TOFD. In het Verenigd Koninkrijk bij-voorbeeld de DTI MEMT Trials [lit. 43], wereldwijd binnende nucleaire industrie PISC [lit. 44] en vele andere. Ook bin-nen Nederland zijn door de industrie projecten uitgevoerdom de betrouwbaarheid van verschillende technieken vastte stellen. Het onder auspiciën van KINT, de Nederlandsevereniging voor Kwaliteit, Inspectie en Niet DestructieveTechnieken, uitgevoerde Dunne Plaat project is daarvaneen voorbeeld. Daarbij is de detectie waarschijnlijkheid(Probability of Detection, POD) en waarschijnlijkheid vanonterechte afkeur (False Call Rate, FCR) van conventioneletechnieken vergeleken met die van TOFD en andere geme-chaniseerde technieken [lit. 45]. Een algemene conclusie is,dat TOFD veel betere resultaten geeft dan de conventioneletechnieken, niet alleen bij de groottebepaling van defecten,maar ook bij de detectie van fouten. In vervolg hierop is hetTOFD acceptatie criteria project uitgevoerd [lit. 46], waaruitde Nederlandse norm NEN 1822 [lit. 45] is ontstaan, wereld-wijd de eerste norm voor TOFD acceptatiecriteria! Dezenorm is als zodanig een doorbraak in de wijze waarop deacceptatie criteria worden aangepast aan de POD van demethode. In het kort komt het erop neer, dat hoe hoger dedetectiegevoeligheid is van een methode, hoe minder strengde norm kan zijn voor kleine, niet relevante defecten. Hetomgekeerde is ook waar, hoe minder de POD van een me-thode, hoe strenger de norm moet zijn om toch het tussenopdrachtgever en fabrikant overeengekomen kwaliteits-niveau te handhaven. Op Europees niveau is TOFDPROOF[lit. 47] uitgevoerd, wat feitelijk een herhaling op grotereschaal was van de KINT projecten. Dit heeft gezorgd voorhet benodigde Europese draagvlak om tot regelgeving tekomen [lit. 49]. Het resultaat is dat er nu binnen het Euro-pese systeem standaarden beschikbaar zijn die de principes(EN 583-6) [lit. 52], de uitvoering op lassen (EN 14751)[lit. 53] en acceptatiecriteria voor de toepassing van TOFD(EN 15617) [lit. 61] beschrijven.

In de Verenigde Staten is TOFD intussen door ASME(American Society of Mechanical Engineers) ook opgeno-men in de BPVC (Boiler and Pressure Vessel Code), zodatwereldwijd nieuwbouw inspecties met TOFD mogelijk zijnbinnen de regelgeving [lit. 62].

TOFD opleidingenNaast regelgeving is een eerste vereiste voor de toepassingvan een NDO-techniek, dat deze consequent en professio-neel wordt toegepast door goed opgeleide inspecteurs. Inde loop van de tijd zijn in onder andere in Nederland TOFDopleidingen ontwikkeld. Deze zijn beschikbaar gesteld aande geaccrediteerde instelling voor certificatie van NDOpersoneel, SKO. De opleidingen zijn in overeenstemminggebracht met EN 473 en intussen ook algemeen geaccep-teerd door de grotere NDO bedrijven in Nederland [lit. 63].Ook hier liep Nederland weer voorop; de opleiding is nubeschikbaar in vele landen buiten Nederland.

TOFD toepassingenIn de nieuwbouwinspectie is zoals gezegd door de beschik-baarheid van normen TOFD een geaccepteerd, snel en be-trouwbaar alternatief gebleken voor conventionele technie-ken zoals radiografie. In het bijzonder op drukvaten en dik-wandige leidingsystemen [lit. 64] is TOFD niet meer weg tedenken en kan hier voor grote besparingen zorgen [lit. 65].Voor transportleidingen wordt in gemechaniseerde syste-men TOFD in combinatie met Puls-Echo of Phased Arrayingezet om op een snelle en efficiënte wijze vele lassenper dag te inspecteren.Traditioneel liggen er ook vele toepassingen in de onder-houdssfeer. Hier zijn immers geen normen nodig, de eigenaarkan in overleg met de toezichthouder immers zelf beslissenwelke techniek hij gebruikt om vast te stellen wat de conditievan zijn installatie is. Op bijvoorbeeld grondnaadcorrosie inflowlines offshore zijn meetnauwkeurigheden van rond0,22 mm vastgesteld, waardoor restlevensduurberekenin-gen erg nauwkeurig konden worden uitgevoerd [lit. 66].

Verder wordt TOFD frequent ingezet voor hoge tempera-tuur inspecties. Door de inherente tolerantie voor onnauw-keurigheden in de set-up kunnen ook onder extreme condi-ties nauwkeurige en betrouwbare metingen worden uitge-voerd, waardoor werkelijk toestandsafhankelijke onderhouds-programma's kunnen worden opgezet.

ModelleringTOFD is, in vergelijking met pulsecho technieken erg voor-spelbaar en reproduceerbaar met betrekking tot wat welen niet gevonden kan worden. Al sinds jaren wordt deTOFD methode gemodelleerd om bijvoorbeeld de POD tebepalen [lit. 72]. Met de steeds grotere rekenkracht die be-schikbaar komt in hedendaagse computers is het mogelijkom het gehele golfveld te modelleren, echter dit vereist ookvan de gebruiker het nodige inzicht in fysica en mathema-tica. Ook met eenvoudiger modellen, die gebruik makenvan ray tracing is het mogelijk om detectiegrenzen, dodezone's en het dekkingsgebied in een zeer goede benade-ring te modelleren en visualiseren aan de hand van de teonderzoeken geometrie [lit. 73].

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van modellering isde visualisatie van wijzigingen van instellingen (figuur 8.27).De operator ziet meteen wat het effect is van een parame-ter die wordt aangepast en kan zo op eenvoudige wijze deinstellingen optimaliseren voor de inspectie van een be-paalde geometrie.Elke techniek heeft zijn voor- en nadelen; wanneer dezebekend zijn bij diegenen die de inspectie uitvoeren, kan dekwaliteit van NDO alleen maar beter worden!

figuur 8.27 Modellering

8.11 Gebruik van Phased ArraysInleidingPhased Array (PA) is een tastertechnologie waarbij men deverschillende tasterelementen afzonderlijk kan aansturen.Door middel van het geven van tijdvertragingen aan de pul-sen van de verschillende elementen in de PA taster, kanmen verschillende tasterkarakteristieken genereren, zoalsgolftype, hoek en bundelspreiding. In principe kan men metde PA tastertechnologie dan ook alle eerder beschreventoepassingen, zoals onder andere pulsecho, tandem, TOFDen dergelijke, genereren. Daarbij kan men met de PA tech-nologie ook meerdere hoeken bijna simultaan (door snellemultiplexing) gebruiken en daarbij een sectoriele scan(S-Scan) weergeven (zie figuur 8.28).

De ultrasone PA technologie, welke zijn oorsprong heeftgevonden in de medische wereld, en sinds de jaren tachtiggebruikt word in de nucleaire centrales, heeft de laatstetien jaar ook zijn weg gevonden naar de meer conventio-nele markten. Heden wordt PA toegepast in de semi- en vol-automatische UT-inspecties, voor pre- en in service-inspec-ties (PSI en ISI) op diverse soorten staal en lasconstructies.

Principes van Phased ArrayBij een conventionele ultrasoon sonde gaat de akoestischebundel zich richten volgens het Huyghens principe. Dooreen kristal te verlijmen op een tasterzool, zal deze zool

Page 43: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

41

figuur 8.28 Voorbeeld van een S-scan

diverse tijdvertragingen introduceren, zodat een bepaaldehoek wordt gegenereerd.Veronderstel dat het ultrasone kristal in vele kleine elemen-ten wordt gesneden, waarbij elk van deze elementen meteen bepaalde tijdvertraging (Focal law) kan worden geëxci-teerd.Elk klein kristal zal dan fungeren als een punt- of lijnbronen zal cilindrische golven uitzenden. Na een bepaalde tijdzullen deze cilindrische golven een golffront vormen in eenwel bepaalde richting of op een welbepaalde diepte (ziefiguur 8.29).

a)

b)

figuur 8.29 Golfvorming met conventionele taster versusphased array taster

Phased Array tastersEr bestaan heel wat verschillende soorten PA tasters, elkmet hun eigen specifieke toepassingen. In figuur 8.30wordt een overzicht gegeven.

figuur 8.30 Overzicht phased array tasters

De toepassingen zijn uiteenlopend, een paar voorbeeldenworden hier aangehaald: Onderzoek van productiestukken op hoge snelheid (fabri-

cage van buizen); onderzoek met meerdere hoeken (zie figuur 8.31a) en

verschillende focale dieptes (RVS lasnaden); onderzoek van stukken met complexe geometrie (zie fi-

guur 8.31b) of met geringe plaats; onderzoek met gebruik van een lineaire scan (zie figuur

8.31c): de laterale beweging van de taster t.o.v. de laswordt vervangen door een elektronische scan.

a)

b)

c)

figuur 8.31 Voorbeeld bundelsimulatie van meerdere hoeken (a),complexe geometrie (b) en lineaire scan (c)

UT in plaats van radiografieTientallen jaren lang werden alle stalen componenten opvoorschrift van de codes onderzocht met behulp van radio-grafische methodes, omdat er geen betrouwbare alternatie-ven waren. Met de jaren werden geavanceerde ultrasoneinspectietechnieken zoals lineaire scans, rasterscans enTOFD (Time Of Flight Diffraction) algemeen aanvaard voorIn Service-inspecties. Het vervangen van radiografie doorultrasoon onderzoek werd aanvaard door verschillende co-des en normen. Dit wordt algemeen gedaan door het ge-bruik van verschillende tasters met verschillende golftypenen hoeken. Het gebruik van de phased array technologiekwam hier wel tot haar recht. Een paar PA tasters zijn ge-noeg om TOFD en pulsecho technieken te genereren.Afhankelijk van het te onderzoeken stuk worden meerderehoeken gegenereerd. Een enkelvoudige beweging van dietasteropstelling is dan voldoende om een lasnaad op eensnelle en efficiënte manier te onderzoeken. Het resultaat isdan ook een digitaal ultrasoon beeld dat eenieder kan in-terpreteren (zie voorbeeld in figuur 8.32).

Phased Array en de toekomstDe mogelijkheden van toepassingen van ultrasoon onder-zoek met gebruik van phased array technologie zijn noglang niet allemaal onderzocht. De ontwikkeling van phasedarray tastertechnologie en phased array systemen zal in detoekomst de manier van ultrasoon onderzoeken grondig

Page 44: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

42

figuur 8.32 Voorbeeld van UT data

beïnvloeden. De evolutie van analyse software zal ons ookbetere middelen verschaffen om de resultaten nog snelleren beter te analyseren.

8.12 Guided WavesIntroductieEen recent, speciaal voor pijpleidingen, ontwikkelde ultra-sone inspectiemethode is Guided Wave Inspectie, doorsommigen ook wel Long Range Ultrasonic Testing genoemd.

Met deze ultrasone methode kunnen pijpleidingen wordengescreend op materiaalverlies door corrosie en/of erosie.Vanaf een positie kunnen tientallen meters worden onder-zocht, doordat geluidsgolven in de lengterichting van deleiding worden gestuurd. De geluidsgolven worden geleiddoor de gehele leidingwand en reflecteren op materiaal-veranderingen, zoals corrosieplekken, lassen en supports.De amplitude van een reflectie is een maat voor de groottevan de materiaalafname per dwarsdoorsnede. Deze maatgeeft dus geen wanddikte aan, maar procentuele afnameper dwarsdoorsnede. Hieruit volgen uiteindelijk vier klassenin afname per indicatie (minor, medium and severe corro-sie). Indicaties met deze klassen kunnen dan in overleg metde opdrachtgever verder worden onderzocht met behulpvan UT-wanddiktemeting of (digitale) radiografie.

ToepassingenIn een enkele meting kunnen tientallen meters leidingenworden gescreend op corrosie en erosie. Ook moeilijk toe-gankelijke leidingen kunnen worden onderzocht vanaf eenbetere bereikbare plaats. Met deze methode hoeft niet eenhele leiding te worden uitgepakt en/of in de stellingen teworden gezet.Voorbeelden van huidige toepassingen zijn: bovengrondse leidingen met en zonder warmte isolatie; dijk- en weg doorvoeren (met en zonder mantelbuis); leidingen langs en boven water; leidingbruggen, verticale leidingen; offshore risers; fornuispijpen.

Naast het screenen op corrosie wordt ook het monitorenvan bekende corrosieplekken toegepast.

Theorie en de werking van de apparatuurEen ring vol met tasterparen wordt om de leiding geklemden stuurt een aantal relatief laagfrequente ultrasoon geluids-golven (14 - 80 kHz) door de leiding in beide richtingen(zie figuur 8.33 en 8.34). Deze geluidsgolven zijn vaaktorsiegolven type T(0,1) (zie figuur 8.35). Een torsiegolfreflecteert op een las (deze is symmetrisch) met een torsie-golftype. Echter op een asymmetrische corrosieplek reflec-teert deze geluidsgolf asymmetrisch. Er ontstaan daardoormeerdere asymmetrische golftypen, waarvan de belang-rijkste de flexural golftype F(0,2) is [lit. 74]. Een moeilijkaspect aan deze asymmetrische golftypen is, dat ze disper-sief zijn. Dat wil zeggen dat de voortplantingssnelheid o.a.afhankelijk is van de frequentie en wanddikte.

figuur 8.33 GW ring met tasterparen

figuur 8.34 GW ring op leiding

figuur 8.35 Torsie golftype

De apparatuur is inmiddels zover ontwikkeld dat na invoervan diameter en wanddikte de optimale paramaters wor-den gekozen.

Page 45: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

43

Asymmetrische reflecties bevatten informatie over de loca-tie en omvang van corrosie in de omtreksrichting. Een gra-fiek met reflecties van symmetrische (zwart) en asymme-trische (rood) kan hiermee worden opgesteld. Als voor-beeld, zie figuur 8.36. Deze informatie kan ook wordenweergegeven als een open gerolde leiding (zie figuur 8.36).Na de meting moet de operator deze reflecties interprete-ren als lassen, supports, enz. en eventueel corrosie.

figuur 8.36 Twee weergaven van een GW meting: met sym-metrische en asymmetrische reflecties (onder) ende open gerolde pijp voor locaties in omtreksrich-ting

De maximale te inspecteren lengte is afhankelijk van de dem-ping van het geluid in de leiding en de signaal/ruisverhouding.

De demping wordt veroorzaakt door: het materiaal zelf; de coating, vooral als het bitumen is; de leidinginhoud, vooral als de vloeistof viskeus is.

De signaal/ruisverhouding wordt beïnvloed door: (lichte) corrosie; de grootte en het aantal items op de leiding, zoals

lassen, bochten, aftakkingen en supports.

Distance Amplitude Correction (DAC) curves (zie figuur8.36) worden op de grafiek van reflecties gezet. Dit zijnlijnen met gelijke gevoeligheid over de afstand tot de ringen ook een detectiedrempel. Indien een zwarte met rodereflectie boven de 7% DAC-lijn komt is dit een indicatievoor 'Severe Corrosion'.

Dit betekent dat er op die dwarsdoorsnede meer dan 7%is afgenomen op een klein gebied van de omtrek en dat dekans groot is, dat op bepaalde locaties de dikte van deleidingwand tussen de 50% - 100% is afgenomen.

Beperkingen: voor leidingdiameters 2" tot 42"; temperatuurbereik van –5 ºC tot 125 ºC; bochten, aftakkingen en langsgelaste supports verstoren

het geluid. De maximale afstand is daarom meestal be-perkt tot de 2e bocht, aftakking of langsgelast support;

coating van bitumen, PE of epoxy dempt het geluid erghard. Het huidige maximale bereik is 2 - 5 meter. Coatingvan <1 mm dikte heeft nauwelijks invloed op het bereik;

vloeistof in de leiding heeft alleen invloed op het bereikindien de vloeistof hoog viskeus is, zoals koude ruweolie;

er is een "dode" zone van ongeveer 0,8 m vanaf de ringin beide richtingen.

Voordelen t.o.v. andere NDO-technieken: T.o.v. UT-wanddiktemeting of Radiografie:

100% dekking: kans op detectie is veel groter indienUT/RT een dekking heeft van 2% [lit. 75];

inspectie van honderden meters per dag; nauwelijks verwijdering van isolatiemateriaal nodig; nauwelijks stellingen nodig.

T.o.v. interne inspectie (bijvoorbeeld intelligent pigging): de leiding kan in gebruik blijven; geen toegang in de leiding nodig (bijvoorbeeld pig

launcher); goedkoper voor leidinglengte <1 km.

Page 46: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

44

Hoofdstuk 9Radiografie en radioscopie

9.1 InleidingDe NDO-technieken, waarbij de te onderzoeken werkstukkenworden doorstraald met elektromagnetische straling van zeerkorte golflengten (hieronder vallen röntgen- of X-stralen engammastralen) vallen onder de verzamelnaam radiografie.Met de straling, die het werkstuk doorlaat, kan een defectaan het oppervlak maar ook in het inwendige van het werk-stuk worden afgebeeld. Een ervaren waarnemer is in staatuit dit schaduwbeeld van het defect voldoende informatiete halen, die kan worden gebruikt voor een waardeoordeelover de kwaliteit van het product. Het verkrijgen van docu-menten waarop de aangetoonde defecten zijn vastgelegdis altijd als een sterk pluspunt van de radiografie gezien.

De afbeelding vindt plaats: op film. De gemaakte opname wordt wel een radiografie

genoemd; met fluorescerende schermen; met behulp van gesloten televisiesystemen; met sensoren.

Op taalkundige gronden is de benaming fluoroscopie ofradioscopie de juiste benaming voor technieken, waarbij deafbeelding plaatsvindt op een fluorescerend scherm of opeen monitor. Wordt voor detectie en voor het verrichten vanmetingen een sensor gebruikt, bijvoorbeeld een Geigertellerof een scintillatieteller, dan spreekt men van radiometrie.

Met deze methode worden in het algemeen volumetrischefouten, zoals (slak)insluitsels en porositeit, in tegenstellingtot vlakke fouten, zoals scheuren, goed gedetecteerd. Van-daar dat bij veel toepassingen, zeker als het detecteren vanscheuren van belang is, naast radiografisch onderzoek deultrasone techniek als complementaire inspectiemethodewordt voorgeschreven. Ook het voorschrijven van gemecha-niseerd ultrasoon onderzoek in plaats van traditionele radio-grafie wint veld. Als extra voordeel wordt nog genoemdhet feit, dat met de moderne systemen ook het ultrasoononderzoek een realistische afbeelding van een defect kanproduceren. Het radiografisch onderzoeken van lassen engietstukken moet worden beschouwd als één van de be-langrijkste technische toepassingsgebieden.Het maken van conventionele radiografieën met behulp vanX- of gammastraling op film wordt het meest toegepast.

Tegenwoordig staan ook de moderne afbeeldingstechnie-ken zeer sterk in de belangstelling, omdat als gevolg vanontwikkelingen op het gebied van röntgenbuizen, geslotenTV-systemen, en de mogelijkheden van verwerking van deresultaten met gecomputeriseerde systemen, men de ver-wachting heeft, dat in de toekomst deze systemen steedsmeer een alternatief gaan vormen voor de conventioneleradiografie met afbeelding op film.

Met name het volgen van dynamische processen, de snel-heid van inspectie en de mogelijkheden ten aanzien vanhet geautomatiseerd inspecteren van de opnamen zijn inte-ressante aspecten.Reeds nu al wordt geclaimd dat bij bijzondere toepassingende behaalde gevoeligheden gelijk zijn aan de voorgeschre-ven waarden van verschillende codes voor routinematigradiografisch onderzoek op film (klasse A).Verschillende firma's, waarvoor de hoge investeringskostengeen beletsel vormden, zijn reeds tot aanschaf overgegaan.

Meer nog dan bij andere NDO-technieken moet bij radiogra-fisch onderzoek worden gelet op de veiligheid. Vooral debescherming van het menselijk lichaam tegen schadelijkestraling is een zaak van het grootste gewicht. Zo kan eenteveel aan geabsorbeerde röntgen- en gammastralen, eenstraling die zichtbaar noch voelbaar is, ernstige en mogelijkzelfs onherstelbare weefselbeschadiging veroorzaken. Het

werken met stralingsbronnen is daarom onderworpen aanwettelijke voorschriften, die voortvloeien uit de Kernener-giewet. Zo zal onder meer bij (inspectie)bedrijven met eenbuitendienst gelden, dat de inspectie op locatie door eenbevoegde stralingsdeskundige met minimaal niveau 5Anaast tenminste één andere medewerker moet worden uit-gevoerd (zie § 12.2).

9.2 StralingsbronnenIn de praktijk worden als stralingsbronnen röntgenbuizenen radioactieve stoffen gebruikt.

De röntgenbuisIn een röntgenbuis (zie figuur 9.1) worden door verhittingvan een gloeidraad onder vacuüm elektronen geëmitteerd.

figuur 9.1 Principe van een röntgenbuis

De gloeidraad is met de kathode in de röntgenbuis ingesmol-ten, terwijl aan de andere zijde van de buis een koperenanode met een ingesoldeerd wolframplaatje is bevestigd.

Met een hoge elektrische spanning tussen kathode en anodeworden de geëmitteerde elektronen versneld. In het wol-framplaatje worden de elektronen afgeremd. Hun kinetischeenergie wordt in hoofdzaak (99%) omgezet in warmte, diedoor een koelsysteem wordt afgevoerd, en voor een kleingedeelte in röntgenstraling. Het spectrum bestaat uit eencontinu en een discontinu deel (figuur 9.2).

\

figuur 9.2 Het röntgenspectrum van wolfram

In de meeste industriële toepassingen wordt alleen rekeninggehouden met het continue spectrum. Het discontinuespectrum is van belang bij technieken als de röntgendiffrac-tiemethode, waarmee residuele spanningen kunnen wor-den aangetoond en de röntgenfluorescentiemethode voorde bepaling van de chemische samenstelling (identificatievan het materiaal).

Het doordringingsvermogen, ook wel de hardheid genoemd,van de straling neemt, toe naarmate de versnellende span-ning groter wordt. Door de gloeistroom te variëren, kan mende intensiteit van de straling regelen. Ook röntgenappara-

Page 47: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

45

ten die de straling in één flits afgeven zijn verkrijgbaar.Door een speciale vorm van de kathode of met behulp vanelektromagnetische lenzen kan een focusserend effectworden verkregen, zodat het getroffen gedeelte van hetwolframplaatje zo klein mogelijk kan zijn. Haalbaar is eenbrandvlek met een diameter van 5 µm. Commercieel zijnzowel micro- als milliröntgenbuizen verkrijgbaar. Zij makenmet name onderdeel uit van de moderne afbeeldingstech-nieken.

Het hierboven beschreven type röntgenbuis wordt in diver-se afmetingen vervaardigd, met een maximale versnelling-spanning van 60 tot 400 kV. De doorstraalbare dikte instaal met deze buizen is in de praktijk maximaal 100 mm.

Voor de doorstraling van grotere dikten worden naast (aan-gepaste) röntgenbuizen de veel handzamere gammabron-nen gebruikt.

Kunstmatig radioactieve bronnen, isotopenVan de verschillende soorten straling uitgezonden door ra-dioactieve materialen is de elektromagnetische gammastra-ling geschikt voor het radiografisch onderzoek. Het spectrumvan de gammastraling uitgezonden door radioactieve ele-menten is discontinue. Voor het maken van een opnamemet voldoende scherpte is een bron vereist met een zoklein mogelijk actief volume. Deze eis bepaalt de keuzevan het element, waarvan de halfwaardetijd niet te groot(te geringe activiteit), maar ook niet te klein (te snelle uit-putting van de bron) mag zijn voor de praktische toepas-sing. Onder de halfwaardetijd T1/2 verstaat men de tijd,waarin de activiteit van de primaire bron terugloopt tot dehelft van de oorspronkelijke waarde.

In tabel 9.1 is een aantal gegevens van de meest toege-paste isotopen opgenomen, tevens is hun toepassingsge-bied wat materiaaldikte betreft voor staal aangegeven.

De activiteit van een kunstmatige radioactieve stralings-bron wordt uitgedrukt in becquerel (Bq).1 becquerel staat voor 1 desintegratie per seconde. Deoude eenheid is de curie; 1 Ci=3,7×1010 Bq.In de praktijk worden in hoofdzaak bronnen met een acti-viteit tot ~2000 GBq gebruikt.

De bron bevindt zich in een metalen capsule. In figuur 9.3is een voorbeeld van een houder van een gammabron ge-geven: een blok lood of verarmd uranium, waardoor eens-vormig kanaal loopt. De capsule kan hierin worden be-waard. Door middel van afstandsbediening kan de capsulemet behulp van een kabel uit de houder te voorschijn wor-den gebracht en door een slang naar het van tevoren be-paalde stralingspunt worden getransporteerd.

figuur 9.3 Principe van de bediening op afstand bij een gam-mabron: 1=isotoophouder; 2=transportkabel;3=verbindingsslang; 4=slang voor opslag vande kabel; 5=transporteenheid; 6=wiel; 7=slangvoor transport van de bron; 8=koppeling tussenslang en collimator; 9=collimator; 10=elektri-sche kabel

In tabel 9.2 wordt een aantal voor- en nadelen van hettoepassen van gammastralen gegeven in vergelijking metX-stralen tot 400 keV.

9.3 De interactie tussen straling en materieNaarmate de golflengte kleiner wordt, heet de straling har-der en wordt zijn vermogen materie te doordringen groter.Niet alleen de hardheid, maar ook de aard van het materiaalbepaalt of de bundel een werkstuk kan doorstralen: hoehoger het atoomnummer en hoe groter het soortelijk ge-wicht, des te geringer is de doordringing.In het werkstuk wordt de intensiteit van de bundel expo-nentieel verzwakt. De verzwakking wordt beschreven meteen lineaire absorptiecoëfficiënt µ. Bij een kleine µ is dedoordringing groot en de verzwakking klein.Dikteverschillen en dus ook discontinuïteiten in een werk-stuk veroorzaken intensiteitsverschillen in de uittredendebundel. Deze verschillen komen des te beter uit naarmatede straling minder hard is, hoewel men dan in de praktijkbeperkt is in de maximaal te doorstralen materiaaldikte.In principe kan elke materiaaldikte met iedere bundel wor-den doorstraald. In de praktijk streeft men echter naar eenzo kort mogelijke belichtingstijd. Afhankelijk van deze tijdhoort bij elke bundel een maximaal, materiaalafhankelijke,doorstraalbare dikte. Tabel 9.3 geeft deze waarden voorstaal voor de meest gebruikte röntgenapparatuur. Voorradioactieve bronnen geldt tabel 9.1.

tabel 9.1 Enige gegevens van de meest toegepaste gammabronnen

bron halfwaardetijdstralingsenergie activiteit van de

bronafmeting bron toepassingsgebied bij staal

(MeV) (GBq) (mm×mm) (mm)cobalt-60 5,3 jaar 1,17; 1,33 185; 1119 2×2; 4×4 40 - 150cesium-137 30 jaar 0,662 370 6×6 25 - 75ytterbium-169 32 dagen 0,049; 0,308 370; 555 0,6×0,6; 1×1 2 - 15iridium-192 74 dagen 0,296; 0,468 1110; 260 2×2; 1×1 10 - 60thulium-170 127 dagen 0,052; 0,084 555 2×2 3 - 13

tabel 9.2 Voor- en nadelen van het toepassen van gammastraling, in vergelijking met X-stralen tot 400 keV

voordelen nadelenin het algemeen een groot doordringingsvermogen, waardoor hetonderzoek van grote wanddikten mogelijk is

voortdurend stralingsgevaar, ook tijdens transport en opslag

de bron is klein en kan gemakkelijk in bijvoorbeeld een pijp meteen kleine inwendige diameter worden gebracht

beperkte keuze van golflengten, geen variatie van de golflengte bijeen bepaalde bron

alleen controlehandelingen vereist op het gebied van debescherming tegen straling

in het algemeen lange(re) belichtingstijden en een slechter contrastop de film

Page 48: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

46

tabel 9.3 Maximaal doorstraalbare dikten voor staal in mm (praktijkwaarden)

maximaal voltagevoor verplaatsbare apparatuur en bij gebruik van voor apparatuur in vaste opstelling en bij gebruik van

langzame film snelle film langzame film snelle film100 kV 6 8 8 10150 kV 17 23 25 32200 kV 27 36 35 45300 kV 50 66 65 80400 kV 85 105

De verzwakking van de bundel wordt veroorzaakt door ver-schillende fysische processen, die elk een bijdrage leverenaan de grootte van µ. De volgende fysische processen tre-den op:a. verstrooiing

de Compton-verstrooiing, waarbij de straling energieverliest en van richting verandert. De verstrooide stra-ling heeft een grotere golflengte;

de Rayleigh-verstrooiing, waarbij alleen een richtingver-andering plaatsvindt. Deze verstrooiing treedt vooralop bij zachte straling.

b. absorptie de röntgen- of gammastraling wordt geabsorbeerd. Bij

deze absorptie kan een elektron het atoom van hetdoorstraalde materiaal verlaten. Deze straling van zo-genaamde foto-elektronen is in alle richtingen. Ookelektromagnetische straling komt vrij. Deze stralingheeft een lijnenspectrum met o.a. de K-, L1-, L2- enL3-lijnen (zie ook figuur 9.2).

paarvorming. Bij dit absorptieproces worden stralings-kwanta met een energie groter dan 1,02 MeV omgezet ineen elektron en een positron (positief geladen elektron).

Figuur 9.4, waarin de lineaire verzwakkingscoëfficiënt µ(totaal en voor de verschillende processen) is uitgezet alsfunctie van de energie van de stralingskwanta, geeft eenindruk van de invloed van de behandelde fysische proces-sen. Bij lage energie levert de absorptie de grootste bijdra-ge aan de totale verzwakking, bij grotere energieën gaatde verstrooiing overheersen en bij zeer grote energieën isde paarvorming het bepalende proces.

figuur 9.4 De lineaire verzwakkingscoëfficiënten voor staaluitgezet tegen de energie

9.4 De radiografische filmDe straling, afkomstig van de stralingsbron (zie figuur 9.5a)bevat na het doorlopen van het te onderzoeken werkstukinformatie over voorkomende discontinuïteiten, die nu moetworden geregistreerd. In de praktijk wordt de afbeeldingvan het werkstuk op een röntgenfilm het meest toegepast(figuur 9.5b).

a)

b)

c)

figuur 9.5 a. Opstelling radiografisch onderzoekb. De röntgenopname (radiografie)c. De film (schematisch)

BeeldvormingMet de uit het werkstuk tredende straling wordt de film be-licht. De film bevat meestal twee emulsielagen (gelatine-lagen met een fijne verdeling van kristalletjes van een zil-verhalogeenverbinding). Het voordeel van een dubbeleemulsielaag vormt de bekorting van de belichtingstijd (fi-guur 9.5c). De beeldvorming vindt plaats op dezelfde ma-nier als in de fotografie met zichtbaar licht. Door de inwer-king van de stralen wordt er een latent beeld gevormd, datdaarna ontwikkeld en gefixeerd moet worden. De afbeel-ding in de vorm van fijne zilverkorrels is nu zichtbaar.

VersterkingsfoliesMen kan de belichtingstijd sterk verminderen met verster-kingsfolies, die meestal bij de opname in de cassette aanweerszijden van de film zijn geplaatst. Drie typen verster-

Page 49: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

47

kingsfolie worden gebruikt:a. de zoutfolie, die bestaat uit een deklaag van een fluores-

cerende stof op een vaste onderlaag. Een gedeelte vande uit het werkstuk tredende straling wordt omgezet inaanmerkelijk zachtere ultraviolette en zichtbare straling,die veel beter op de film inwerkt. Een versterkingsfactorvan 100 tot 1000 is in de praktijk te behalen. (De ver-sterkingsfactor is gelijk aan de belichting zonder folie ge-deeld door de belichting met folie. Onder de belichtingwordt verstaan het product van de intensiteit van deopvallende straling I en de belichtingstijd t). Deze foliesveroorzaken bij gebruik wel een verlies in beeldkwaliteit(scherpte). Voor globaal NDO-onderzoek behoeft dit geenbezwaar te zijn. Voor bijvoorbeeld lasonderzoek wordendeze folies niet aanbevolen.

b. de metaalfolie, een dun plaatje metaal. Bij dit soort folieswordt de versterkende werking veroorzaakt door in defolie opgewekte secundaire straling met name van foto-elektronen, die in vergelijking met de oorspronkelijkestraling minder hard zijn. De versterkingsfactor is minderhoog dan bij zoutfolies: maximaal 5, terwijl in de prak-tijk meestal 3 wordt behaald. Bij het onderzoek metradioactieve bronnen en met röntgenbuizen boven de100 kV worden nagenoeg altijd folies van lood (met 2%antimoon), verkrijgbaar in verschillende dikten, gebruikt.Bij gebruik van metaalfolies treedt in het algemeen wei-nig of geen verlies in beeldkwaliteit op.

c. de fluoro-metallische folie, opgebouwd uit laagjes zouten lood. Bij deze folies bedraagt de versterkingsfactormaximaal 10. In vergelijking met loodfolies vertonen ze,wat de beeldkwaliteit betreft, dezelfde gunstige eigen-schappen. De opgedane ervaring met deze vrij recentontwikkelde folies wordt nog onvoldoende geacht, van-daar dat deze folies nog niet zijn opgenomen in (inter)-nationale aanbevelingen voor algemeen gebruik. Welwordt door officiële keuringsinstanties het gebruik ervanbij bijzondere toepassingen, bijvoorbeeld in de offshoreindustrie toegestaan.

Ter voorkoming van valse indicaties moeten folies metvoorzichtigheid worden behandeld, vooral de fluoro-metallische folies zijn kwetsbaar.

ScherpteDe scherpte (=oplossend vermogen) van een beeld is vanmeerdere factoren afhankelijk:a. de gebruikte film; naarmate de film fijnkorreliger is,

neemt ook de scherpte toe (de afbeelding op de film isvan nature onscherp, men duidt dit aan met het begripinwendige onscherpte);

b. de gebruikte straling; bij hardere straling is de scherpteminder;

c. het eventuele gebruik van versterkingsfolies;d. het toegepaste ontwikkelproces;e. het niet puntvormig zijn van de stralingsbron (men noemt

de optredende halfschaduw in het beeld de geometri-sche onscherpte).

ContrastBehalve een goede scherpte is voor een goed beeld ook eengoed contrast nodig met een goede zichtbaarheid van deverschillende details (verschillen in zwarting). Bij gebruikvan hardere straling wordt het contrast minder. Een andereoorzaak van een geringer contrast is sluiervorming op defilm door het optreden van strooistraling uit het doorstraal-de object en van de weerkaatsing van de primaire stralingbuiten het object in de richting van de film.Het contrast kan ook worden beïnvloed door de gebruiktefilm en door de ontwikkelmethode.

ZwartingHet contrast wordt verkregen, omdat elk detail op de filmzijn eigen zwarting heeft.Onder de zwarting (of densiteit) D van een film wordt ver-staan: D=log(I van een op de film vallende lichtbundel ge-deeld door I van de doorgelaten lichtbundel). Hierbij staat Ivoor de intensiteit.

Bij D=2, een vaak voorgeschreven waarde bij lasonderzoek,wordt 1% van het licht doorgelaten.Elk type film heeft zijn karakteristieke eigenschappen, diebekend moeten zijn, voordat de film kan worden gebruikt.Deze eigenschappen kunnen worden afgelezen uit dezwartings- of filmkarakteristiek.In figuur 9.6 zijn de karakteristieken van veel gebruikte in-dustriële films weergegeven. Men noemt een film gevoeligerof sneller naarmate de belichting voor het bereiken van eenbepaalde zwartingswaarde minder wordt.

figuur 9.6 Karakteristieken van veel gebruikte industriëlefilms, 200kV, ontwikkeling volgens standaard-procedure

Twee belangrijke gegevens levert de filmkarakteristiek: debelichting, nodig voor een bepaalde zwarting en de hellings-hoek of de gradiënt in de grafiek bij een bepaalde zwartings-waarde. De grootte van deze hoek is een maat voor hetcontrast, voor optimale foutdetectie moet een filmtypeworden gekozen met een zo groot mogelijke gradiënt.

In de praktijk worden snelle, middelmatig snelle en lang-zame films gebruikt. Wanneer de korrel van de film groterwordt, neemt de snelheid toe, de beeldscherpte neemt danaf. De keuze van een film wordt in de praktijk vaak bepaalddoor een gesloten compromis tussen verlangde scherpteen snelheid; soms speelt ook de vereiste zwartingswaardeeen rol.

FiltersBij het onderzoek met zachte straling van zeer dunne voor-werpen en bij werkstukken van materialen met een laagsoortelijk gewicht, zoals Al en Mg, fungeert de versterkings-folie als filter, door in het bijzonder de zachte componentenvan de uit het werkstuk komende straling (voor een grootgedeelte strooistraling) te absorberen. Het effect op de filmis een verbetering van het contrast. Ook de uit de stralings-bron komende bundel kan reeds een filter doorlopen (Be ofNi). Nog andere mogelijkheden om de strooistraling uit hetwerkstuk te onderdrukken, vormen de diafragmering van debundel en het aanbrengen van een loodafscherming, een zo-genaamd masker, op het werkstuk. Door deze handelingenkan het belichte gedeelte van het werkstuk zo klein mogelijkzijn. Vooral bij werkstukken met plaatselijk zeer grote dikte-verschillen is dit van belang, daar anders de afbeeldingenvan de randen van de dunne gedeelten worden versluierddoor de strooistraling afkomstig uit het dikke gedeelte.

Page 50: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

48

BelichtingsgrafiekenDe benodigde gegevens voor een goede opname kunnenworden afgelezen uit zogenaamde belichtingsgrafieken, dievoor elke combinatie van röntgenapparaat (of type gamma-bron), materiaal en film zijn opgesteld. Figuur 9.7 geeftvoorbeelden van belichtingsgrafieken voor staal, behorendbij een bepaald type röntgenbuis, geldig voor een zwartings-waarde D van 2,0 bij een afstand van bron tot film van100 cm en bij gebruik van een D7-film met loodfolies. Uitde grafiek valt af te lezen welke buisspanning nodig is voorhet doorstralen van een bepaalde dikte en de benodigdebelichting It (hier uitgedrukt in de gloeistroom van de buis(in mA) en de belichtingstijd (in minuten).

figuur 9.7 Voorbeeld belichtingsgrafiek bij het röntgenonder-zoek van staal

Figuur 9.8 is een belichtingsdiagram voor staal bij het ge-bruik van een kobaltbron op 100 cm voor verschillende ty-pen film. Bij een afwijkende waarde van de afstand van debron tot de film moet de belichtingstijd worden gecorrigeerd.Bij dezelfde broninstelling is de belichtingstijd evenredigmet het kwadraat van de afstand tot de bronfilm.

figuur 9.8 Voorbeeld belichtingsgrafiek voor staal bij hetgebruik van een 60Co-bron. Afstand bronfilm(FFA)=100 cm, gebruikte film D7, D=2

Het ontwikkelprocesHet ontwikkelproces dat na de opname volgt bestaat uit devolgende stappen: het eigenlijke ontwikkelen, het fixeren,spoelen en drogen. Voor het verkrijgen van een optimaal

beeld is het met zorg uitvoeren van ieder deel van het ont-wikkelproces volgens de voorschriften van de fabrikanteen vereiste [zie ook lit. 8 en 28]. In [lit. 28] wordt ook deindeling en inrichting van de donkere kamer beschreven.Het verdient aanbeveling met niet te oude films te werken.Films zijn 5 tot 10 jaar houdbaar. Het gebruik van het auto-matisch ontwikkelen is de laatste tijd sterk toegenomen.Door de fabrikanten worden complete systemen op demarkt gebracht, waarvan de films, de chemicaliën en pro-cessoren op elkaar zijn afgestemd. De totale behandeltijdenliggen tussen 2 en 8 minuten voor de D-films.

BeeldkwaliteitsindicatorenHet is gebruikelijk, teneinde een idee te krijgen van de kwa-liteit van het beeld, tijdens de opname ook een afbeeldingte maken van een zogenaamde beeldkwaliteitsindicator,BKI, die conform de norm of de aanbeveling meestal aanhet eind van de effectieve filmlengte op het werkstuk aande kant van de stralingsbron wordt geplaatst en die is ver-vaardigd van hetzelfde materiaal als het onderzochte werk-stuk. De volgende BKI's worden in de praktijk gebruikt:a. het draadtype, bestaande uit een aantal draadjes, gevat

in plastic, met verschillende diameter, Ø=0,8n in mm(n is een geheel getal);

b. het traptype met gaatjes, waarbij de dikte van de treded=0,8n in mm. Elke trede bevat een of twee gaatjes;de diameter is gelijk aan de dikte d;

c. het duplex type, bestaande uit een aantal paren gelijkedraden.

De grootte van de BKI die minimaal zichtbaar moet zijn,hangt af van de doorstraalde dikte. Als vuistregel voor depraktijk geldt dat deze waarde minimaal 1% van de door-straalde materiaaldikte is. Het IIW heeft indertijd ook tabel-len opgesteld, waarmee kan worden bepaald of de toege-paste techniek acceptabel is bij een gegeven (staal)dikte endie in codes zijn overgenomen. In de nieuwe CEN-normenzullen deze tabellen worden aangepast. IIW-tabel 9.4 alsvoorbeeld behoudt voor oriënterende doeleinden zijn waarde.

Een radiografie zal alleen maar kunnen worden geaccep-teerd als de zichtbaarheid gelijk is aan of beter dan de in detabel opgegeven waarde. Recent zijn in de EU ingevoerd:a. de norm EN 462-1 voor de BKI met het draadtype;b. de norm EN 462-2 voor de BKI met het traptype, waar-

van de vorm is vernieuwd;c. de norm EN 462-5 voor de BKI met het duplextype, waar-

voor draden van wolfram worden gebruikt. Deze BKI ismet name geschikt voor toepassing in de radioscopie.

tabel 9.4 IIW: Minimale zichtbaarheid in staal (in mm) voorklasse A

materiaaldikteröntgenstraling 192IR 60Codraad gat draad gat draad gat

10-16 0,2 0,5 0,4 0,8 0,816-25 0,25 0,63 0,4 0,825-32 0,32 0,8 0,5 1,0 0,8 1,2532-40 0,4 1,0 0,5 1,0 1,0 1,2540-50 0,5 1,25 0,63 1,25 1,0 1,650-80 0,63 1,25 0,63 1,25 1,25 1,680-100 1,0 1,6 1,25 2,0

9.5 "Real time" afbeelding op een monitorNog steeds kan worden gesteld, dat de weergave op film,gezien de scherpte van details, de beste wijze van afbeel-ding vormt. Toch heeft de methode bezwaren. Met namekan de tijdsduur voor opname en ontwikkelen een beletselvormen als een snel onderzoekresultaat is vereist, zoalsbijvoorbeeld bij de inspectie van lassen in pijpleidingen inde offshore en bij medische toepassingen. Daarom is menreeds lang geleden begonnen met de ontwikkeling van al-ternatieven. Voorbeelden hiervan vindt men in de fluoros-copie, waarbij het beeld zichtbaar wordt gemaakt op een

Page 51: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

49

fluorescerend scherm of op een fosforiserend scherm (te-genwoordig na belichting met een laser, [lit. 39]). Het "door-lichten" dat vroeger geschiedde bij longonderzoek is eenvoorbeeld van fluoroscopie. Overigens is deze wijze vaninspectie voor industriële toepassingen nog steeds gang-baar. De kwaliteit van het beeld in vergelijking met film isduidelijk slechter, omdat de onscherpte van het fluoresce-rende conversiescherm aanmerkelijk meer is dan bij hoog-waardige filmtechnieken.

Deze methode (met een voorziening die de onderzoekerbeschermt tegen straling) is praktisch toepasbaar tot ma-teriaaldikten equivalent met 10 mm aluminium en is zeergeschikt bij een voorlopig onderzoek naar grote fouten ineen werkstuk, omdat men direct over een afbeelding be-schikt.

Tegenwoordig echter staat deze techniek, waarbij het beelddirect zichtbaar wordt op een monitor, als XRTI (X-RayReal Time Imaging) volop in de belangstelling, omdat metbehulp van gesloten TV-systemen en gegevensverwerkingmet computers de kwaliteit van het beeld sterk verbeterdkan worden. Voor verschillende toepassingen claimt menreeds, dat de kwaliteit van het verbeterde XRTI-beeld ver-gelijkbaar is met die bij de afbeelding op film.

De apparatuur voor XRTI wordt ingedeeld in drie grote groe-pen [lit. 31 en 32]:Groep 1

Figuur 9.9 geeft het blokschema van groep 1, waarin meteen zogenaamd open conversiescherm wordt gewerkt,dat elke gewenste afmeting kan hebben. Het beeld vanhet conversiescherm wordt via een spiegel opgenomendoor een gesloten TV-systeem, dat voldoende gevoeligis. Het beeld wordt versterkt en weergegeven op eenmonitor of in digitale vorm opgeslagen in een geheugen.Systemen, met een beeldopbouw in een groter aantal lij-nen dan nu gebruikelijk is, zijn reeds verkrijgbaar of wordenontwikkeld. Gelet op de zwakke lichtsterkte op het con-versiescherm, is wel een bijzonder gevoelige camera nodig.

figuur 9.9 XRTI-systeem met 'open' scherm (groep 1).A=bron; B'=conversiescherm; B''=spiegel;C=camera; D=analysesysteem; E=monitor

Groep 2Het essentiële verschil van groep 2 met groep 1 (figuur 9.10)ligt in het feit, dat hierbij het conversiescherm onderdeeluitmaakt van een beeldversterkingsbuis. Pas na het ver-sterken hierin wordt het beeld opgenomen door het TV-systeem, waarvan de camera gezien de voorversterkingvan een minder gevoelige uitvoering en dus goedkoper invergelijking met groep 1 kan zijn.De grootte van het beeld van de versterkingsbuis bedraagtafhankelijk van het gebruikte type meestal 125, 225 of400 mm.

figuur 9.10 XRTI-systeem met beeldversterkingsbuis (groep 2).A=bron; B=conversiescherm; C=camera;D=analysesysteem; E=monitor

Groep 3Een bekende toepassing van groep 3 apparatuur vindtplaats bij het bagage onderzoek op luchthavens, waarbijwordt gewerkt met lineaire "arrays", waarin zich een zeergroot aantal zeer kleine opnemers bevinden, die onafhan-kelijk van elkaar kunnen worden uitgelezen. De verkregengegevens kunnen worden opgeslagen en bij beweging,bijvoorbeeld van het te onderzoeken object, kunnen metbehulp van de verwerkingsapparatuur beelden wordensamengesteld.Op dit moment zijn arrays met 1024 detectoren op eenlengte van 700 mm zeer gebruikelijk. Ook opnamen meteen solid state camera zijn mogelijk. De te bereiken beeld-kwaliteit in het normale diktebereik is bij de te lage effi-ciency bij conversie, zeker bij zeer kleine afmetingen vande opnemer, matig.

De meeste experts geven op dit moment voor industriëletoepassingen de voorkeur aan apparatuur van groep 2,waarbij een geringe vergroting wordt toegepast.Apparatuur van groep 3 en dan met name de zeer fijnearray's, is zeer geschikt bij onderzoek met laagenergeti-sche röntgenstralen bij geringe staaldikten en bij non-ferrolegeringen. Gelet op de ontwikkelingen op dit terrein zullende toepassingen van apparatuur uit groep 3 in de toekomsteen grote vlucht nemen.

De ruis van het XRTI-beeldMet een TV-camera kan elke 1/25 s een opname wordengemaakt. Deze korte belichtingstijd is natuurlijk zeer aan-trekkelijk. Een nadeel bij zeer korte opnametijden is wel,dat het beeld op de monitor gevoelig wordt voor achter-grondruis; een verschijnsel waarmee iedere TV-kijker be-kend is.Bij XRTI kan de belichtingstijd kunstmatig worden vergroot,door met de computer een aantal beelden bij elkaar op tetellen. In de praktijk blijkt, dat bij een integratie over circa64 beelden de ruis meestal reeds voldoende is verwijderd.

De scherpte van het XRTI-beeldNaast de optredende ruis vormt de onscherpte in het moni-torbeeld een belemmering in het verkrijgen van een hoge

Page 52: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

50

beeldkwaliteit. Er wordt veel onderzoek verricht naar mate-rialen die de röntgenstraling beter absorberen, waarmee delaag voor het conversiescherm dunner kan worden gemaaktbij een kleinere inwendige onscherpte.Een geringe vergroting van het beeld tot ~1,5 is mogelijkzonder een noemenswaardige vergroting van de onscherpte.Een sterkere vergroting vereist een aangepaste bron.Ook het gebruik van verbeterde camera's of array's, moni-toren met meer beeldpunten (in 1997 maximaal 1280 bij1024) en snellere computers draagt bij tot een verminde-ring van de onscherpte. De conclusie is dan ook, dat bijhet gebruik van een hoogwaardig systeem het XRTI-beeldminder scherp is dan bij de afbeelding op film, maar dat ditverschil sterk kan worden verkleind.

ContrastverbeteringDe helderheid van elk beeldpunt wordt weergegeven meteen grijstintwaarde tussen 0 en 256 of met een kleur uiteen gekozen kleurschaal. Via het programma kan men elkewaarde of de kleur veranderen. Vergroting van verschillenin grijstint of kleurcontrast leidt dan tot een betere zicht-baarheid van details. Ook bestaat de mogelijkheid optre-dende verschillen in helderheid te egaliseren.Het pakket van een XRTI-systeem beschikt over een proce-dure om de contouren, bijvoorbeeld van een defect, scher-per af te beelden. De ontwikkeling van betere programma'sop dit punt is nog in volle gang.

ApparatuurBij een XRTI-systeem worden minifocusröntgenbuizen (debrandvlek ligt tussen 100 en 500 µm) en microfocusbuizen(brandvlek <10 µm) toegepast. Bij de tot nu toe gefabri-ceerde buizen is de maximale versnelspanning rond de150 kV. Een andere beperking is de geringe intensiteit vande stralingsbundel.

Geautomatiseerde inspectieEen XRTI-systeem biedt de mogelijkheid geautomatiseerdeen opname te vergelijken met een referentiebeeld, waar-door defecten kunnen worden aangetoond, opgemeten enbeoordeeld. Deze wijze van inspectie (patroonherkenning)is voor gebruik in de praktijk evenwel nog volop in ontwik-keling. In het algemeen kan worden gesteld, dat op dit mo-ment voor de beoordeling van de resultaten de menselijkeinzet nog het beste is.Genoemd moet nog worden, dat de besproken wijze vanbeeldverwerking ook kan worden toegepast voor met eenscanner digitaal ingelezen röntgenfoto's.

Voor vergelijking van de kwaliteit van 'real time' opnamenmet die van conventionele opnamen op film, wordt verwe-zen naar [lit. 32].

In [lit. 34] wordt uitvoerig ingegaan op de mogelijkheden vaneen methode voor de automatische inspectie van lasver-bindingen met 'real time' radioscopie. In het bijzonder wordthet accent gelegd op de mathematische procedures, dieworden gebruikt voor de foutherkenning. Meestal bestaatde procedure uit twee delen: een snel uit te voeren inspec-tie naar gebieden, die defecten bevatten, gevolgd door eennauwkeurige analyse van een gevonden defect, met alsdoel een precieze lokalisering en identificatie.

ToepassingenIn Nederland wordt de methode onder meer in de productie-lijn toegepast bij de inspectie van spuitgietwerk. Opmerkelijkis nog de recente keuze voor deze techniek bij het onderzoekvan geïsoleerde pijpen op corrosie.

9.6 Andere opnametechnieken, sensorenSensoren (detectoren)De registratie van röntgenstraling is ook mogelijk met stra-lingsgevoelige detectoren (bijvoorbeeld de geigerteller, descintillatieteller). De opgevangen straling wordt omgezet ineen elektrische stroom, die kan worden gebruikt voor eenmeteraanwijzing (tellen) of bij het gebruik van meerderedetectoren in een array voor de afbeelding op een monitor.

In de praktijk wordt de enkele detector in verschillende aan-gepaste uitvoeringen in hoofdzaak gebruikt in stralingsmetersvoor controledoeleinden met betrekking tot de veiligheid.Als meetinstrument is de sensor van belang bij de röntgen-diffractie en bij de röntgenfluorescentie.

Nucleaire magnetische resonantie (NMR)De NMR is een afbeeldingstechniek met een specifieke wijzevan opwekking van de röntgenstraling, die zijn waarde heeftbewezen voor medische toepassingen en die nu wordt geïn-troduceerd bij het onderzoek van nieuwe materialen zoalskeramiek. De methode heeft al bewezen dat poreusheidermee kan worden aangetoond. De verdere behandelingervan wordt achterwege gelaten. De inschatting is, datdeze technieken, gelet op de hoge kosten, slechts haalbaarzullen zijn voor het onderzoek van zeer hoogwaardige pro-ducten in speciaal daarvoor ingerichte instituten [lit. 37].

ComputertomografieIn de medische wereld is de tomografie als een geavan-ceerde inspectietechniek reeds lang een standaardmethode.Op het gebied van de industriële praktijk wint de techniekveld. Zo houden verschillende onderzoeksinstituten zichmet deze techniek bezig, vaak voor een specifieke toepas-sing [zie lit. 30] in de ruimtevaart en voor Defensie, bijvoor-beeld voor de inspectie van raketmotoren en componentenvan ruimtevoertuigen.Ook wordt CT toegepast op werkstukken vervaardigd uitgeavanceerde materialen zoals vezelversterkte composie-ten, met als doel het verkrijgen van informatie over devezelstructuur en over porieverdelingen.Met computertomografie kan van een werkstuk zo nodiglaag voor laag worden geïnspecteerd en is de bepaling vande plaats van defecten mogelijk.Er bestaan plannen om CT gebruiken als een geavanceerdeinspectietechniek voor gegoten onderdelen uit aluminium-en magnesiumlegeringen, die uit kostenoverwegingen ma-chinaal bewerkte onderdelen kunnen vervangen.

9.7 Onderzoek met verstrooide röntgenstralingEr is een groeiend aanbod van geavanceerde systemen meteen van de gebruikelijke technieken afwijkend principe vanafbeelden. Onder andere Philips heeft een op industriëletoepassing gericht systeem op de markt gebracht, waarbijde strooistraling voor beeldvorming wordt gebruikt. Hier isde Compton-verstrooiing van belang, waarbij een richting-verandering kan optreden met een hoek groter dan 90º.Het zijn juist deze teruggestraalde röntgenfotonen, die voorde beeldvorming zorgen in de comptonterugstraaltechniek.

Voor deze techniek moet zachte straling worden gebruikt,waardoor de methode zeer geschikt is voor toepassing bijkunststoffen en composieten (tot circa 5 cm). Ook werk-stukken van Al-legeringen kunnen tot 2 cm goed met dezetechniek worden onderzocht. Voor staal zal de indringdieptebeperkt blijven tot een dunne laag van 0,5 cm in een opna-metijd, die ligt tussen 1 en 7 minuten.Het kleinste defect, dat kan worden opgespoord, heeft eenvolume van 0,06 mm3, het gebied, dat in één keer automa-tisch kan worden afgetast, heeft een oppervlak van 50 cm2.Het contrast en de gevoeligheid bij de comptonterugstraal-techniek blijkt beter te zijn dan bij de doorstraaltechniek.

Opbouw van de apparatuurBij de opname treedt een lijnvormige bundel het werkstukbinnen en wordt op zijn weg door verstrooiing verzwakt.De afgelegde weg bestaat dus eigenlijk uit een verzame-ling van strooicentra.Met behulp van een goed geconstrueerd meetdiafragma ishet nu mogelijk een eenduidige koppeling aan te brengentussen een sensorelement en een strooicentrum via de ver-strooide bundel uit dit centrum. Figuur 9.11 geeft dit aan.Te zien is, dat de centra A, B en C van strooivolumes opde bundellijn eenduidig verbonden zijn met de sensoren A',B' en C'. In de actuele uitvoering van Philips bestaat desensor uit 22 deelelementen.

Page 53: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

51

figuur 9.11 De comptonterugstraaltechniek (schematisch)

De informatie van een sensorelement kan in het geheugenvan een computer worden opgeslagen, met de notering vande coördinaten van het bijbehorende strooivolume. Doorkoppeling van de aftastkop met een besturingssysteem kandeze via een pendelbeweging over het oppervlak in eenveelvoud van inspectieposities de meting herhalen.Bij gebruik van 22 sensorelementen betekent dit, dat men22 vlakken, elk met een bekende afstand tot het oppervlak,kan afbeelden. Een en ander houdt in, dat het met decomptonterugstraaltechniek mogelijk is een dieptemetingvan een defect te realiseren.

9.8 Inspectie; het lezen van de filmDe films moeten worden 'gelezen' in een verduisterde ruimteop een doorlichtkast, waarvan het verlichte deel juist grootgenoeg is om de opname te bekijken. In verschillende codeskunnen de voorschriften voor het lezen worden gevonden.Het belangrijkste voorschrift volgt uit de relatie tussen dezwarting van de film en de vereiste maximale lichtsterktevan de lichtkast.Wanneer de film voldoet aan de gestelde beeldkwaliteits-waarde, bijvoorbeeld die van tabel 9.4, is de opname ge-slaagd en kan de film nader worden bestudeerd of, zoalsmen het in de praktijk noemt, gelezen door een voldoendopgeleide en gekwalificeerde inspecteur, die het certificaatvoor filmlezen van het SKO (zie ook hoofdstuk 13) in zijnbezit heeft.

Een inspecteur kan na de beoordeling van de radiografiealleen tot een goede interpretatie komen, als hij naast eenlangdurige ervaring in het 'lezen' beschikt over een gron-dige kennis van het onderzochte werkstuk, van het ge-bruikte materiaal en de toegepaste fabricageprocessen,zodat bekend is welke defecten kunnen worden verwacht.Een juiste interpretatie wordt voorts bevorderd door eengoede rapportage bij elke opname. Bij het lezen moet menbedacht zijn op valse indicaties, zogenaamde filmfouten.[Lit. 28] geeft hiervan een aantal voorbeelden en hun moge-lijke oorzaken. Bij de bestudering van een film kan de 'lezer'als vergelijkingsmaatstaf gebruikmaken van verschillendereferentiecollecties van fouten, die, behalve door typering,vaak door een indeling in klassen ook de ernst van de foutaangeven. Opgemerkt moet worden dat deze collecties opzich niet bedoeld zijn als norm voor het al of niet accepte-ren van een fout.

LasfoutenIn de praktijk wordt zeer veel gebruikgemaakt van de doorhet IIW samengestelde collecties van afbeeldingen van las-fouten die kunnen voorkomen in staal en in aluminium(le-geringen), waarop gegevens over de toegepaste radiogra-fische methode, de doorstraalde dikte, het materiaal, hetlasproces, de lasvorm, de laspositie en het type disconti-nuïteit als gasholten, slakinsluitsels, scheuren, onvolkomendoorlassing, bindingsfouten, randinkarteling en anderen. Inde collectie van 1977 is aan elke opname een schets vande aangetoonde fout(en) of een foto van een dwarsdoor-snede toegevoegd. Het bij de collectie behorende IIW-document 340 beschrijft alle mogelijke lasfouten.

GietfoutenOok voor het interpreteren van fouten in gietstukken bestaanvoor verschillende materialen en dikten referentiecollectiesmet voorbeelden van gasholten, zand- en slakinsluitsels,slinkholten, warm- en koudscheuren, niet versmolten kern-steunen en koudloop.

9.9 ToepassingenDe radiografische inspectie is een methode met een breedtoepassingsgebied. De meeste metalen, behalve die met eenzeer grote of geringe dichtheid, niet-metalen en composietenkunnen worden onderzocht. Vooral volumetrische foutenworden goed aangetoond, daarentegen is de mogelijkheidvan detectie van vlakke fouten matig en kan dit type bij eenongunstige aanstraalrichting worden gemist. Beperkingenvan de methode zijn meestal het gevolg van een voor hetonderzoek ongunstige geometrie, waardoor de gewensteopstelling niet kan worden gerealiseerd, of waarbij groteverschillen in dikte in het te doorstralen gedeelte voor kun-nen komen. Een andere beperking is van economischeaard. Het onderzoek is in het algemeen duur, vaak is 60%van de inspectietijd nodig voor het aanbrengen van de op-stelling en bij het onderzoek van dikke werkstukken is eenlangdurige belichtingstijd vereist. Naast het onderzoek vanbijvoorbeeld gietstukken en lasverbindingen, zijn tal vanspecifieke problemen met radiografie, soms met een aange-paste opstelling, oplosbaar. Gewezen kan worden op hetonderzoek van geïntegreerde schakelingen op breuk en oplosse contacten; op de inspectie van afgesloten systemen,bijvoorbeeld controle van het vloeistofniveau; breuk; hetontregeld zijn van instrumenten en het aantonen vanvreemde voorwerpen.

Veel toepassingen van radioactieve bronnen liggen op hetterrein van de meet- en regeltechniek. Hiervan kunnenworden genoemd: niveaudetectie, bijvoorbeeld bij de bepaling van de hoe-

veelheid vloeistof in een dichte tank; dichtheidsmetingen, onder andere toegepast bij transport-

systemen, waardoor verschillende vloeistoffen stromen; diktemeting. Veel toegepast bij het walsen van plaat,

voor diktemetingen van kunststoffolies, van papier entextiel. In vele gevallen worden de verkregen gegevensdirect gebruikt voor de sturing van het productieproces;

concentratiemetingen, onder andere toegepast bij zand-zuigers voor de bepaling van de verhouding water/zand;

rookdetectie. Gelet op het aantal in gebruik zijnde rook-melders een van de belangrijkste toepassingen. Deze ap-paraten voor brandpreventie komen in Nederland vooralin bedrijven voor. Hoewel de bronnen klein zijn, blijftoplettendheid met betrekking tot de veiligheid geboden;

meting van het vochtgehalte, bijvoorbeeld van de bodembij de aanleg van zandlichamen en in bunkers;

bepaling van de slijtage van de bemetseling in ovens.

Page 54: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

52

9.10 Digitale RadiografieInleidingZoals bij vele NDO-methoden heeft de introductie van micro-processors en computers ook bij radiografisch onderzoekgrote veranderingen teweeggebracht, zoals de eerder ge-noemde computertomografie (CT) en radioscopie. Dezemethoden konden alleen worden gerealiseerd, omdat tegen-woordig een snelle verwerking van de enorme hoeveelhe-den gegevens langs digitale weg mogelijk is.

Maar ook in toepassingen van industriële radiografie, waarnog gebruik wordt gemaakt van klassieke beeldvorming,heeft de computer zijn intrede gedaan. Daarbij vervangtdigitale radiografie enerzijds voor een deel de traditionelefilm, anderzijds heeft zij geleid tot nieuwe toepassingen.Een toenemend aantal standaards, normen en specificaties- essentieel voor industriële acceptatie - ondersteunen dezemarktontwikkeling.

Hoewel de primaire processen van digitale en filmradio-grafie erg verschillend zijn, lijkt het resultaat erg veel op el-kaar. De optische indruk van de verkregen beelden op filmof scherm zijn vrijwel identiek, zodat ervaren radiografenweinig moeite hebben om aan de nieuwe techniek te wen-nen. Voorts kunnen de verkregen beelden op identieke wij-ze als film worden geïnterpreteerd.

Voor de "filmloze" digitale radiografie worden twee tech-nieken gebruikt:1. radiografie met behulp van geheugenfosfor dragende

buigbare platen en computerverwerking, aangeduid metCR afgeleid van Computed Radiography;

2. radiografie met behulp van stralingsgevoelige starre pa-nelen met onmiddellijke beeldomzetting en computer-verwerking. Deze methode wordt aangeduid met DRafgeleid van Digital Radiography en wordt beschouwdals de enige ware (echte) digitale methode. Ook wordtonder DR nogal eens verstaan "directe radiografie".

Beide methoden hebben hun eigen specifieke eigenschap-pen, voor- en nadelen, sterke punten en beperkingen. Hier-mee dient rekening te worden gehouden bij de toepassingen de daaraan gestelde eisen (beeldkwaliteit), maar ook deeconomische aspecten, zoals investeringen, de noodzaakvan speciaal opgeleid personeel en de productie (het aantalopnamen die in een bepaalde tijd gemaakt kunnen worden)tellen mee.

Vergeleken met traditionele film zijn de voornaamste posi-tieve eigenschappen van digitale radiografie: kortere belichtingstijden, dus potentieel veiliger; snellere verwerking; geen chemicaliën nodig, dus geen milieuvervuiling; nauwelijks verbruiksmateriaal nodig, dus lagere operatio-

nele kosten; opnamemedia zoals platen en panelen kunnen veelvuldig

worden hergebruikt; een zeer groot dynamisch zwartingsbereik, dus minder

"overmakers".

Ondanks deze voordelen blijft de beeldkwaliteit van digitaleradiografie nog steeds iets achter bij die van de traditionelefijnkorrelige film. Voorts zijn de systeemkosten aanzienlijkhoger dan nodig voor de traditionele methode met gebruikvan film. Tenslotte zijn er nog enkele technische beperkin-gen, die later zullen worden toegelicht.

9.10.1 Digitalisering van radiografieënOmdat voor het digitaliseren van traditionele films deels de-zelfde technieken worden gebruikt (scannen, digitaliseren,werkstation) als bij digitale radiografie, past dit onderwerpgoed in dit hoofdstuk. De twee belangrijkste redenen omtraditionele films te digitaliseren zijn: opslag van de beelden en/of beeldbewerking.

Opslag en archivering van radiografische films die langs che-mische weg zijn ontwikkeld en gefixeerd vergt niet alleenspeciale opslagcondities maar ook veel ruimte.Digitalisering van deze films biedt hiervoor een uitstekend,vrijwel verouderingsvrij alternatief. Hiervoor is speciale digi-taliseringsapparatuur ontwikkeld, de zogenaamde "digitiser".De digitiser is in feite een uiterst snelle, computergestuurdescanner die de film beeldpunt voor beeldpunt in hoog tempovolgens een lijnenpatroon aftast (overeenkomstig de op-bouw van een TV-beeld) en daarbij de zwartingen meet,digitaliseert en opslaat. De film wordt afgetast met eenlaserstraal met een diameter van bijvoorbeeld 50 micron.Grovere (en daarmee snellere) aftasting, bijvoorbeeld met500 micron, is naar keuze in stappen instelbaar. De geme-ten waarden worden vergeleken met een geijkte zwarting-schaal en digitaal verwerkt.

Films met zwartingen tot ruim 4 kunnen worden gemeten,gedigitaliseerd met 12 bit (4096 grijstinten) en opgeslagen.Dit is equivalent met een zwartingsresolutie van ca. 0,001.De scanner deelt een groot deel van de techniek met deCR plaat scanner waarvan figuur 9.12 het meetprincipetoont. Bij de digitiser wordt de zwarting in transmissie ge-meten door gebruik te maken van een lichtbundel die ge-synchroniseerd is met een lichtdetector. Met zogenaamde"flat bed" scanners kunnen filmformaten met een maximalebreedte van 350 mm in één behandeling worden gedigita-liseerd. Zelfs bij de fijnste aftasting (50 micron) vergt eenfilm van ca. 350 x 430 mm slechts 2 minuten.Sommige digitisers (met speciale adapters) zijn geschiktvoor het verwerken van lintfilms met onbeperkte lengte.

Digitalisering van de film biedt naast compacte verouderings-vrije opslag ook de mogelijkheid om de filmbeelden te (her)-interpreteren op een beeldscherm met elektronische bewer-kingen zoals vergroten, contrastverbetering en ruisonder-drukking zoals ook voor de CR en DR methode wordt toe-gepast. Hiermee kunnen details zichtbaar worden gemaaktdie op de oorspronkelijke film met behulp van een klassiekedoorlichtkast niet zichtbaar zijn.

figuur 9.12 Principe van de CR plaatscanner

Page 55: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

53

Er zijn digitisers met zeer uiteenlopende resoluties, meet-bereiken en snelheden. Daarnaast zijn er uitvoeringen diespeciaal geschikt zijn om ook films met een zeer hogezwarting te scannen.

Voor gebruik onder laboratoriumomstandigheden bestaaner digitisers met een bundeldiameter van slechts 10 micron.Deze worden alleen gebruikt voor analyse en studiedoel-einden.

Afhankelijk van de gekozen zwartingsresolutie zijn er veleMega Bytes (MB's) per film vereist om het beeld op teslaan. Het is gebruikelijk om de beelden op te slaan opmassaopslagmedia zoals CD-ROM, DVD of blu-ray disk.

9.10.2 Computed Radiography (CR)Alternatief voor filmDigitale radiografie met gebruik van geheugenfosfor op pla-ten is een alternatief voor het gebruik van radiografischefilms met een middelfijne en grovere korrel. Deze CR tech-niek heeft, vergeleken met traditionele film, niet alleen eengroter dynamisch belichtingsbereik, maar is bovendien veelgevoeliger voor ioniserende straling, zie de figuren 9.16 en9.32. Het resultaat is kortere belichtingstijden en/of eenkleiner veiligheidsgebied (afzetting).

TweestapsprocesCR is een proces in twee stappen. Het beeld wordt niet di-rect gevormd, maar er is net zoals bij traditionele röntgen-film een tussenstap nodig. In plaats van het latente rönt-genbeeld in zilverhalogenidekristallen op te slaan en che-misch te ontwikkelen, wordt bij CR radiografie het latentebeeld eerst opgeslagen (de tussenstap) in een stralingsge-voelige fosforlaag (geheugenfosfor). Dit latente beeld wordtlater omgezet in licht (ontwikkeld) door middel van laser-stimulatie in een CR scanner, en vervolgens omgezet in eendigitaal (zwartings)beeld, dus het eigenlijke röntgenbeeld.

De CR plaatDe fijnkorrelige geheugenfosforlaag is op een buigbaretransparante drager aangebracht en voorzien van een be-schermlaag. Een extra laminaatlaag bepaalt vooral de me-chanische eigenschappen zoals buigzaamheid, die echtergeringer is dan bij een röntgenfilm.Figuur 9.13 toont de gelaagde opbouw van de plaat, diesoms ten onrechte scherm wordt genoemd.

N.B.: Schermen, bijvoorbeeld van lood, worden gebruiktom strooistraling te reduceren of effecten van straling juistte versterken.

figuur 9.13 Opbouw van de CR beeldplaat

Onder invloed van invallende straling op het geheugenfos-for raakt een deel van de fosforelektronen gevangen in eensemi-stabiele, maar hogere energietoestand. Dit is het latentebeeld. Deze toestand kan door stimulatie met een laser-straal worden opgeheven, waarbij zichtbaar licht vrijkomtdat wordt gemeten met een PMT (Photo Multiplier Tube).De golflengten van de laserstraal en van het opgewektelicht zijn uiteraard verschillend, om de twee soorten lichtte kunnen scheiden.

De CR scannerHet aftasten (ontwikkelen) van dit latente beeld vindt plaatsin een computergestuurde aftastinrichting (scanner) en dedaarmee gekoppelde PMT met elektronica die het analogesignaal omzet in een digitaal signaal. Het principe van ditproces in de CR plaatscanner (CR reader) toont figuur 9.12.

Zulke scanners bestaan in verschillende uitvoeringen. In demeest professionele scanners behoeft alleen de cassette teworden ingebracht. De (mansgrootte) machine doet verderalles automatisch, ook het openen van de cassette en hetuitnemen van de fosforplaat. Als het beeldomzettingspro-ces voltooid is, wordt het latente beeld van de plaat ge-wist. De cassette wordt daarna uitgeworpen en kan danopnieuw worden gebruikt.

In kleinere draagbare tafelmodelscanners, bedoeld voor ont-wikkelen op afgelegen locaties zoals offshore platforms,dient de CR beeldplaat met de hand uit de cassette te wor-den genomen, zoals figuur 9.14 toont, en in de scanner teworden geplaatst. Het nadeel hierbij is dat het gevaar voorbeschadiging van de platen groter wordt.De CR platen kunnen zonder nadelige gevolgen voor debeeldkwaliteit een paar minuten gedempt licht verdragen.Het afgetaste beeld wordt uiteindelijk zichtbaar gemaaktop het werkstation uitgerust met een beeldscherm metzeer hoge resolutie.

figuur 9.14 Geopende CR cassette

Evenals bij het digitaliseren van film wordt ook hier de be-lichte plaat volgens een lijnpatroon afgetast, overeenkom-stig de vorming van een TV-beeld. Afhankelijk van de ge-kozen lijnafstand, 50 of 100 micron, is de aftastsnelheidcirca 5 tot 10 mm per seconde.Dit komt overeen met de digitaliseringssnelheid van eentraditionele röntgenfilm.Net zo als in de automatische scanners wordt ook in dedraagbare CR scanners het latente beeld gewist, zodat daar-na onmiddellijk een nieuwe opname kan worden gemaakt.

De CR cassetteDe fosforplaat is enigszins buigbaar en kan, mits met zorgbehandeld, vele malen worden hergebruikt. Fosforplatenkunnen zonder en met schermen worden gebruikt. Speciaalvoor de NDO markt ontwikkelde cassettes hebben een in-gebouwd versterkingsscherm aan de belichtingszijde eneen tweede loodscherm aan de achterzijde om doorgelatenen strooistraling te absorberen. Voorts bevat dit type cas-sette een magneetplaat en een stalen plaat, waardoor hetgehele lagenpakket vlak en uniform wordt aangedrukt. Dittype cassettes is dan uiteraard niet meer buigbaar. Wel kun-nen zij vaker worden hergebruikt, omdat er geen buigingenen dus minder beschadigingen optreden. Figuur 9.15 toontde opbouw van een cassette voor industriële NDO toepas-singen.

Page 56: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

54

figuur 9.15 Opbouw CR cassette met geheugen fosforplaat:1=cassete voorzijde; 2=magneetplaat; 3=lood(versterkingsscherm); 4=CR beeldplaat; 5=lood(scherm); 6=stalen plaat; 7=cassette achterzijde

Zwartingsbereik - belichtingsbereikDe fosforkristallen op een CR plaat reageren vrijwel propor-tioneel (lineair) op de invallende straling. Bij een film metzilverhalogenidekristallen daarentegen is dit gedrag exponen-tieel. Het gevolg is dat een CR plaat een veel groter zwar-tingsbereik heeft dan een traditionele radiografische film,zoals figuur 9.16 toont, waardoor de belichtingstijd minderkritisch is. Dit leidt tot minder overmakers. Ook kunnenverschillende materiaaldikten tegelijk worden onderzocht.Dit grote zwartingsbereik kan ook nuttig zijn bij onderbe-lichting, die dan op het werkstation middels een gevoeligerinstelling kan worden gecompenseerd.Dit grote zwartingsbereik wordt goed geïllustreerd met fi-guur 9.17. Beide beelden zijn opgenomen aan een trappen-plaat met dikten in stappen oplopend van 5 naar 25 mm.Daarnaast is de gevoeligheid van een CR plaat vijf- à tien-maal hoger dan die van film. Vergelijk punt A en B in fi-guur 9.16 bij een zwarting van 2. Hierdoor zijn kortere be-lichtingstijden mogelijk, of kan met zwakkere bronnen ofbronnen met lagere hardheid worden gewerkt, hetgeenaantrekkelijk is uit het oogpunt van stralingsveiligheid.

figuur 9.16 Zwarting/Intensiteit versus stralingsdosis voorfilm en digitale methoden

Zo kan Iridium192 ondanks de lagere stralingshardheid insommige gevallen Cobalt60 vervangen. Dat vergt dan weleen langere belichtingstijd, met als gevolg meer strooistra-ling op de plaat en dus een lagere beeldkwaliteit. De alge-mene regel is: hoe korter de belichtingstijd, des te minderde strooistraling en des te beter de beeldkwaliteit.

N.B.: CR platen zijn gevoeliger voor strooistraling dan tra-ditionele film.

figuur 9.17 Dynamisch zwartingsbereik van film versus CRplaat (oorsprong BAM Berlijn)

BeeldverzwakkingNa de belichting verzwakt het latente beeld dat in het semi-stabiele fosfor (in gesloten cassette) is opgeslagen. Scannen(aftasten/ontwikkelen) binnen een uur na de belichting le-vert de beste resultaten op. Na 24 uur is ruwweg de helftvan de opgeslagen informatie verloren gegaan. Dit is sterkafhankelijk van de omgevingstemperatuur. Om vervagen tevoorkomen, wordt daarom aanbevolen met het scannenniet langer dan noodzakelijk te wachten. Als beeldverzwak-king door lange wachttijden wordt verwacht is het raad-zaam enige overbelichting toe te passen om dit effect tecompenseren.

Opname efficiëntieOm het gebruik van CR platen te optimaliseren bestaankleine (hand)programmeerterminals. Hiermee kunnen vóórhet belichten, ter plaatse van de opname, projectspecifiekeen belichtingsgegevens draadloos naar een chip op de CRcassette worden gezonden.Tijdens het scannen van de belichte plaat worden deze ge-gevens dan aan het beeld toegevoegd. Zodra de gegevensvan de chip en de plaat zijn gewist, is de cassette metplaat weer gereed voor een nieuwe opname.

Verbeteringen van de CR plaatAls gevolg van voortdurende verbeteringen is de relatievebeeldkwaliteit van de CR techniek (grotendeels bepaalddoor de korrelgrootte) inmiddels vergelijkbaar met die vanmiddelkorrelige traditionele film (zie figuur 9.32).Fijnkorrelige films hebben een korrelgrootte van enige mi-crons, bij de CR plaat is de grootte inmiddels teruggebrachttot circa 10 microns.

9.10.3 (Echte) Digitale Radiografie (DR)EenstapsprocesBij deze techniek wordt het beeld direct op het beeldscherm(van het werkstation) gevormd. Belichting en beeldvormingvinden praktisch gelijktijdig plaats, daarom wordt deze tech-niek ook wel directe radiografie genoemd. Er vindt geentussenstap plaats, zoals bij de CR methode. De stralings-intensiteit wordt door middel van een (vlakke en starre)paneeldetector of lijndetector (recht of gebogen) onmiddel-lijk omgezet in digitale informatie met gelijktijdige beeld-vorming op het beeldscherm van het werkstation.

Page 57: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

55

Daarom wordt DR dan ook als de enige "echte" vorm vandigitale radiografie beschouwd. Sommige systemen zijn zeersnel. Zij tonen direct, zonder enige vertraging, het röntgen-beeld tot wel 30 beelden per seconde, zoals ook het gevalis bij radioscopie. De onmiddellijke beschikbaarheid van debeelden biedt de mogelijkheid van snelle terugkoppelingnaar het fabricageproces, van groot belang als er systema-tisch productiefouten worden gemaakt, zodat dan het fa-bricageproces snel kan worden gecorrigeerd.

Detectoren voor DRVele materialen of combinaties ervan reageren op ioniseren-de straling. In het recente verleden zijn verschillende detec-tor typen geschikt gebleken voor toepassing bij het NDO.Vaak bepaald de toepassing welk type wordt gekozen.Detectoren worden verdeeld in: detectie methode: direct versus indirect; geometrie: lijndetector (ééndimensionaal) versus paneel-

detector (tweedimensionaal).

N.B.: Alle DR detectoren hebben vrijwel hetzelfde grotedynamische zwartingsbereik als CR platen.Directe versus indirecte detectoren

Bij directe detectoren gebruikmakend van CCD of CMOStechnologie wordt de invallende straling direct omgezetin een signaal en vervolgens onmiddellijk gedigitaliseerd. CCDen CMOS technologie komt voor in lijn- en paneeldetectoren.Bij indirecte detectoren is er een tussenstap (zonder merkbaartijdverlies) vóór digitalisering van het signaal plaatsvindt.

LijndetectorenLijndetectoren worden gebruikt als het te onderzoeken ob-ject beweegt (of andersom) en daardoor een tweedimensi-onaal beeld kan worden gevormd, zoals bij inspectie vanbagage op vliegvelden gebruikelijk is.Lijndetectoren bevatten een groot aantal kleine detector-elementen (meestal ook pixels genoemd) en komen voor inverschillende lengten tot meer dan een meter (zie figuur 9.18).Bijvoorbeeld een lijndetector met een lengte van 600 mmbevat 7500 detectorelementen (met pixels van 80 micron).In korte lijndetectoren worden elementen van 50 microntoegepast. Lijndetectoren kunnen in vrijwel elke vormworden gemaakt.

figuur 9.18 Lijndetector

Lijndetectoren worden soms ook gebruikt (als de normenhet toestaan) in inspectiesystemen voor het snel onderzoe-ken van rondlassen tijdens de fabricage van pijpleidingen.Figuur 9.19 toont de scanner van zo'n inspectiesysteem.

PaneeldetectorenBij indirecte detectoren is er een elektronische, uiterst snelletussenstap voor digitalisering plaatsvindt. Dit laatste is hetgeval bij detectoren die gebaseerd zijn op amorf siliciumen een scintillatie detector in combinatie met snelle foto-diodes. Deze componenten zijn samengevoegd tot één

geheel en vormen het detectorpaneel. Figuur 9.20 toontzo'n paneel met afmetingen van 400×400 mm.

figuur 9.19 Lasonderzoek met CMOS lijndetector (foto EnvisionUSA)

figuur 9.20 Amorf silicium paneeldetector (foto GE InspectionTechnologies)

Paneeldetectoren gebaseerd op amorf silicium bestaan inverschillende afmetingen.Detectoren gebruik makend van CMOS detectie elementen(pixels) bestaan eveneens in verschillende afmetingen totwel 600×1200 mm en kunnen zelfs op maat worden ge-maakt. Paneeldetectoren zijn via een kabel met een werk-station verbonden voor zowel het besturen als het uitlezenvan het paneel. Er zijn verscheidene leveranciers/fabrikantenvan DR paneeldetectoren. Zij leveren panelen met uiteen-lopende aantallen pixels (beeldpunten) en resoluties (op-lossend vermogen).

Hoe meer pixels des te hoger de resolutie. Een groot paneelbestaat derhalve uit vele miljoenen pixels, afhankelijk vande paneelgrootte en de pixelafmetingen. De keuze van hetsoort paneel wordt mede beïnvloed door de zogenaamde"fill factor" (zie figuur 9.21), de pakkingsdichtheid van deindividuele elementen (pixels). Een hoge pakkingsdichtheid(relatief groot actief gedeelte van het paneel) is gunstigvoor de potentiële (beeld)resolutie. Ook de temperatuurs-gevoeligheid kan een rol spelen bij de keuze van het typedetector.

Paneeldetectoren bestaan voor het stralingsgebied van20 kV tot 20 MeV. Hoewel bruikbaar over een groot stra-lingsbereik (hardheid) werkt geen enkel type detectorefficiënt over het hele voornoemde stralingsgebied.Afhankelijk van het toepassingsgebied (hardheid straling)dient de detector te worden gekozen.

Page 58: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

56

laag hoogfiguur 9.21 Pakkingsdichtheid (fill factor)

BeperkingenZoals de praktijk heeft aangetoond is DR een zeer bruik-bare aanvulling op de beschikbare methoden voor hetmaken van radiografische opnamen. Er zijn echter ookenige beperkingen: DR panelen kunnen jaren achtereen continu worden ge-

bruikt bij massafabricageprocessen.De levensduur vanvooral indirecte paneeldetectoren wordt echter beperktdoor een combinatie van de totale hoeveelheid straling,het dosistempo en de hardheid van de straling, dus afhan-kelijk van de praktische omstandigheden. De panelenzijn minder tolerant voor harde dan voor zachte straling.

het is bij de miljoenen pixels waaruit een DR paneel isopgebouwd "normaal" dat op den duur enige pixelsuitvallen, zogenaamde dode pixels. Dit is aan eenmaximum gebonden (gespecificeerd in normen). Eenervaren DR filmlezer is door patroonherkenning instaat om valse indicaties tengevolge van dode pixelste onderscheiden van echte in een component voor-komende afwijkingen. Bovendien is de filmlezer op dehoogte van de (vaste) plaats van de dode pixels.

indirecte DR panelen hebben last van zogenaamd "nalich-ten". Dit is het gevolg van hysteresis van de scintillatie-laag na het maken van de opname. Het nalichten neemtmaar langzaam af, in het bijzonder na opnamen waarbijeen hoge stralingshardheid werd gebruikt. Dit verschijn-sel leidt tot een dode tijd, uiteenlopend van enige secon-den tot enige minuten afhankelijk van de gebruikte hard-heid, waarbinnen het paneel niet kan worden hergebruikt.

Stralingsenergie (hardheid)Voor het verkrijgen van de beste opname dient de stralings-energie zo laag mogelijk te zijn. Dit geldt voor traditionelefilm en ook voor het maken digitale radiografieën.Figuur 9.22, ontleend aan EN 14784-2, toont de optimalestralingsenergiën voor verschillende materialen en wand-dikten.

9.10.4 BeeldkwaliteitOptische resolutieOptische resolutie wordt gedefinieerd als de kleinste af-stand tussen twee objecten die door het menselijk oog kanworden waargenomen. Om het moeilijk te kwantificerenonderscheidend vermogen van het menselijk oog te bepalenis een objectieve methode nodig.Resolutie is afhankelijk van contrast (grijstinten) en afstand.Zij wordt daarom uitgedrukt in het aantal lijnparen per mmdat kan worden onderscheiden (zie figuur 9.23).

BeeldkwaliteitskwalificatieBeeldkwaliteit is het totale resultaat van resolutie, contrasten ruis. Traditionele radiografische film heeft een extreemhoge intrinsieke resolutie als gevolg van de kleine afmetin-gen van de stralingsgevoelige korrels (enige microns). Deresolutie van het resulterende beeld is aanzienlijk beter danhet menselijk oog kan waarnemen. Daarom is het gebruikvan beeldkwaliteitindicatoren (BKI's) een afdoend hulpmid-del om aan de industriële eisen voor het bepalen van reso-lutie en beeldkwaliteit te voldoen. Er is bij films dan ookgeen behoefte aan extra controlehulpmiddelen.

figuur 9.22 Optimale stralingsenergie voor verschillendematerialen en wanddikten

figuur 9.23 Resolutie, lijnparen per mm

Bij digitale radiografie (CR en DR), met haar beduidendslechtere intrinsieke resolutie, is de situatie echter anders.Om het juiste digitale systeem te kunnen kiezen of aan-schaffen is extra informatie nodig die aangeeft (kwantifi-ceert) wat de vereiste resolutie is of moet zijn. Voor opti-sche systemen bestaan methoden voor kwantificeren vande resolutie. Deze zijn echter nog niet geheel aangepastaan de specifieke omstandigheden die gelden bij digitaleradiografie. Fabrikanten hebben daarom de begrippen MTFen DQE ingevoerd.

Bepalen oplossend vermogen (resolutie) van een opnameVoor het bepalen van de beeldkwaliteit van digitale opna-men zijn evenals bij radioscopie twee beeldkwaliteitindica-toren (BKI's) voorgeschreven. Eén voor het bepalen van hetcontrast en één zogenaamde duplex BKI voor het bepalenvan het oplossend vermogen.Om de beeldresolutie te bepalen is een scan nodig over delocatie op de film waar de afbeelding van de duplex BKIaanwezig is, zoals figuur 9.24 toont. De hieruit ontstaneanaloge grafiek toont de naast elkaar gelegen draden afzon-derlijk. De beeldkwaliteit wordt nu bepaald door de dunstetwee draden die zodanig van elkaar gescheiden zijn dat degeregistreerde amplitudes (bij lineaire presentatie) juist 20%of meer dip vertonen (dan worden zij zichtbaar geacht),zoals geïllustreerd in figuur 9.24.

Omdat het digitale beeld is opgebouwd uit vele pixels dieeen lijnvormig beeld vormen, dient om interferentie en Moiréeffecten te voorkomen de duplex BKI tijdens de opnameongeveer 5º verdraaid (voorgeschreven in EN 14784-1) ophet werkstuk te liggen zoals figuur 9.25 toont.

Kwaliteitsfactoren bij CR- en DR radiografieDrie factoren beïnvloeden de uiteindelijke beeldkwaliteitvan een digitale radiografie:1. belichtingscondities;2. effectiviteit van de detector;3. de eigenschappen van het digitale systeem.

Bestaande definities voor het kwantificeren van de presta-ties van digitale technieken, zowel detector als het systeem,voldoen niet.

Page 59: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

57

figuur 9.24 Bepaling oplossend vermogen/resolutie van een digitale röntgenopname

figuur 9.25 CR opname van een las met 5º verdraaide duplexBKI

Om toch informatie over de prestatie te verschaffen zijnfabrikanten van CR- en DR systemen er toe overgegaan,vooruitlopend op nog te verschijnen normen, om metho-den en definities te gebruiken die bij andere technischedisciplines worden toegepast. Hierbij worden de uit hetengels afgeleide en afgekorte begrippen MTF en DQEgebruikt. Hierbij is vertaald: MTF een afkorting voor Modulatie Transfer Functie; DQE een afkorting voor Defectieve Quantum Efficiëntie.

MTF (Modulatie Transfer Functie)Geen enkel beeldvormend systeem is perfect. Eén duide-lijke tekortkoming - cruciaal voor radiografie - is verminde-ring van scherpte en contrasttransmissie door de gehelesysteemketen. De wetenschappelijke manier om het vermo-gen van weergave (transmissie) te kwantificeren is de MTF.MTF karakteriseert de onscherpte die het systeem toevoegtaan het oorspronkelijke beeld (signaal). Dus het geeft devervorming aan van scherpte en contrast.Figuur 9.26 toont het effect van mogelijke signaalvervor-ming van een oorspronkelijk perfect signaal (vierkantsgolf -ideaal zwart/wit signaal) na passage van het digitale systeem.Het bovenste signaal is het resultaat van een systeem meteen MTF van 1.0 (100%). Het onderste signaal toont devervorming als gevolg van een minder hoge MTF. De MTFwaarde geeft aan in welke mate het systeem de oorspron-kelijke opname zal vervormen.

figuur 9.26 MTF en signaalvervorming

Page 60: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

58

slec

hter

Elke onderdeel van een beeldvormende keten heeft een in-dividuele MTF waarde. De MTF van een geheel systeem ishet product van alle individuele waarden. De laagste indi-viduele MTF waarde in de keten bepaalt dus in grote matede systeemwaarde. Dit wordt geïllustreerd in figuur 9.27.Een oorspronkelijk perfect signaal van een kleine afwijkingwordt door de opeenvolgende stappen in het proces steedsverder vervormd tot tenslotte een vaag beeld overblijft.

figuur 9.27 Stapsgewijze toenemende beeldvervorming

Dit betekent dat materiaalafwijkingen het gemakkelijkst kun-nen worden herkend bij een systeem met een hoge MTFwaarde. De MTF waarde van een systeem moet dan ookzodanig zijn dat de meest eisende toepassing mogelijk is.

DQE (Defectieve Quantum Efficiëntie)Net zoals het moeilijk is een detail op een afbeelding teonderscheiden onder slechte lichtcondities is het moeilijkeen defect te herkennen in een slechte (onderbelichte)vage opname met veel ruis. Het effect van verschillendegradaties van contrast en ruis toont figuur 9.28.

beter

figuur 9.28 Effect van ruis en onscherpte/contrast

De eigenlijke opname speelt hierbij een grote rol. Bij het op-nameproces gaat al een deel van de informatie verloren.De detector detecteert niet alle invallende straling, dus eendeel van de informatie gaat verloren in het primaire proces.Het begrip DQE is ingevoerd om dit verlies te kwantificeren.

Dus de DQE waarde geeft aan in hoeverre het detector-systeem in staat is om de informatie die aanwezig is in deinvallende straling om te zetten in een zo natuurgetrouwmogelijk beeld. Dit verlies vindt ook plaats bij een traditio-nele röntgenfilmopname.Een perfecte detector heeft een DQE waarde van 100%(1,0). Een slechte detector heeft een waarde die dichtbijnul ligt. In de praktijk lopen de DQE waarden van detector-systemen uiteen van 0,1 tot 0,9. De stralingsdosis en be-lichtingstijd spelen hierbij een belangrijke rol.Bijvoorbeeld: Bij twee detectoren met verschillende DQE'szal bij een gelijke stralingsdosis de detector met de hoogsteDQE het beste beeld opleveren (het minst vervormde sig-

naal). Dezelfde beeldkwaliteit kan echter ook worden ver-kregen indien bij de detector met de lage DQE een hogeredosis wordt toegepast. Dit effect wordt geïllustreerd in fi-guur 9.29. Meerdere opnamen reduceren de ruis. Bij de pijlin figuur 9.29b is de afwijking duidelijker zichtbaar.

a) DR beeld 1 opname

b) DR beeld 16 opnamen

figuur 9.29 Effect van stralingsdosis op beeldruis

N.B.: MTF en DQE worden gebruikt om detectoren en sys-temen te karakteriseren. Deze begrippen zijn nogal abstract.Hoewel nuttig ook bij het kiezen/kopen van een systeemvoor een bepaalde applicatie, in de praktijk vervangen zijniet de (in normen voorgeschreven) duplex BKI als uitein-delijk middel voor de bepaling van de beeldkwaliteit bij CRen DR toepassingen.BeeldresolutieResolutie (oplossend vermogen) is een uiterst belangrijk on-derdeel van digitale radiografie. Niet alleen is het van belangbij het verwerken van de gegevens door het systeem maarook voor de uiteindelijke kwaliteit van de gepresenteerderesultaten: dus de röntgenbeelden. Het oplossend vermo-gen (resolutie) wordt bepaald door het aantal bits waar-mee een oorspronkelijk analoog signaal wordt omgezet(gedigitaliseerd), verwerkt, gepresenteerd en opgeslagen.

Twee factoren (resoluties) zijn hierbij belangrijk: diepte (amplitude) resolutie: het aantal grijstinten waar-

mee een beeld wordt gevormd; laterale beeldresolutie: de pixelafmetingen in het platte

vlak van de detector en beeldscherm.

Grijstinten - aantal bitsGrijstinten (diepteresolutie) worden in het algemeen opge-slagen met 12 bits (212), overeenkomend met 4096 niveaus.Indien 4096 wordt gedeeld door 1000 komt dit overeenmet zwarting 4, een gebruikelijke (maximale) waarde bijtraditionele radiografie.

Page 61: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

59

Het effect van het aantal bits wordt geïllustreerd in figuur 9.30.Deze figuur toont respectievelijk de beelden bij 1 bit (21) mettwee grijstinten, 2 bit (22) met 4 grijstinten en 12 bit (212)met ruimschoots genoeg grijstinten om details in het beeld tekunnen herkennen, zelfs meer dan het menselijk oog kan zien.

Laterale beeldresolutie - aantal pixelsDe laterale resolutie (in het platte vlak) wordt bepaald doorhet aantal pixels van de detector en het beeldscherm, van-daar dat aan beide hoge eisen kunnen worden gesteld. Heteffect van het aantal pixels wordt getoond in figuur 9.31.Met de toename van het aantal pixels neemt de leesbaar-heid toe, dus ook de foutherkenning in het röntgenbeeld.Daarom dient de kwaliteit van de apparatuur beter te zijndan de aan de opname gestelde eisen. Zou dat niet zo zijn,dan zou, ondanks dat de eigenlijke opname aan alle eisenvoldoet, het uiteindelijke beeld onvoldoende kwaliteit toont.

figuur 9.31 Effect van het aantal pixels op de "leesbaarheid"

Vergelijking van film, de CR en de DR methodeDe keuze tussen één van de drie methoden (traditionelefilm, CR of DR) wordt in de eerste plaats bepaald door devereiste beeldkwaliteit. Voor de beide digitale methodenworden, zoals hiervoor al beschreven, dezelfde BKI's ge-bruikt als bij traditionele film om het opnameproces en hetuiteindelijke beeld te controleren en te beoordelen. De be-langrijkste parameters om de methoden te vergelijken zijnsnelheid (vereiste stralingsdosis om een goed beeld te ver-krijgen) en beeldkwaliteit (ruis, resolutie, contrast). Figuur9.32 illustreert grafisch de relatieve beeldkwaliteit en snel-heid (gevoeligheid) van de drie methoden.

Deze overzichtsgrafiek toont dat de beste beeldkwaliteit(beste BKI-herkenbaarheid) die met CR platen kan wordenverkregen overeenkomt met middelfijnkorrelige film (verge-lijk punt A met B), maar CR is circa 5 maal sneller dan film.Op punt C is de kwaliteit van CR minder goed dan die vangrofkorrelige film, maar de snelheid is dan zelfs circa 10maal hoger vergeleken met punt B. RCF-films (rapid cyclefilm) die 5 á 10× sneller zijn dan D7-film passen in het-zelfde gebied van de overzichtsgrafiek.

figuur 9.32 Relatieve beeldkwaliteit en gevoeligheid van film,CR en DR (oorsprong: GE Inspection Technologies)

De lijn voor DR panelen is gebaseerd op de resultaten ver-kregen met detectoren met verschillende pixelafmetingen(25 tot 400 micron). De hoogste kwaliteit die met DR pa-nelen kan worden verkregen, benadert de fijnkorreligeD3-film (vergelijk punt D met E).

De grafiek toont voorts dat de snelheid van DR panelenveel hoger is dan die van D-films.Afhankelijk van de vereiste beeldkwaliteit is de belichtings-tijd ten minste een factor 20 korter (punt D ten opzichtevan E) en ruwweg een factor 200 korter (punt F ten op-zichte van E), maar met een veel geringere beeldkwaliteit.Ook toont de grafiek het werkgebied van ware/echte ra-dioscopie - directe radiografie - bij zeer lage stralingsdoses,doch ook dit gaat ten koste van beeldkwaliteit.

9.10.5 Status van de regelgeving voor CR en DRVoor het toepassen van elke, dus ook nieuwe NDO-methode,is het essentieel dat er normen, standaards, specificaties,enz. bestaan. Zonder regelgeving/voorschriften is industriëletoepassing van iets nieuws nauwelijks mogelijk. Helaas pastdigitale radiografie niet in de bestaande (EN) regelgeving,omdat die techniek vele jaren geleden niet was voorzien.Nieuwe regelgeving loopt altijd achter op (NDO) ontwikke-lingen. Bovendien duurt het vaak erg lang voor werkgroe-pen/commissies en autoriteiten nieuwe regels uitgeven, zo-iets kan jaren vergen. Men begint immers pas met het op-stellen van regels als een nieuwe techniek al enigszinsheeft bewezen dat het een technisch en economisch waar-devolle aanvulling is op de bestaande methoden. Dit goldook voor digitale radiografie.

Voor CR, al enige jaren op de markt, bestaat inmiddelsenige EN regelgeving met betrekking tot de apparatuur enhulpmiddelen (de hardware). Ook voor beperkt gebruik zijner inmiddels regels.

1 bit 2 bits 12 bits

figuur 9.30 Effect van diepteresolutie - aantal bits voor grijstinten

Page 62: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

60

Voor het onderzoek aan lassen bestaan er nog geen EN do-cumenten. Wel zijn er inmiddels (2008) enige instanties(ISO, API, DNV en ASME) die voorschriften uitgeven waar-bij onderzoek aan lassen, zoals bijvoorbeeld rondlassen inpijpleidingen, is toegestaan.

Voor DR bestaan alleen voorschriften voor de apparatuuren hulpmiddelen, voor de toepassing bestaat nog niets, ditremt vanzelfsprekend de toepassing van deze veelbeloven-de methode. Wel zijn er vele bedrijven die volgens eigenregels deze methode toepassen.

Bovendien bestaat er regelgeving die gericht is op de mo-gelijkheid om onderling digitale gegevens uit te wisselen,en - uiterst belangrijk - zijn er strenge regels op het gebiedvan databehandeling, opslag, interpretatie en rapportage,hetgeen moet voorkomen dat er met data wordt geknoeid.

9.10.6 Keuze tussen de CR en DR methodeBij radiografie, evenals in andere NDO gebieden, bestaat ergeen methode die alle doelen dient. De uiteindelijke keuzevan de methode wordt bepaald door een aantal factorenzoals: afmetingen van het object, geometrie, aantallen, vereiste

productiesnelheid; locatie/toegankelijkheid, logistieke condities, veiligheid,

milieueisen, personeelseisen; beeldkwaliteit en vaak ook de gewenste buigzaamheid

van de film/detector.

Met de CR platen gebaseerd op geheugenfosfor is de om-zetting van straling naar beeld een tweestapsproces. DeDR methode echter toont onmiddellijk, zonder vertragingof binnen enkele seconden, een beeld op het scherm vanhet ontwikkel/werkstation. Dat maakt DR zo aantrekkelijkvoor stationaire toepassingen en vol-geautomatiseerdeproductieprocessen.

Voor ambulant gebruik zijn weer andere factoren van be-lang. DR kan, in combinatie met de goede opnameparame-ters, een hogere beeldkwaliteit bieden dan CR. DR panelenzijn echter kwetsbaarder dan CR platen en daarom mindergeschikt voor ambulant gebruik in het veld. Voorts zijn depanelen door hun dikte minder geschikt om in zeer beperkteruimten (bijv. tussen pijpenbundels) te worden toegepast.Ook zijn DR panelen niet vervormbaar, wat voor een goedeopname soms wel noodzakelijk is.

Daarnaast zijn DR panelen aanzienlijk duurder dan CR platen.De investeringen in elektronica zijn vergelijkbaar, maar eenDR paneel is ruwweg 200× zo duur als een CR plaat.Daarom vergt de keuze tussen een van de methoden eenzorgvuldige berekening van de kosten per opname, inclu-sief afschrijving en onderhoudskosten. Tenslotte speeltnog een ander uiterst belangrijk aspect een rol: dat is hetbestaan of ontbreken van regelgeving/specificaties.

9.10.7 Toepassingen van de CR en DR methodeCR toepassingenVoor bepaalde toepassingen, waar enige concessies aande beeldkwaliteit kunnen worden gedaan en normaal eenminder fijnkorrelige film zou voldoen, is de CR techniekeen uitstekende vervanging.

Toepassingen zijn bijvoorbeeld on-stream opnamen (ookwel profiel radiografie genoemd) meestal in combinatiemet isotopen om inwendige corrosie in pijpen te detecte-ren (zie figuur 9.33) en detectie van inwendige en/of uit-wendige corrosie van thermisch geïsoleerde pijpen (zie fi-guur 9.34).Voor het on-stream bepalen van de wanddikte van (geïso-leerde) pijpen worden de zogenaamde projectie- (schaduw)en tangentiaalmethode gebruikt. De kortere belichtingstijd(factor 5 á 10) of de mogelijkheid om zwakkere bronnen ofbronnen met een lagere energie te gebruiken (dus kleiner afte zetten veiligheidsgebied) geven dan de doorslag in hetbijzonder bij petrochemische bedrijven en offshore plat-forms met vaak andere technici in de nabije omgeving.

figuur 9.33 CR opname van een pijp met gemerkte gebiedenvoor wanddiktemetingen

figuur 9.34 CR opname van thermisch geïsoleerde pijp

Bij offshore toepassingen geldt dan ook nog dat een lagerstralingsniveau gunstig is omdat dan niveaumeters - vaakgebruikmakend van zwakke isotopen - minder worden ver-stoord. Voor de gegeven voorbeelden van on-stream opna-men hoeven de CR platen meestal niet te worden gebogenen kunnen cassettes worden gebruikt, hetgeen de levens-duur van de platen aanzienlijk verlengt.

Page 63: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

61

Ook is de CR techniek zeer geschikt voor detectie en kwan-tificering van aangroeiingen (scaling) en verstoppingen, als-mede onderzoek aan beton en gietstukken, dus opnamenwaaraan niet zulke hoge beeldkwaliteitseisen worden gesteld.

Voorts is CR zeer geschikt voor het detecteren van ero-sie/corrosie in of net naast de doorlassing aan de binnen-zijde van de pijp, de zogenaamde "rooterosie/rootcorrosie".

CR lasonderzoekHoewel van de traditionele röntgenfilm de beeldkwaliteitnog steeds beter is dan met de CR techniek te behalen re-sultaten, wordt CR onder bepaalde voorwaarden al gebruiktvoor lasonderzoek (figuur 9.19 toont een scanner met lijn-detector). Figuur 9.35 toont een CR opname van een vlakkelas met langsfouten.

figuur 9.35 CR opname van een las met langsfouten(oorsprong: Oceaneering Inspection Division)

DR toepassingenVoor veldopnamen met een DR systeem moet de omvang-rijke bedieningselektronica naar de opname locatie wordengebracht, omdat het DR paneel met een kabel (met beperktelengte) met de elektronica verbonden is. Bij CR of traditio-nele film is dat anders, daar volstaat het de opname te ma-ken zonder bijbehorende bedienings- of ontwikkelvoorzie-ningen. Het ontwikkelen van de film- of CR beelden kan opeen geschikte(r) plaats worden uitgevoerd.

Bovendien is de gecompliceerde DR paneeldetector zeerkwetsbaar, hetgeen niet geldt voor film en CR plaat. Daar-om is DR minder geschikt voor ambulant veldgebruik. Voortsbiedt de DR techniek, hoewel beter dan CR, nog steeds(2008) niet dezelfde hoge beeldkwaliteit als die met fijn-korrelige röntgenfilm kan worden verkregen. DR is daarom(nog) niet in staat traditionele fijnkorrelige film te vervan-gen voor toepassingen waar de hoogst mogelijke resolutieis vereist, zoals lasonderzoek.

Een economisch verantwoorde keuze van de DR methodewordt voor een belangrijk deel bepaald door de vereistebeeldkwaliteit volgens de norm (of interne bedrijfsspecifi-caties) en het aantal te inspecteren producten in een gege-ven tijd. Dus de inspectiekosten per component, rekeninghoudend met de afschrijving en onderhoudskosten van hetsysteem, bepalen de keuze. DR detectoren met een hogeresolutie komen daarom het meest tot hun recht in een sta-tionaire opstelling in volcontinue geautomatiseerde produc-tielijnen waar grote aantallen precisieonderdelen moetenworden gecontroleerd met de hoogst mogelijke snelheid(aantallen), in combinatie met de laagst mogelijke hoeveel-heid straling.

Levensduur van CR platen en DR panelenDe levensduur van CR platen wordt vooral door het gebruikbeperkt. Indien met de nodige voorzichtigheid behandeld,zijn CR platen in buigbare kunststof cassettes tot wel1000× te hergebruiken. Indien de speciale NDO cassettesworden gebruikt, zoals getoond in figuur 9.15, dan zijn zijenige duizenden keren te hergebruiken.

Bij DR panelen wordt de levensduur beperkt door de ge-accumuleerde straling. DR panelen kunnen soms wel mil-joenen keren worden gebruikt, dit is afhankelijk van de toe-passing. Dus het aantal opnamen dat gemaakt kan wordenbepaalt of de kosten per opname lager zijn dan de alterna-tieven, zoals CR platen of traditionele film.

9.10.8 Werkstation en softwareHet werkstation moet bestaan uit een zeer krachtige com-puter en een scherm met zeer hoge resolutie om gedigita-liseerde films, CR en DR opnamen te kunnen presenterenen bewerken.Het aantal pixels van het beeldscherm moet minstens deresolutie van de gemaakte opnamen overtreffen.

Radiografische opnamen bevatten meer informatie dan hetmenselijk oog kan onderscheiden. Daarom is een werksta-tion uitgerust met specifieke software om beeldbewerkingmogelijk te maken. Röntgenopnamen kunnen daarmee opzeer uiteenlopende wijze worden bewerkt en gemanipu-leerd, zoals helderheid, contrast, scherpte, ruisonderdruk-king, rotatie, inversie, vergroting, enz. Op deze manierkunnen details zichtbaar worden gemaakt of kan het beeldworden verbeterd. Omdat dit ook mogelijkheden biedt voorvervalsingen, zijn procedures vereist om dit te voorkomen.Figuur 9.36 toont het resultaat van contrastverbetering.De afwijking op de film is bij het rechtse beeld (zie pijl)duidelijker zichtbaar.

figuur 9.36 Contrastverbetering

Figuur 9.37 toont het effect van beeldverbetering door con-trastverhoging en vervolgens verscherping. De beeldverbete-ring maakt het binnenste van een klep duidelijker zichtbaar.

Page 64: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

62

origineel verhoogd contrast verscherpt

figuur 9.37 Beeldverbetering door contrastverhoging en verscherping

Deze beelden tonen aan dat de oorspronkelijke opname zo-danig kan worden verbeterd, dat details voor het menselijkoog zichtbaar kunnen worden gemaakt, hetgeen voor deverbetering niet of nauwelijks het geval was.Op het werkstation kunnen de beelden worden verbeterdzoals de figuren 9.36 en 9.37 tonen, maar werkstationsbieden naast deze mogelijkheden ook faciliteiten om hetbeeld zodanig te presenteren, dat details zichtbaar kunnenworden gemaakt door het zwartingsgebied te kiezen enhet zwartingbereik daarvan in te stellen.

Figuur 9.38 toont grafisch het effect van deze flexibeleinstelmogelijkheden om een gebied van de opname naderte interpreteren. De Z-vormige grafiek kan over een grootzwartingsgebied worden verschoven, ook kan de steilheidvan de hellingshoek worden gewijzigd. De positie van hetwerkpunt bepaalt de helderheid van het verkregen beeld.In dit voorbeeld komen 16 grijstinten van de opname(radiografie) overeen met 1 grijstint op het beeldscherm.Deze verhouding kan ook op "1 op 1" worden ingesteld.

figuur 9.38 Flexibiliteit van gegevenspresentatie

Naast de eerder genoemde beeldverbeteringsalgorithmenen presentatiemogelijkheden zijn er ook programma's ont-wikkeld om (delen) van beelden met elkaar te vergelijken,bijvoorbeeld om na te gaan of zij voldoen aan bepaaldecriteria, of om afmetingen (dikte) te bepalen, zoals bij decontrole van wanddikten van gietproducten of het bepalenvan de restwanddikte aan de hand van on-stream opna-men. Ook het meten van de grootte van gebieden met af-wijkingen (het planimetreren) en het bepalen van beeldsta-tistieken behoort tot de mogelijkheden.

Het bewerkte beeld met eventuele vergrotingsdetails eninterpretatienotities met de gegevens over de beeldbewer-kingsparameters (vergrotingsfactor, contrastinstelling, toe-gepaste filters, enz.) kan worden opgeslagen doch ALTIJDvergezeld van de oorspronkelijke onbewerkte opname om"beeldmanipulatie" te voorkomen.

Opslag van de röntgenbeelden kan op vrijwel alle massaop-slagmedia plaats vinden. Massaopslagmedia van vele GB's(Giga Bytes) zijn nodig om grote aantallen röntgenbeeldenmet hoge resolutie op te kunnen slaan. Een enkel beeldvan een 400×400 mm DR paneel met pixelafmetingenvan 50 micron vereist een opslagruimte van 120 MB.Eenzelfde opname met pixelafmetingen van 100 micronvergt "slechts" 30 MB. Vanaf het werkstation kunnen debeelden elektronisch (eventueel beveiligd) over grote af-standen worden verzonden via internet, intranet of draad-loos. Deze kunnen dan worden bekeken, geïnterpreteerd ofopgeslagen door gebruikers met identieke satellietwerksta-tions. Op deze manier worden de beelden naar de expertsgestuurd in plaats van andersom, hetgeen vaak efficiënter is.Kopieën van digitale beelden zijn altijd volkomen identiekaan het origineel. De vele, en nog steeds toenemende,softwaremogelijkheden en het (gelijktijdig) interpreteren opver uiteen gelegen plaatsen stimuleren de toepassing vandigitale radiografie aanzienlijk.

Figuur 9.39 toont het blokschema van de verschillendecomponenten waaruit een compleet systeem voor digitaleradiografie kan zijn opgebouwd.

figuur 9.39 Blokschema van een compleet digitaal werkstation

Page 65: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

63

Hoofdstuk 10Thermische inspectiemethoden

10.1 InleidingThermische inspectie omvat die onderzoekmethoden waar-mee, door gebruik te maken van de warmtegeleiding in eenlichaam of van de door een lichaam uitgezonden infrarodestraling, temperaturen en temperatuurverdelingen kunnenworden bepaald.Afhankelijk van het doel van de inspectie kan een onder-scheid worden gemaakt in: thermografie, waarmee een registratie mogelijk is van

warmtebeelden of thermogrammen met patronen vanoppervlaktetemperaturen;

thermometrie, waarmee vooral plaatselijk temperaturenworden gemeten.

Bij het NDO worden de thermografische methoden, waar-voor onder meer zeer geavanceerde infraroodcamera's be-schikbaar zijn, het meest toegepast. Met deze techniekenkunnen materiaalfouten en ongewenste warmteverdelingenin constructies tijdens bedrijf (in de petrochemische indus-trie, in een kernreactor, in de elektriciteitsvoorziening en ingebouwen) worden aangetoond. In de praktijk meet menmeestal verschillen in oppervlaktetemperaturen en zijn (nauw-keurige) temperatuurmetingen minder vaak noodzakelijk.

Thermografie geeft een goed resultaat bij het onderzoekvan composieten, plastics, honingraatconstructies, diëlek-trische stoffen en isolatiematerialen. Voor het opsporen vanmateriaalfouten in metalen is tot nu toe de methode alleengeschikt gebleken bij voorwerpen met een geringe dikte.Voor foutdetectie kan zo nodig gebruik worden gemaaktvan een externe warmtebron, waarmee een warmtestroomdoor het werkstuk wordt opgewekt. Deze fouten tekenenzich des te beter en ook langer af, naarmate de fouten zichdichter onder het geïnspecteerde oppervlak bevinden en dewarmtegeleiding in het werkstuk slechter is.Veelal bevat bij thermische inspectie het werkstuk zelf reedseen medium (gas of vloeistof) met een hoge temperatuur,dat zijn warmte kan afstaan via een defect in de wand.Van deze plaatsen ('hot spots') kan met thermografie detemperatuur worden vergeleken met die van een gaaf con-structiedeel of kan met behulp van de thermometrie detemperatuur worden gemeten.De thermometrie wordt ook gebruikt voor de bewakingvan productieprocessen (bijvoorbeeld warm walsen enbooglasprocessen).Naast het onderscheid in thermografie en thermometrie kun-nen de thermische inspectiemethoden worden onderver-deeld in contactloze methoden en direct-contactmethoden.

In het voor de praktijk belangrijke temperatuurbereik van–20 tot +2000 ºC liggen de golflengten van de uitgezon-den straling voornamelijk in het infrarood.

Voor dit gebied zijn op afstand werkende instrumenten ont-wikkeld: infraroodstralingsmeters of optische pyrometersvoor thermometrie; infraroodkijkers en infraroodvideoca-mera's voor thermografie en thermische afbeeldings- enmeetsystemen met koppelingsmogelijkheden aan digitalebeeldverwerkingssystemen voor zowel thermografie alsthermometrie. De analyseapparatuur biedt mogelijkhedentot opslaan, manipuleren en analyseren van warmtebeelden.

De voordelen van de infraroodtechnieken zijn: contactloze waarneming op afstand van objecten en pro-

cessen, opname op foto, videoband en op film; contactloze meting op afstand (ontoegankelijke en bewe-

gende voorwerpen; de meting is nauwkeurig en heeft een korte responsietijd; grote mogelijkheden tot automatisering, registratie en

beeldanalyse.

De beperkingen zijn: een nauwkeurige temperatuurmeting is niet mogelijk als

de emissiefactor (zie § 10.3) niet nauwkeurig bekend is; bij een lage emissiefactor is er kans op reflectie van

warmtestralen van andere bronnen. Deze reflectie kantot interpretatiefouten leiden;

bij metingen over lange afstand moet een geschikt golf-lengtebereik worden gekozen, waardoor een ontoelaat-bare absorptie in de atmosfeer wordt voorkomen.

Bij de direct-contactmethoden wordt in hoofdzaak gebruikgemaakt van warmtegevoelige substanties, die op hetobject worden aangebracht. Via kleuromslag of smeltenreageren deze stoffen op temperatuurveranderingen.De direct-contactmethoden zijn goedkoop en relatief een-voudig toe te passen. De gevormde beelden zijn met visueleinspectie te beoordelen. De interpretatie is meestal kwali-tatief.Bij bepaalde toepassingen, bijvoorbeeld bij objecten met ge-ringe dikte, moet men er op bedacht zijn, dat de aange-brachte 'coating' het warmtebeeld van het te inspecterenoppervlak kan beïnvloeden.Aparte vermelding verdient nog, naast het klassieke ther-mokoppel, de thermometer, waarbij wordt gebruikgemaaktvan een zeer dunne fiberscoop voor het warmtetransport.

10.2 Enige begrippen uit de stralingstheorieWanneer een lichaam door elektromagnetische stralingwordt getroffen, kan het de straling geheel of gedeeltelijkabsorberen, reflecteren of doorlaten.Aan elk lichaam kent men een golflengte-afhankelijke ab-sorptiefactor a, een reflectiefactor r en een doorlaatfactor ttoe.Onder de absorptiefactor a van het lichaam wordt de ver-houding verstaan van de geabsorbeerde energie en de op-vallende energie, beide met golflengte l. De definities van ren t zijn analoog.Voor elk lichaam geldt dat a+r+t=1.

Men noemt een lichaam met a=1 een volkomen zwartlichaam. Bij een absorptiefactor onafhankelijk van de golf-lengte en kleiner dan 1 spreekt men van een grijs lichaam.

Elk lichaam met een temperatuur boven het absolute nul-punt zendt zelf elektromagnetische straling uit. Deze stra-ling is continu van karakter en wordt opgewekt dooratoom- en molecuulbewegingen.De grootheid waarmee deze straling wordt beschreven isde stralingsemittantie Mλ: het door een oppervlakte-ele-mentje naar alle richtingen éénzijdig uitgestraalde vermo-gen bij een golflengte l; SI-eenheid: W/m2.Het verband tussen de door een zwart lichaam - dan ookzwarte straler ('black body radiator') genoemd - uitgezondenstralingsemittantie met golflengte l en zijn temperatuur Twordt gegeven door, de stralingswet van Planck.In figuur 10.1 is de stralingswet van Planck grafisch uitge-zet voor enkele bekende stralers: de zon (6000 K), eenwolframlamp (3000 K), een soldeerbout (800 K), de aarde(300 K) en vloeibare stikstof (77 K).Uit figuur 10.1 blijkt, dat bij stijgende temperatuur hetmaximum van de curve verschuift naar het gebied van dekleinere golflengten.

Een niet-zwarte straler (praktische voorwerpen) zendt echterminder energie per seconde uit bij temperatuur T dan uitde wet van Planck zou volgen.Met een correctiefactor voor de emissie is het mogelijk dedoor een dergelijk lichaam uitgestraalde energie te vergelij-ken met die van een zwart lichaam van dezelfde tempera-tuur. Bedenk hierbij dat de mate waarin achtergrondstralingwordt gereflecteerd toeneemt, naarmate de emissiefactorafneemt. Bij een zeer lage emissiefactor (zoals bij schoonen gepolijst aluminium) werkt het materiaal bijna als eenspiegel en zal in het infrarode beeld warmtebronnen uit deomgeving duidelijk zichtbaar zijn.

Page 66: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

64

figuur 10.1 Stralingsenergiespectrum van een zwarte stralervolgens de stralingswet van Planck. De stralings-emittantie bij een bepaalde golflengte is uitgezetvoor diverse temperaturen

Wanneer het oppervlak van datzelfde materiaal iets wijzigt(vuil, verf), dan verandert de emissiefactor. Hierdoor wordteen nauwkeurige temperatuurmeting voor materialen meteen lage emissiefactor in de praktijk bijzonder lastig.Alle vaste stoffen, vloeistoffen en gassen volgen de wetvan Planck met een emissiefactor <1.Transparante vaste stoffen zoals glas, kwarts en kunststof-folies, gassen en vlammen vertonen naast een Planckseachtergrondstraling een extra emissie. Afhankelijk van degolflengte wordt deze straling pas boven een bepaaldetemperatuur uitgezonden. Deze extra emissie (of absorp-tie), waarvan figuur 10.2 voor enige gassen in de atmos-feer een voorbeeld is, vertoont een lijn- of bandkarakter.

figuur 10.2 Transmissie van infrarode straling door de atmos-feer [lit. 39]

Met deze extra emissie moet bij de meting van de tempera-tuur terdege rekening worden gehouden. Tabel 10.1 geeftenige praktijkwaarden voor de emissiefactor.

Niet-metalen zoals kunststoffen emitteren vooral infrarood-straling >5 µm in het temperatuurbereik van 50 - 300 ºC.

10.3 De detector of sensor voor contactlozemethoden

Het hart van een infraroodinstrument is de detector of sen-sor, die meestal een elektrisch signaal afgeeft.

tabel 10.1 Enige praktijkwaarden voor de emissiefactor (ge-middeld over het optredende golflengtegebied inhet infrarood bij 300 K)

materialen emissiefactorAg gepolijst 0,03Al gepolijst 0,05Cu gepolijst 0,15Fe gepolijst 0,05Al geanodiseerd 0,3-0,5Cu geoxideerd 0,6Fe geoxideerd 0,6-0,9zand 0,75cement 0,95steen 0,94hout 0,8-0,9papier 0,9

Als detectoren worden dunne kristallen van Si, Ge of vanhalfgeleidermateriaal als PbS, InSb, HgCdTe gebruikt. Omde gevoeligheid (met een factor 10 tot 100) te vergroten,wordt het halfgeleidermateriaal gekoeld, bijvoorbeeld ineen klein dewarvat gevuld met vloeibare stikstof, zoals inde oudere apparaten; of met een elektrische warmtepomp,die werkt op het Stirling principe.In infrarood-beeldscanningsystemen worden InSb (spec-traal gebied 2,5 - 5 µm) en HgCdTe in het bereik 3 - 5 µmen 8 - 14 µm gebruikt. De HgCdTe-detector, waarvoor inde modernste apparatuur steeds wordt gekozen, maakt invergelijking met oudere apparatuur het onderzoek mogelijkvan objecten, die zich op grotere afstand bevinden en eenlagere temperatuur hebben, omdat de spectrale gevoelig-heid van deze detector samenvalt met het atmosferischevenster van 8 - 14 µm.

In beeldscanningsystemen gebruikt men de fotonendetec-toren en ook de pyro-elektrische detectoren met een zeerkorte responsietijd (ms), zodat snelle uitlezing met (zeer)hoge (video)frequenties mogelijk is. Dit maakt ze uitermategeschikt voor toepassing in beeldafbeeldingssystemen. Hetfotonentype, als enkele detector of als array, wordt in me-chanische systemen gebruikt. De uitvoering in een CCD-sys-teem, zoals in de infraroodcamera, vindt men in de modern-ste geavanceerde apparatuur.

10.4 Optische componentenIn het algemeen zijn infrarood instrumenten uitgerust metuitwisselbare lenzen en filters. Hiervoor zijn glassoortenontwikkeld met de gewenste eigenschappen (transmissie-factor tot 90% in het bereik van minimaal 0,77 tot maxi-maal 14 µm). Smalband transmissiefilters met een doorlaat-opening van bijvoorbeeld 3,5 - 4,2 µm sluiten de absorptie-pieken van CO2, CO, H2O-damp, H2 en N2 uit. Zij kunnenbijvoorbeeld worden toegepast bij metingen door de vlam-men heen aan het inwendige van ovens (ovenwanden,smeltbad).

10.5 IJkingVoor nauwkeurige temperatuurmetingen, zowel bij spotme-tingen als bij metingen in een temperatuurveld, moet voorde ijking een zwarte stralingsholte (een diepe boring meteen kleine diameter in een metalen blok, waarvan het opper-vlak gezwart is) als referentiestraler worden gebruikt. Detemperatuur van de zwarte straler kan worden gestuurddoor het detectorsignaal; dit is het geval bij nauwkeurigespotmeetinstrumenten, waarbij de van het object afkom-stige straling, afgewisseld met de door een ingebouwdereferentiestraler uitgezonden straling op een puntvormigedetector valt. Het uitgangssignaal is nu een wisselspan-ning, die alleen afhankelijk is van het verschil tussen debeide stralingsemittanties (M).

Page 67: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

65

De temperatuur van de zwarte holte kan door sturing metde detector via een servosysteem zodanig worden geregeld,dat aan de uitgang een spanning nul ontstaat. De holte isdan op de equivalente 'stralings'temperatuur van het object.In de huidige apparatuur is meestal een interne ijkprocedureingebouwd. De zwarte straler is bruikbaar tot 1500 ºC,daarboven wordt de wolframlamp gebruikt.

10.6 PyrometersMet de verhoudings- of tweekleurenpyrometer wordt detemperatuur van een object bepaald uit de verhouding vande stralingsemittanties (M) in twee zeer smalle (enkele tien-den micrometers) zeer dicht bij elkaar liggende spectralebanden, gelegen in een relatief zeer snel stijgend deel vanhet stralingsspectrum (figuur 10.1) van een object op ho-gere temperatuur.Het bereik van dit instrument beslaat het meetgebied van300-3500 ºC, dat onderverdeeld is in verschillende gebie-den. De responsietijd is ongeveer 0,1 s.Er zijn handzame draagbare met een microprocessor uitge-ruste instrumenten verkrijgbaar, waarmee meerdere kerenper seconde een spotmeting kan worden uitgevoerd.

10.7 InfraroodbeeldafbeeldingssystemenInfraroodkijkerMet de gemakkelijk draagbare infraroodkijker kan men inbijna iedere omgeving eenvoudig en snel een kwalitatieveindruk van de temperatuursverdeling van een object ver-krijgen tot 650 ºC. De kijker dient vooral voor een globaleeerste inspectie.

Draagbare infrarood videocameraFiguur 10.3 toont het schema van een infraroodcamera,dat uit vier delen is opgebouwd: een optisch deel, een in-frarooddetector, de elektronica (met als optie de digitalebeeldanalyse en bewerking) en een beeldscherm of printervoor de beeldweergave.

De huidige infrarood videocamera is licht van gewicht, mi-nimaal 1,5 kg (met toebehoren 2,7 kg), waarmee warmte-beelden van 256 bij 256 beeldpunten te verkrijgen zijn, diekunnen worden opgeslagen. Ook temperaturen kunnenzeer nauwkeurig worden gemeten van –20 tot 450 ºC meteen uitbreidingsmogelijkheid tot 1500 ºC. De camera, dieelektrisch wordt gekoeld, kan gedurende vele uren op eenenkele batterij (6 V, 12 W) werken. Met behulp van deontwikkelde software is beeldanalyse tijdens de opnameen ook naderhand op een laptop of PC mogelijk.Bovendien kunnen de beelden met de benodigde informa-tie worden afgedrukt, bijvoorbeeld met een kleurenprinter.

figuur 10.3 Infrarood camera, schematisch

Infraroodapparatuur met (digitaal) afbeeldings- enmeetsysteemEen geavanceerd universeel infrarood beeldscanningsys-teem bevat als basiselementen een draagbare scanner (mi-nimaal 3 kg), een bedieningseenheid (minimaal 5,6 kg) eneen monitor. Hiermee is uitgebreide thermische analysevan complexe warmtebeelden met nauwkeurige metingvan de temperatuur mogelijk, dat met een ingebouwdanalysesysteem ter plaatse kan worden uitgevoerd.

Het systeem werkt in het spectraalgebied van 8 - 12 µmmet als opties nog 3 - 5 en 3 - 12 µm. Zoals reeds eerder isopgemerkt, is het bereik van 8 - 12 µm het meest geschiktvoor onderzoek aan objecten van lage temperatuur op rela-tief grote afstand.

10.8 NDO-toepassingen van thermischeinspectie

Thermische inspectie wordt onder meer voor de volgendedoeleinden praktisch toegepast: bepaling van de dikte of afwezigheid van (vuurvast) iso-

latiemateriaal in continu bedrijf bij petrochemie, ovens,drukvaten;

bepaling van vloeistoftemperaturen van gesloten syste-men, zoals katalytische kraakinstallaties;

meten van vloeistofniveaus in opslagtanks, lekdetectie; bepalen van warmteverliezen van ovens, gebouwen,

warmtedistributiesystemen; inspectie van elektrische centrales, elektrische transmis-

sieleidingen (om oververhitte delen op te sporen); detecteren van slechte hechting van bekledingen (coa-

tings); bepalen van fouten in vaste stoffen (bijvoorbeeld lijmver-

bindingen); onderzoek vanuit de lucht van temperatuurverdelingen

van land, water en gewas (vervuilingsstudies); on-line temperatuurmeting bij warmwalsen van bijvoor-

beeld strip (bijv. aan de hand van videobeelden); inspectie bij kunststof- en metaalfoliefabricage; controle van elektronische componenten op defecten; opsporen van verborgen leidingen en voorwerpen; regelmatig worden nog nieuwe toepassingen gevonden

voor deze, zich uitbreidende en verder ontwikkelende,geavanceerde en belangrijke techniek van niet-destructiefonderzoek [lit. 79].

10.9 Thermografische inspectie met contact-methoden

Bepaalde warmtegevoelige verfsoorten doorlopen diversekleurovergangen bij verwarming. Zij worden onder meergebruikt voor controle tijdens het voorwarmen bij lassenen voor de inspectie van gietstukken op porositeit. Hetwerkgebied is van 40 ºC tot circa 1600 ºC. De nauwkeu-righeid in de temperatuurmeting is ongeveer 5 ºC.

Ook past men deze omslagverf veel toe ter controle vande (toelaatbare) maximumtemperatuur van een object (bij-voorbeeld een drukvat of pijpleiding), maar ook bij eenthermometer, in de vorm van een sticker/thermodot metniet omkeerbare kleuromslag.Een speciaal type is de zogenaamde fotochroomverf, dieeen pigment bevat dat na bestraling met UV-licht tot rood-achtig purper verkleurt. Na verhitting tot ca. 50 ºC wordtdoor een irreversibele kleuromslag het pigment uitgebleektwit. De fotochroomverf wordt veel toegepast voor de de-tectie van fouten in honingraatconstructies (losse verbin-dingen, delaminaties).

Page 68: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

66

Hoofdstuk 11Overige methoden

11.1 Scheurdieptemetingen (potentiaalval-methode en de ACFM-methode)

In de meeste normen mogen met name de in een werkstukvoorkomende scheuren een gegeven afmeting niet over-schrijden of zijn in het geheel niet toelaatbaar. Het is daar-om van belang, dat niet alleen de aanwezigheid van scheu-ren maar ook hun afmetingen nauwkeurig kunnen wordenvastgesteld. Hiervoor kunnen verschillende reeds behan-delde NDO-methoden in aanmerking komen, waaronder dein hoofdstuk 8 besproken ultrasone TOFD-methode, dieeen scheurgrootte meet met een nauwkeurigheid van 2%en een scheurgroei van 0,5% (bij de normale pulsecho-methode is de meetnauwkeurigheid 10% van de wanddikte).

De potentiaalvalmethodeEen andere methode om specifiek de diepte van een scheur,die aan het oppervlak van een metalen werkstuk is ont-staan, te bepalen, is gebaseerd op het principe van deelektrische potentiaalmeting en wordt de potentiaalval-methode (potential drop method) genoemd.Bij deze methode worden op het werkstuk twee elektrischemeetcontacten P1 en P2 (zie figuur 11.1) binnen tweestroomtoevoercontacten S1 en S2 geplaatst.

figuur 11.1 Schema potentiaalmeting voor scheurdieptebepa-ling

De scheurdieptemeting berust op de vergelijking van het ge-meten potentiaalverschil van de situatie waarbij de stroomrond de scheur loopt met dat van een gaaf werkstuk. De inde praktijk gebruikte apparatuur bezit meestal een schaal-verdeling de scheurdiepte direct kan worden afgelezen.In de praktijk wordt de methode zowel met gelijkstroomals met wisselstroom toegepast, waarbij beide methodenhun voor- en nadelen hebben. De gelijkstroommethode isde oudste. De methode is eenvoudig en relatief goedkoop.De variant met pulserende gelijkstroom wordt veelvuldigtoegepast voor de (nauwkeurige) meting van de scheur-lengte tot op 0,1 mm bij laboratoriumproeven aan gecon-ditioneerde proefstukken, bijvoorbeeld tijdens vermoeiing.

De stroompuls wordt gegeven als de scheur maximaal optrek wordt belast, de meting wordt dan niet door een mo-gelijke (locale) scheursluiting ongunstig beïnvloed ("kort-sluiting"). In de industriële praktijk sluit met name de wis-selstroommethode aan op oriënterend penetrant- en klas-siek magnetisch onderzoek. De potentiaalmethode wordtook toegepast voor materiaalidentificatie [zie lit. 41].

De ACFM-methodeDe potentiaalvalmethode heeft bij de uitvoering één belang-rijk nadeel: voorafgaande aan de meting moeten de contact-plaatsen goed worden schoongemaakt. Dit verklaart de ont-wikkeling van een contactloze techniek, die een alternatiefkan zijn van de potentiaalvalmethode met wisselstroom endie kan worden gebruikt voor de inspectie van lasverbin-

dingen in metalen constructies, die bedekt zijn met een be-schermlaag, zoals bij offshore installaties als booreilanden,opslagtanks voor olie en gas en in de petrochemischeindustrie. Het zal duidelijk zijn, dat het verwijderen van debeschermlaag, en het later weer aanbrengen, handelingenzijn die men bij onderzoek onder moeilijke omstandighedenniet alleen om kostenbesparende redenen zoveel mogelijkwil vermijden. Ook andere methoden waarbij veel hande-lingen nodig zijn, zoals het magnetisch onderzoek met deel-tjes (veelvuldig toegepast in de offshore) en het penetrantonderzoek, vervangt men graag door eenvoudiger uit tevoeren alternatieven.

De methode, die als vervanger is ontwikkeld, wordt deACFM-methode genoemd, waarbij de informatie volgt uitde meting van het magnetische veld (FM) van een toege-paste wisselstroom (AC). Essentieel is hierbij, dat in het teonderzoeken werkstuk een stroomlijnenpatroon wordt aan-gebracht dat gelijk is aan dat van de potentiaalvalmethode.Dit kan door de niet-geleidende schermlaag heen in hetmetalen werkstuk worden aangebracht met behulp vaninductie. Men heeft hiervoor transducenten ontwikkeld.Hierin zijn twee sensoren ingebouwd, die van het bij destroom behorende magnetische veld twee componentenmeten tijdens de inspectie. De ene sensor is gevoelig voorde stroomdichtheid en registreert tijdens passage van hetcentrum van een scheur in een richting loodrecht hieropeen signaal, dat informatie bevat over de scheurdiepte. Detweede sensor is gevoelig voor de veranderingen in hetveld, die het gevolg zijn van richtingveranderingen van destroomlijnen in het oppervlak. Bij passage langs en over descheur vindt dit bij de beide uiteinden plaats. Uit het gere-gistreerde signaal volgt informatie over de scheurlengte. Inde praktijk is detectie van defecten aan het oppervlak meteen lengte vanaf 8 mm en een diepte van 0,75 mm ondereen beschermlaag van 2 mm mogelijk. De methode kenteen uitstekende wijze van presentatie van de meetgegevensvan beide sensoren, waardoor elk type defect als gevolgvan een karakteristieke vorm gemakkelijk door de onder-zoeker kan worden herkent.

11.2 ReplicaMet de replicamethode is het mogelijk van een constructieplaatselijk de structuur of aanwezige scheuren/defecten tebestuderen zonder materiaal uit te nemen.De replica's bestaan uit zeer gladde aluminium plaatjes,waarop een laklaag of verweekte folie is aangebracht.Wanneer men met een druppel van een speciale vloeistofhet plaatje bevochtigt, wordt de laklaag week en kan hetplaatje op het vooraf geprepareerde (gepolijste en geëtste)metaaloppervlak worden geplakt. Hierna verwijdert menhet aluminium plaatje. Na het drogen dat enkele minutenvergt, wordt de replica er voorzichtig afgetrokken en op eenvoorwerpglaasje bevestigd. Het is dan direct voor micro-scopisch onderzoek geschikt. In [lit. 48] wordt de voorbe-reiding van het metaaloppervlak gedetailleerd beschreven.In het behandelde onderzoek wordt een geëmulsificeerdetape van acetaat toegepast, die stevig tegen het werkstukwordt gedrukt. Voorafgaande aan het microscopisch on-derzoek (vergroting 50 tot 1000 keer) wordt de replica tervergroting van het contrast bestoven met goudpoeder.De kwaliteit van foto's en replica's kan zeer goed zijn enbehoeft niet te verschillen van 'normale' structuurfoto's.Gebogen oppervlakken en voor een draagbare microscoopmoeilijk bereikbare hoekjes zijn ook goed te onderzoeken,de replica wordt weer in vlakke toestand bekeken.

In hoofdstuk 4 is een methode beschreven, waarbij replica'skunnen worden gemaakt van de gevonden indicaties bij hetmagnetisch onderzoek. In dit verband moet nog worden ge-noemd, dat ook de indicaties van het penetrant onderzoekin een replica kunnen worden vastgelegd.Bij deze methode bestaat de procedure uit het opbrengenvan een speciale blauwe penetrant. Na het verwijderen vande overmaat penetrant wordt als ontwikkelaar een snel

Page 69: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

67

doorhardende pasta van een witte kunststof aangebracht,waarin na het volledig uitharden zowel de vorm van hetoppervlak als de gefixeerde penetrant indicaties zichtbaarzijn. De verkregen replica is gedurende langere tijd houd-baar.De methode wordt onder meer bij het 'internal bore' lassenvan pijp/plaatverbindingen toegepast [zie lit. 49], en bij hetonderzoek aan kruipbeschadiging die op kan treden in in-stallaties op hoge bedrijfstemperatuur boven 400 ºC [zielit. 50 en 51]. Met deze methode kunnen holten en scheu-ren onder 1 mm worden aangetoond. [Lit. 51] noemt ook alstoepassingsgebied het onderzoek naar mogelijke schade bij(lokale) oververhitting, bijvoorbeeld door brand, waarbijmet name het structuuronderzoek gecombineerd met hard-heidsmetingen uitsluitsel geeft. [Lit. 51], dat aan de handvan een groot aantal voorbeelden uit de procesindustrieeen overzicht van de mogelijkheden en beperkingen van deNDO-methoden geeft, wijst er nog op, dat de toepassingvan de replicamethode bij hoge temperatuurinstallaties zijnbezwaren heeft (verwijdering van isolatielagen, uitvoeringbij kamertemperatuur).

Uit praktische en economische overwegingen worden opverdachte plaatsen van een installatie capacitieve rekmetersgeplaatst, waarbij tevens aan ieder rekstrookje een thermo-koppel voor temperatuurmetingen is gekoppeld. Deze me-thode geeft een voldoend nauwkeurige afschatting van dete verwachten levensduur van de constructie.

11.3 Methoden voor materiaalidentificatieIn de metaalverwerkende industrie bestaat regelmatig debehoefte snel materialen te identificeren, bijvoorbeeld bijeen ingangscontrole, of wanneer sprake is van een moge-lijke materiaalomwisseling. Hiervoor is een aantal metho-den beschikbaar, waarmee een kwalitatieve of semi-kwan-titatieve uitspraak omtrent de chemische samenstellingmogelijk is. Wenst men nauwkeurige waarden, dan zijnnatchemische methoden (verouderd) en/of kwantitatievefysisch-chemische methoden vereist. Hoogwaardig fysisch-chemisch onderzoek vergt een zeer aanzienlijke investeringen wordt alleen maar uitgevoerd in laboratoria van grotebedrijven, researchinstituten en universiteiten. Inzicht indeze methoden behoort tot de basiskennis voor materiaal-kundigen. In dit hoofdstuk wordt slechts kort ingegaan opdie methoden van onderzoek, waarvan een aantal metname geschikt is voor de analyse van een oppervlak envoor de bepaling van de chemische samenstelling in zeerkleine gebiedjes, waarbij met meetsondes tot 1 mm2 wordtgewerkt. Deze technieken zijn van groot belang bij eennauwkeurige schade-analyse (breuk, corrosie) en bij deresearch van productieprocessen.

Niet in alle gevallen is met een bepaling van de chemischesamenstelling het materiaal geïdentificeerd, omdat veelal ookde mechanische eigenschappen en de microstructuur (bij-voorbeeld door een warmtebehandeling) mede bepalend zijn.

Bepaling van de samenstelling met de spectroscoopBij deze voor identificatie van metalen gebruikte methodewordt tussen de wolframelektrode van het instrument enhet te onderzoeken werkstuk een elektrische vlamboog ge-trokken. Deze veroorzaakt een plaatselijk verdampen vanhet metaal, waarbij de verdampte metaalatomen elektro-magnetische straling, onder meer in het zichtbare gebied,gaan uitzenden. In de metaalspectroscoop analyseert mennu van deze straling het spectrum op de per element ka-rakteristieke spectraallijn(en). Voor veel toepassingen zijnenkele spectraallijnen voldoende, de helderheid van bepaaldelijnen is een maat voor de hoeveelheid van het element.Het onderzoek kan met een draagbaar apparaat worden uit-gevoerd. Wanneer het gevonden spectrum met het instru-ment is opgemeten, kan, na vergelijking met standaards(monsters of kalibratiekaarten) een uitspraak worden ge-daan over de samenstelling. In geavanceerde opstellingenvoor het veld en voor laboratoriumonderzoek is de werk-wijze bij een verhoogde nauwkeurigheid geautomatiseerd.

De methode wordt toegepast voor een snelle identificatievan zowel ongelegeerd, gereedschaps-, roestvast, enchroomstaal, als van Ni-, Cu-, Al- en Ti-legeringen, onderandere in lasverbindingen, gietstukken en pijpen. In staalkunnen Cr, Mn, Mo, Ti, V, Nb, Ni, Co, en W (de laatstedrie elementen alleen bij een percentage groter dan 1%)goed worden aangetoond. Niet-metallische elementenzoals S (tenzij vonkontlading wordt toegepast), C, P, H, Nen O worden niet aangetoond.De spectraallijnen van Si en Al bij de in staal gebruikelijkegehaltes liggen in het UV-gebied en kunnen niet met hetoog worden waargenomen. Wel kan dit deel van het spec-trum gemakkelijk worden gefotografeerd (verouderd). Demoderne systemen werken met detectoren, waarmee hetbereik nu onder de 200 nm is gekomen.In de lichtmetaal(non-ferro)legeringen kunnen Cu, Mn, Mg,Cd, Bi, Sn, en Zn gemakkelijk worden opgespoord.

Röntgen-fluorescentie spectroscopieRöntgen-fluorescentie spectroscopie is heden ten dage voorde praktijk de belangrijkste methode voor identificatie.De te onderzoeken röntgenspectra zijn relatief eenvoudigvan aard. Een nadeel is, dat standaard slechts elementenmet een atoomnummer groter en gelijk aan 11 kunnen wor-den aangetoond (tegenwoordig kan ook Borium wordengedetecteerd, echter niet in alle apparaten en ook niet erggevoelig). Mede door de ontwikkeling van energiedispersievedetectoren heeft de methode een grote vlucht genomen.Voor de praktijk is geautomatiseerde (draagbare) appara-tuur ontwikkeld, waarbij de primaire straling geleverdwordt door radioactieve bronnen, waarmee (kwantitatief)legeringsidentificatie en een analyse per element mogelijkis. Gedetecteerd worden met name: Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu,Mo, Nb, W, Co en Fe.In een 'bibliotheek'-geheugen zijn de specificaties van demeest gangbare belangrijke legeringen opgeslagen. Ditmaakt het mogelijk bij de analyse van een materiaal directop een display het gevonden legeringstype af te lezen. Deanalysetijd bedraagt 40 s. De apparatuur is bruikbaar toteen maximale temperatuur van het proefstuk van 120 ºCin een omgevingstemperatuur van maximaal 60 ºC. Hetmeetoppervlak bedraagt 13×38 mm. Ingebouwd zijn nogeen continue kalibratie en een bronvervalcompensatie.

11.4 Methoden voor het meten van residuelespanningen en van vervormingen

Het onderzoek naar residuele spanningen wordt door zeerveel onderzoekers met een groot aantal ter beschikkingstaande systemen uitgevoerd. [Lit. 54] vormt een uitste-kend overzichtsartikel, waarin alle technieken worden be-handeld die voor de spanningsmeting in aanmerking komen.

Ultrasoon onderzoekVeel aandacht krijgt de toepassing van ultrasone golven,waarmee informatie over de gehele doorsnede van eenwerkstuk kan worden verkregen. [Lit. 55] geeft een uitvoe-rige beschrijving van de theorie. Het achterliggende prin-cipe van deze methode is de spanningsafhankelijkheid vande snelheid van de verschillende typen ultrasone golven.

Daar de effecten bijzonder klein zijn bij de in de praktijkoptredende spanningen (in de orde van een promille), dientmen gebruik te maken van extreem nauwkeurige meet-apparatuur, waarmee tijdverschillen tot op 1 nanosecondemeetbaar moeten zijn. Een en ander heeft als gevolg dattasters met een zeer korte pulslengte moeten worden ge-bruikt en dat moet worden gewerkt met zowel longitudi-naal als transversaal gepolariseerde golven, waarmee loop-tijdmetingen door de gehele dikte van het werkstuk moge-lijk zijn. In [lit. 55] worden als voorbeelden metingen aaneen X-naad in staal en in een Al-legering besproken. Bijstaal moet worden gecorrigeerd voor een aantal complice-rende factoren als de optredende magnetostrictie, de in-herente anisotropie van het materiaal en de textuur. Overi-gens spelen deze effecten ook bij röntgendiffractie een

Page 70: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

68

complicerende rol. Voor Al-legeringen speelt in vergelijkingmet staal het anisotropie-effect een duidelijk mindere rol.In Nederland is [lit. 56] deze ultrasone methode praktischtoegepast om de spanningstoestand rond een scheurtip ineen dunne plaat te berekenen.Vermeldenswaard is het onderzoek [lit. 57], waarin metbehulp van Rayleigh- en kruipgolven residuele spanningenin een gelaste pijp van roestvast staal en een gelaste plaatvan een Al-legering zijn aangetoond.

RöntgendiffractieVerschillende systemen, zoals bijvoorbeeld röntgendiffrac-tie, zijn commercieel verkrijgbaar en kunnen in allerlei prak-tijksituaties worden toegepast, omdat door de sneller wor-dende computers het vele benodigde rekenwerk steeds min-der tijd kost. Bij deze techniek valt een monochromatischeröntgenbundel onder een hoek q op twee evenwijdige roos-tervlakken met onderlinge afstand a. De op beide vlakkenverstrooide straling kan interfereren als het wegverschil2a sin(q) gelijk is aan de golflengte l (de wet van Bragg).Spanningen vervormen het rooster en daarmee de para-meter a. Het principe van dit systeem, dat met name despanningen aan het oppervlak in kaart brengt, is uitstekendbeschreven in [lit. 58]. In het tweede artikel worden voor-beelden beschreven van metingen van enige lasverbindin-gen, waarvan er één gemaakt is met explosielassen in eenplaat van een AlZnMg-legering. Illustraties zijn toegevoegdvan het spanningsverloop in een richting loodrecht op delas, waaruit blijkt, dat met name in de warmte beïnvloedezone de (druk)spanningen zeer hoog kunnen oplopen. Hetbelang van een kwantitatieve bepaling van de grootte ende richting van een optredende trek- of drukspanning, bij-voorbeeld tijdens gebruik of bij een schade-analyse, is dui-delijk. Met deze apparatuur is een drie-assige spannings-toestand in enige minuten te berekenen. Voor nadere infor-matie wordt verwezen naar [lit. 59]. De methode is ondermeer inzetbaar bij metalen en keramische materialen.

BarkhauseneffectOok voor spanningsmetingen met het magneto-elastischeBarkhausen effect (zie hoofdstuk 4), is praktisch toepas-bare meetapparatuur verkrijgbaar, waarbij een sensor con-tactvrij kan bewegen. Dit betekent dat deze techniek dooreen schermlaag van een niet-magnetisch materiaal kan me-ten. Het bereik is instelbaar tot 0,2 mm diepte. Figuur 11.2toont de signaalamplitude als functie van de spannings-waarde, bij een trekspanning en een drukspanning.

figuur 11.2 Barkhauseneffect: Signaalamplitude als functievan de spanningswaarde bij een trekspanning eneen drukspanning

Deze apparatuur is ook geschikt voor het opsporen van de-fecten, die kunnen ontstaan bij een verkeerde oppervlakte-harding of bij andere warmtebehandelingen. [Lit. 60] geeftnadere technische informatie.

De thermo-elastische methodeDe vakliteratuur wijst nog op nieuwe ontwikkelingen bij dethermo-elastische methode, waarvoor commercieel ver-krijgbare apparatuur op de markt is en waarmee reeds bijeen meetbare temperatuurverandering van 0,001 K eenspanningsverandering kan worden geregistreerd binneneen gebiedje van 0,5 mm2.

RekstrookjesVoor de bepaling van de vervorming (rek) in een klein ge-bied kunnen rekstrookjes worden gebruikt. Tijdens de de-formatie van het werkstuk vervormen de op het oppervlakvan het werkstuk geplakte strookjes eveneens en de hier-mee gepaard gaande elektrische weerstandsveranderingkan met behulp van een brugschakeling zeer nauwkeurigworden gemeten. Deze zeer goedkope methode wordtveelvuldig toegepast.

De moirémethodeEen andere methode, die informatie verschaft over de ver-vorming van het oppervlak is de moirémethode.Bij deze techniek, die geschikt is voor het onderzoek vanvlakke proefstukken, maakt men gebruik van rasters vanbijvoorbeeld met een groot aantal evenwijdige lijnen op on-derling gelijke afstand. Eén raster wordt op het werkstukingeëtst, de ander is aangebracht op een transparante folie.Bij twee op elkaar geplaatste rasters met een verschillendelijnafstand ontstaat een interferentiebeeld: het moirépatroonbestaande uit donkere en lichte gedeelten. In het centrumvan een licht gebied vallen de lijnen van beide rasters samen,in het centrum van een donker gebied liggen de lijnen naastelkaar op de grootst mogelijke onderlinge afstand. Dezecentra worden moirélijnen of moiréfranjes genoemd. Bij ver-vorming verandert de lijnafstand op het werkstuk. Uit deafstand van de moirélijnen is de grootte van deze vervor-ming te bepalen.

KraaklakEen eenvoudige en goedkope maar trage methode, waar-mee onder bedrijfsomstandigheden informatie over de rekop elke plaats van het oppervlak wordt verkregen, vormtde toepassing van een groep brosse lakken (ook wel kraak-lakken of scheurlakken genoemd), die de eigenschap heb-ben na een bepaald rekpercentage te barsten. Ze kunnentevens een indicatie geven over de richting, plaats en groottevan trekspanningen. Op het te onderzoeken product wordteen lucht/lakmengsel gespoten, zodanig dat in de laklaageen grote hoeveelheid luchtbelletjes ontstaat. Wanneer delaklaag nu zijn specifieke minimum rekwaarde heeft over-schreden, ontstaan barstjes, die van luchtbel tot luchtbellopen en daarin ook weer tot staan worden gebracht.De keuze van de lak is afhankelijk van de gewenste gevoe-ligheid en temperatuur van het werkstuk. De groep kraak-lakken wordt toegepast in het temperatuurgebied: –15 tot+40 ºC.

11.5 Doorstraling van een werkstuk metdeeltjes (elektronen, ionen, neutronen)

Bekend als toepassing van doorstraling van een werkstukis de elektronenmicroscoop, waarmee met behulp van elek-tronenbundels opnamen van zeer dunne objecten kunnenworden gemaakt.Ook onderzoek met protonen en ionen is mogelijk. Bewe-gende geladen deeltjes worden als gevolg van een elektri-sche wisselwerking in een werkstuk zeer sterk afgeremd.Voor praktische toepassingen houdt dit in, dat zeer hogeversnellingsspanningen nodig zijn en dat de werkstukdiktedie kan worden doorstraald niet erg groot is.Deze onderzoektechnieken, waarmee dunne lagen kunnenworden onderzocht, maken vaak deel uit van de faciliteitenvan instituten en universiteiten.

De ongeladen neutronen vertonen deze nadelen niet en zijnzeer geschikt voor het neutrografisch onderzoek (neutro-grafie) van werkstukken.In grote lijnen verschilt de neutrografie niet van het onder-

Page 71: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

69

zoek met röntgen- of gammastralen. Het toepassingsgebiedvan de neutrografie vult dat aan, zo is bijvoorbeeld metneutrografie wel de inspectie van radioactieve materialen(splijtstofelementen) mogelijk en geeft het onderzoek aanlijmverbindingen en aan kunststoffen, dankzij de grotereabsorptiecoëfficiënten voor neutronenstraling, bij deze ma-terialen veel betere resultaten. In Nederland zijn bij het ECNte Petten onderzoeksfaciliteiten aanwezig. Men kan ookgebruik maken van mobiele apparatuur. Internationaalgezien wordt neutrografie op grote schaal toegepast.

11.6 Holografische interferometrie, holografieMet holografische interferometrie kunnen kleine verplaat-singen in werkstukken, die bijvoorbeeld het gevolg kunnenzijn van deformaties, worden aangetoond en gemeten.Verschillende optische holografische interferentiemethodenzijn ontwikkeld, waarmee het mogelijk is vervormingen, van-af enige tienden van een micrometer tot enige tientallenmm's, in diffuus reflecterende werkstukken met een gecom-pliceerde vorm te meten.

Met deze methoden kunnen worden aangetoond: deformaties van het oppervlak; fouten in het materiaal (scheuren, holten, insluitsels); fouten in lijm- en lasverbindingen (metalen en keramiek); spanningsconcentraties; residuele spanningen.

Voorts kunnen vormafwijkingen van een standaard (bij fa-bricageprocessen) en de trillingswijze van een trillende con-structie (bijvoorbeeld een geassembleerde auto bij draai-ende motor) worden bepaald. In verschillende landen, ookin Nederland, wordt de holografische interferometrie alsNDO-methode praktisch toegepast, vooral in de vliegtuig-industrie en - in mindere mate - in de auto-industrie.

Een wezenlijk bestanddeel van de optische holografischeinterferometrie vormt de toepassing van de holografie, eentechniek, waarmee met behulp van lasers ruimtelijke af-beeldingen van objecten kunnen worden verkregen. Meerdan 90% van de opnamen wordt met elektronische came-ra's gemaakt. Het holografisch proces bestaat uit twee ge-deelten: de opname, waarbij de beeldinformatie in een zeercomplex patroon, een zogenaamd hologram, wordt vast-gelegd en het reconstructieproces, waarmee het beeldwordt verkregen.

Varianten van de holografie zijn de shearografie en despikkelcorrelatie methode.

De shearografieShearografie is een vereenvoudigde versie van holografieen geeft informatie over veranderingen in de deformatie.Dit in tegenstelling met de holografische interferentie, waar-bij de deformatie in getalwaarden kan worden uitgedrukt.De shearografie is de minst gevoelige van de twee technie-ken. Shearografie heeft daarentegen veel minder last vanstoringen door trillingen en wordt daarom met name inge-zet bij het onderzoek van grotere voorwerpen als rotorbla-den van helikopters en vleugels van vliegtuigen. Het onder-zoek aan kleine onderdelen en aan bedrukte bedradingen,die zeer gemakkelijk met de opname-apparatuur in een tril-lingsvrije opstelling kunnen worden geplaatst, wordt metholografie uitgevoerd.

De spikkelcorrelatie methodeMet de holografische interferometrie blijkt het minder goedmogelijk te zijn verplaatsingen van punten langs het opper-vlak van het object aan te tonen. Dit is wel mogelijk met dezogenaamde spikkelcorrelatie methode. Bij deze methodemaakt men gebruik van het op een voorwerp zichtbarepatroon van donkere vlekjes of spikkels, wanneer het voor-werp belicht wordt met een laser. Dit patroon ontstaat doorinterferentie van het diffuus gereflecteerde licht van dichtbij elkaar liggende punten. Dit patroon is als het ware methet oppervlak verbonden, het verandert vrijwel niet vanvorm bij een andere invalshoek van de laserbundel. Het is

ook ongevoelig voor zuivere translatie, maar het verandertwel van vorm bij een deformatie van het werkstuk. Ditpatroon bevat alle informatie over de opgetreden deformatie.Technisch wordt de spikkelcorrelatie methode toegepast ingeavanceerde apparatuur, waarbij het voorwerp wordt be-licht met een laser van bijvoorbeeld 830 nm en waarbijeen CCD-camera het spikkelpatroon elektronisch doorgeeftaan een computer.

De computer berekent met behulp van de ontwikkelde soft-ware drie-dimensionaal de deformatie van het oppervlak.Het systeem analyseert de veranderingen in het spikkel-patroon door de momentane opname te vergelijken meteen reeds opgeslagen patroon. Dank zij de heden ten dagebereikte snelheid van verwerken naast de snelheid van deCCD-camera, zijn allerlei voorzieningen op het punt van hettrillingsvrij opstellen van de meetopstelling niet meer nodig.

ToepassingenDe technieken worden toegepast onder andere bij bewegings-onderzoek (translaties, rotaties) van starre voorwerpen, bijhet onderzoek aan vervormings- en spanningsverdelingenin constructies (meestal prototypen onder mechanische enthermische belastingen) en bij het onderzoek aan trillendevoorwerpen.Voorts is de holografische interferometrie een geschiktedetectiemethode voor het opsporen van: materiaalfoutenin keramische materialen en in halfgeleiders; fouten in bij-voorbeeld lijm- en lasverbindingen in kunststoffen en metalen.Een fout kan echter alleen worden opgespoord als dezezich uit bij thermische- of mechanische belasting van hetwerkstuk als een plaatselijke onregelmatigheid in het inter-ferentiepatroon.

MicrogolfstralingOnder microgolven, ook radargolven genoemd, wordt deelektromagnetische straling verstaan in het frequentiebereikvan 0,3 tot 300 GHz), met in vacuüm een golflengtebereikvan 1 mm tot 1 m. Voor het NDO is het gebied tussen 1en 100 GHz van belang. Bij de meeste toepassingen is defrequentie 10 GHz (golflengte in vacuüm=3 cm).Eén van de voordelen van de microgolftechniek is wel deefficiënte koppeling via de lucht. De toepassing van demethode bij het opsporen van fouten wordt beperkt dooreen gering oplossend vermogen. Afhankelijk van de ge-bruikte frequentie worden fouten kleiner dan de halve golf-lengte (minimaal enige mm) niet aangetoond. Geleidendematerialen kunnen slechts tot een beperkte dikte wordenonderzocht, omdat de straling slechts tot een geringe dieptein het materiaal kan doordringen.

Naast de evaluatie van diëlektrische eigenschappen vankunststoffen en keramische materialen wordt de methodesteeds meer gericht op het detecteren en classificeren vandefecten. Zo wordt onderzoek met sondes uitgevoerd, diede door grenslagen, holten en voorwerpen in de aardbodemverstrooide straling detecteren of die de gereflecteerdestraling van een inhomogeniteit in een materiaal meten.Met microgolven is ook de inspectie van houten en beton-nen constructies (grondradar) mogelijk. Bij bewegende tas-ters of sondes over het werkstuk kan met de opgenomenmeetsignalen vergelijkbaar met het ultrasoon onderzoekeen plaatsbepaling en een afbeelding van een defect in hetwerkstuk worden gevormd.

Microgolven zijn bij doorgang door een medium onderwor-pen aan verstrooiing en absorptie. Het eerstgenoemde pro-ces wordt bepaald door interacties met onvolkomenheden,het tweede in hoofdzaak door de elektrische eigenschap-pen van het materiaal.

Opwekken en ontvangen van microgolvenDe in een trilholte gegenereerde golven kunnen via metalengolfgeleiders worden getransporteerd. Voor golven meteen relatief zeer lage frequentie kunnen ook coaxkabelsworden gebruikt.De microgolf kan via een metalen hoorn of met een antenneworden uitgestraald. Deze hoorn of antenne kan ook alsontvanger worden gebruikt. De opgevangen golven worden

Page 72: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

70

vervolgens toegevoerd aan een kristaldetector voor de om-zetting in elektrische signalen, waarvan bijvoorbeeld deamplitude van het gereflecteerde of doorgelaten signaalwordt gemeten en vergeleken met een referentiesignaal.Bij verschillende toepassingen ontstaan staande golven,die met speciale meetsondes worden onderzocht bij eenbeweging van de sonde langs de golf.Bij het niet-destructief onderzoek worden verschillendesystemen toegepast [zie lit. 8 en 67]. De frequentie kanconstant zijn of variëren. De straling kan continu of metgemoduleerde pulsen worden toegevoerd.

In het NDO wordt microgolfstraling voorts nog gebruiktvoor: diktemetingen van dunne metalen deklagen op niet me-

talen voorwerpen en van voorwerpen of (isolatie)lagenvan diëlektrisch materiaal;

het aantonen van veranderingen in de moleculaire struc-tuur van kunststoffen en keramische materialen. Eenvoorwaarde is dat de genoemde veranderingen de diëlek-trische constante beïnvloeden;

bepaling van het (niet gebonden) vochtgehalte in kunst-stoffen en keramische materialen, waarbij wordt gebruikgemaakt van de sterke absorptie en verstrooiing vanmicrogolven door de watermoleculen.

Speciale vermelding verdient nog het aantonen van opper-vlaktescheuren in een metalen werkstuk met deze methode.Scheuren aan het oppervlak beïnvloeden de vorm van degereflecteerde golf als de polarisatierichting van de inval-lende golf evenwijdig is aan de scheur (inductie!), met alsgevolg een gewijzigd patroon van de gereflecteerde golf invergelijking met een foutloos werkstuk. Ook het aantonenvan metalen draden en pijpen in betonnen constructies,alsmede de bepaling van de oriëntatie van defecten vindtmet deze techniek plaats.Microgolfstraling wordt behalve in het NDO gebruikt voorradar en telecommunicatie en voor verwarmings- en verhit-tingsdoeleinden (bijvoorbeeld bij medische toepassingen enin de magnetronovens). Het werken met microgolven moetmet de nodige voorzichtigheid geschieden (zie ook § 12.3).Het plaatsen van waarschuwingsborden en het aanbrengenvan een afzetting is vaak voorgeschreven.

Page 73: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

71

Hoofdstuk 12

Veiligheidsaspecten bij het niet-destructief onderzoek

12.1 InleidingBij verschillende NDO-methoden dient de nodige aandachtte worden geschonken aan de veiligheid, niet alleen van dewerker zelf, maar ook van de omgeving.Hierbij kan worden gedacht aan de gevolgen van straling,geluid, elektriciteit en het gebruik van gevaarlijke stoffen.Voor de verschillende gevarenbronnen zijn voorschriftenvoor de veiligheid opgesteld.Met name voor het gebruik van ioniserende straling, afkom-stig van röntgentoestellen en radioactieve bronnen, bestaatuitgebreide wetgeving. Bij de afwezigheid van voldoendedeskundigheid is het raadzaam, als het al niet voorgeschre-ven is, zich te wenden tot bevoegde instanties of contactop te nemen met bedrijven die gespecialiseerd zijn in NDOen die beschikken over een uitgebreide ervaring en kennisop het gebied van de veiligheid.Bij beheersbare omstandigheden dient altijd een zorgvuldi-ge afweging te worden gemaakt tussen het toegevoegderisico en de voordelen van de toepassing.Het continu verbeteren van de bescherming vormt in onzesamenleving de basis van de beschermingsfilosofie.

12.2 Ioniserende stralingIoniserende straling, waartoe röntgen- en gammastralingbehoren, heeft zijn nut bewezen bij het stellen van medi-sche diagnoses en het behandelen van ziektes, bij toepas-sing in industrie, landbouw en bij wetenschappelijk onder-zoek. Het gebruik heeft als nadeel dat het een schadelijkeinvloed kan hebben op het menselijke lichaam, zodat be-scherming tegen onnodige en excessieve blootstelling nood-zakelijk is. De kans op het ontstaan van nadelige effectenis gerelateerd aan de stralingsdosis (eenheid de gray (Gy)).De biologische effectiviteit van de verschillende typen stra-ling wordt aan een kwaliteitsfactor gekoppeld. Het productvan de dosis en de kwaliteitsfactor noemt men het dosis-equivalent, met als eenheid de sievert (Sv).De kwaliteitsfactor voor gamma-, röntgenstraling en ookvoor β-straling wordt gelijk aan één gesteld, zodat er voordeze stralingssoorten geen verschil is tussen het dosisequi-valent en de geabsorbeerde dosis en 1 Gy gelijk is aan 1 Sv.

Voor het meten van ioniserende straling wordt in de prak-tijk gebruikgemaakt van stralingsmeters en -monitoren,ontwikkeld voor verschillende doeleinden en voor verschil-lende typen straling.Enige veelgebruikte detectoren zijn de ionisatiekamer, deGeiger-Müllertelbuis en de scintillatiedetector. In de multi-dosismeters zijn verschillende typen detectoren opgenomen.

Naast de pendosismeter zijn in Nederland, als dosismetersvoor de meting van de door personen ontvangen stralings-dosis, in gebruik de thermoluminescentiedosimeter (TLD) enrecent het EPD (electronic personal dosemeter)-systeem.De filmbadge is verouderd.In de industrie wordt de TLD-meter naast de direct aflees-bare pendosismeter veelvuldig toegepast, met name door-dat de TLD wettelijk erkend is.

Het EPD-systeem, dat reeds gedurende enige jaren geschiktis voor toepassing, wordt door steeds meer officiële instan-ties als betrouwbaar beschouwd en toegelaten in de dage-lijkse praktijk. Algemeen kan worden gesteld dat de gevoe-ligheid van de EPD een factor 50 tot 200 beter is dan dievan de TLD, waardoor de EPD geschikt is om de aanbevo-len limietwaarden van de International Commission onRadiological Protection in ICRP60 (uit 1990) te detecteren.Ook moet het grotere meetgebied ten opzichte van de TLDworden genoemd.

Stralingseffecten bij de mensIeder mens ondergaat een voortdurende natuurlijke bestra-ling vanuit zijn omgeving (radioactiviteit, kosmische stra-ling). In [lit. 69 en 70] is uitvoerige informatie over de na-tuurlijke achtergrondstraling te vinden. Naast deze stralingworden tal van personen op medische gronden, in hoofd-zaak bij de röntgendiagnostiek, aan bestraling blootgesteld.De doses van andere kunstmatige bronnen, die niet meeruit het dagelijks leven zijn weg te denken, zoals televisie-toestellen, rookmelders en lichtgevende voorwerpen, zijnin het algemeen gering.Zeer ernstig kunnen de gevolgen zijn, zowel voor het be-straalde individu als voor zijn nageslacht, van een te sterkestraling, waarvan in een korte tijd een hoge dosis wordtontvangen.

Biologische effecten van stralingDe schadelijke biologische effecten, die het gevolg zijn vande blootstelling, bij cellen en weefsels worden onderver-deeld in stochastische en deterministische (of niet-stochas-tische) effecten. Zij verschillen in de relatie tussen dosisen effect.De stochastische effecten als tumorinductie, leukemie engenetische effecten worden ook wel late effecten genoemd,aangezien er minstens enige jaren verstrijken tussen deblootstelling aan straling en het optreden van een effect.

Deterministische effecten van straling zijn in het algemeenbinnen zeer korte tijd, dat wil zeggen binnen enkele urentot enige maanden, na de bestraling waarneembaar. Zijworden daarom ook wel stralingsziekten of acute effectengenoemd. Zij worden veroorzaakt, doordat binnen een or-gaan zoveel cellen worden beschadigd of gedood, dat denormale orgaanfuncties worden verstoord of niet meermogelijk zijn. Een dosis van 1 sievert of minder, waarbij deblootstelling niet uitzonderlijk is, veroorzaakt voor zoverbekend geen stralingsziekte.

Arbeidshygiënisch beleid, maximaal toelaatbare dosis-equivalentenSinds 1928 is de ICRP leidinggevend bij het opstellen vanbasisrichtlijnen voor de bescherming van personen die bij-voorbeeld beroepshalve, aan straling worden blootgesteld[lit. 68].

Er is een verschil in de aanvaardbaarheid van risico vooreen individu naarmate het beroepsrisico's of onvermijdbarerisico's van het dagelijks leven betreft. Men onderscheidtdan ook twee groepen, aangeduid als 'leden van de bevol-king' of niet-radiologische werkers en 'beroepshalve bloot-gestelden' of radiologische werkers.Het gebruik van ioniserende straling en van radioactievestoffen of toestellen is in Nederland geregeld in de Kern-energiewet [KeW, lit. 69] en het daarop gebaseerde Be-sluit Stralenbescherming. De Kernenergiewet staat niet opzich. Hij maakt deel uit van de Nederlandse wetgeving ophet gebied van de arbeidsomstandigheden, het milieu ende volksgezondheid; wel is bepaald, dat in geval van tegen-strijdige wetgeving de KeW voorrang heeft. Zo zijn bijvoor-beeld voor een industrieel bedrijf of een laboratorium, waarmet ioniserende straling wordt gewerkt, in principe ook deregels van de Arbeidsomstandighedenwet (ARBO-wet)krachtens het Veiligheidsbesluit Fabrieken en Werkplaatsenvan toepassing en speelt bij het toekennen van vergunnin-gen de Wet Milieubeheer een rol.

Bij iedere toepassing van ioniserende straling zijn er drienormatieve beginselen die het stralingshygiënische beleidbepalen. Zij dienen in de vermelde volgorde te wordengehanteerd. Deze beginselen zijn: het rechtvaardigheidsprincipe. Bij een voorgenomen toe-

passing moet worden nagegaan of de voordelen groterzijn dan de nadelen. Toetsing aan het rechtvaardigheids-beginsel vindt onder meer plaats bij de aanvraag van eenvergunning voor een nieuwe toepassing;

het ALARA-beginsel. ALARA is een proces waarbij, reke-ning houdend met maatschappelijke en economische fac-toren, wordt gestreefd naar een zo laag mogelijke bloot-

Page 74: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

72

stelling aan ioniserende straling. ALARA wordt zowel inde ontwerpfase als in de bedrijfsfase toegepast;

dosislimieten. Het toepassen van ALARA is door indivi-duele dosislimieten aan een bovengrens gebonden;

de maximale dosis voor niet-radiologische werkers is2 mSv per jaar. Deze limiet is tevens bepalend voor hetontwerp en de inrichting van de arbeidssituatie. Limietenvoor bergplaatsen, vervoer, bunkers en afzettingen wor-den van deze limiet afgeleid.

De maximale dosis voor radiologische werkers is 20 mSvper jaar. Ter bescherming van deze groep werknemers wor-den aanvullende maatregelen getroffen, zoals de verplich-ting tot persoonsdosimetrie, medisch toezicht en opleidingvoor het omgaan met radioactieve stoffen of toestellen.

Bij het bepalen van de dosislimieten voor leden van de be-volking gaat de Nederlandse Overheid uit van algemenerisicogrenzen, die overeenkomen met een effectief dosis-equivalent van 0,4 mSv per jaar. Voor iedere afzonderlijkeactiviteit (van een bedrijf) geldt, dat niet meer dan 10%(0,04 mSv per jaar) aan dit risico mag worden bijgedragen.Ook is gesteld dat ieder bedrijf moet streven naar het noglagere niveau van 0,004 mSv per jaar.

In het voorstel voor een EEG-richtlijn worden nog limietenvermeld, die een aanscherping vormen van de nu geldendewaarden, die door de Overheid al gehanteerd worden bijde uitoefening van haar handhavingstaken, waarbij geenverschil wordt gemaakt tussen radiologische en niet-radio-logische werkers.

VergunningenDe Kernenergiewet berust vooral op een vergunningenstel-sel, onder meer voor het gebruik van röntgentoestellen,met een maximale buisspanning gelijk aan of groter dan100 kV en voor andere toestellen, waarbij röntgenstralingvrijkomt boven een voorgeschreven drempelwaarde.Vergunningen moeten worden aangevraagd bij de DirectieStralingsbescherming van het Ministerie van Sociale Zakenen Werkgelegenheid of bij de locale inspectiediensten voorde volksgezondheid. Vergunningen worden niet afgegevenals de aanvrager niet over voldoende deskundigheid beschikt.

DeskundigheidVolgens de uitvoeringsbesluiten van de Kernenergiewetmoet het verrichten van radiologische werkzaamhedenwaar een vergunning voor nodig is, geschieden onder toe-zicht van een bevoegde deskundige, die op de hoogte isvan de gevaren, welke deze werkzaamheden met zich meekunnen brengen. Bij het verlenen van de vergunning voorradiologische werkzaamheden wordt ook de deskundigheidvan de verantwoordelijke personen beoordeeld. Naast devakkennis voor de betreffende werkzaamheden moeten zijde stralingsveiligheid kunnen beoordelen en in staat zijn dejuiste veiligheidsmaatregelen voor te schrijven. Ook hetinstrueren van de werkers en het uitoefenen van controleop de genomen veiligheidsmaatregelen door middel vanmetingen behoort tot hun taak. Een aparte deskundige isniet nodig als de vergunninghouder of de gebruiker vaneen toestel zèlf deskundig is.

De eisen, die aan de toezichthoudende en uitvoerende des-kundigen worden gesteld, hangen af van de aard van hetbedrijf en van de werkzaamheden, alsmede van de gebruiktestralingsbronnen. Er zijn daarom verschillende graden vandeskundigheid vastgesteld. Zie voor de omschrijving vande verschillende niveaus 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A en 5B [lit. 3].Ook de eisen waaraan de opleiding dient te voldoen metde te behandelen onderwerpen, zowel theoretisch als prak-tisch, staan vermeld in de Kernenergiewet. Een onderdeelvan de Kernenergiewet (Stcrt 230) vormt nog de lijst vande opleidingsinstituten die aan de gestelde eisen voldoenen die de opleidingen mogen verzorgen.Voor het NDO is nog van belang op te merken dat voor(inspectie)bedrijven met een buitendienst geldt dat de in-spectie op locatie door een deskundige met minimaal ni-veau 5A naast tenminste één andere medewerker moetworden uitgevoerd.

VeiligheidDe uitvoeringsbesluiten bevatten voorts onder meer voor-schriften voor de inrichting van werkruimten; artikelenover beveiligingsmiddelen: afscherming, kleding, appara-tuur voor afstandsbediening en bepalingen betreffende decontrole van stralingsniveaus waar dit nodig is.Bij toestellen die een sterke en harde straling geven, dienttijdens bedrijf de toegang tot de ruimte waar het toestelstaat onmogelijk te zijn, door de ruimte af te sluiten. Buitendeze ruimte en ook buiten een afzetting mag het dosistemponiet hoger zijn dan 5 mSv/jaar. Tevens dienen waarschu-wingslichten het in werking zijn van het apparaat aan tegeven.Elk röntgenapparaat dient beveiligd te zijn met een slot,zodat onbevoegden het apparaat niet aan kunnen zetten.

De werkers zijn wettelijk verplicht de veiligheidsvoorschriftente kennen en moeten ook op de hoogte zijn van het gevaardat ze kunnen lopen. Het bedrijf is voorts verantwoordelijkvoor het naleven van de voorschriften, waarvan afwijkingenalleen kunnen worden toegestaan door de arbeidsinspectie,zowel voor toezichthouders als voor werkers.Het dragen van middelen voor persoonlijke controle bijradiologisch werk is verplicht, tenzij het districtshoofd vande Arbeidsinspectie dit niet nodig acht. Blijft het dosis-tempo<5 mSv/jaar, dan hoeven geen bijzondere voorzie-ningen te worden getroffen.Nog opgemerkt moet worden, dat ook de Arbowet (in art.24) een vergelijkbare toezichthoudende deskundige kent.Voorts geeft deze wet aan, dat bepaalde instellingen moe-ten beschikken over een veiligheidsdienst met veiligheids-deskundigen. Een veiligheidsdeskundige vervult in een or-ganisatie een adviserende rol en gaat bijvoorbeeld na of degetroffen veiligheidsmaatregelen aan het beoogde doel be-antwoorden. Zijn taak kan worden uitgebreid tot de stra-lingsveiligheid.

12.3 Andere vormen van elektromagnetischestraling

Ook andere vormen van elektromagnetische straling kun-nen, als de dosis boven een bepaalde waarde komt, biolo-gische effecten veroorzaken, waarvan nog niet alle dosis-effectrelaties voldoende bekend zijn. In een aantal gevallenzijn de gevolgen bij acute pijn of verblinding direct waar-neembaar.

Ultraviolet lichtDe ultraviolette straling, het gedeelte van het elektromag-netisch spectrum met golflengten tussen die van röntgen-straling en zichtbaar licht, wordt niet alleen geproduceerddoor UV-lampen, die bij het penetrant- en magnetisch on-derzoek worden gebruikt, maar ook bij elektrische ontladin-gen bijvoorbeeld in gasontladingslampen en in de lasboog.De ultraviolette straling, vooral het gedeelte met een golf-lengte kleiner dan 0,3 micrometer, kan schadelijk zijn voorde gezondheid.Zo kan de directe inwerking op de ogen de zogenaamdelasogen of sneeuwblindheid veroorzaken, waarvan bij eenniet te sterke bestraling de pijnlijke symptomen na enigeuren al optreden en enige dagen kunnen duren.Een tweede effect is het bruin worden en bij te sterke oflangdurige blootstelling het verbranden van de huid. Ookkan het ultraviolette licht op de lucht inwerken en ozonvormen. Bij een te hoge ozonconcentratie treedt irritatievan de ogen, de neus en de keel op.Een en ander houdt in, dat, ter bescherming van degenedie aan UV-licht wordt blootgesteld, voorzorgen dienen teworden getroffen. Deze kunnen bestaan uit: voldoende be-scherming van het lichaam, bijvoorbeeld kleding, oogkappenmet speciale glazen; een goede afzuiginstallatie en eenregelmatige controle van het ingebouwde filter van de UV-lamp, dat de kortgolvige UV-straling wegvangt.

Zichtbaar lichtVele ongelukken worden veroorzaakt door verblinding, bij-voorbeeld bij het werken in zonlicht door reflecties van

Page 75: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

73

vooral witte oppervlakken. Men dient hierop bedacht tezijn en zo nodig een donkere bril te dragen.

In Nederland bestaan er geen wettelijke voorschriften ofgrenswaarden voor blootstelling aan optische straling inarbeidssituaties. Wel zijn er in 1992 adviezen van algemeneaard door de Gezondheidsraad gepubliceerd [zie ook lit. 71].

In dit verband dient ook de verlichting van de werkruimtete worden genoemd. Deze moet adequaat zijn, teneindeonzorgvuldig werk en ongelukken te vermijden: oriëntatie-verlichting 10 - 200 lux, werkverlichting 200 - 800 lux enspeciale werkverlichting 800 - 3000 lux.

Laser lichtBinnen en buiten het NDO wordt de laser op tal van plaat-sen gebruikt, zoals bijvoorbeeld voor meet- en regeltech-nische toepassingen en bij het snijden en lassen van meta-len. Gezien de grote intensiteit van de vaak smalle laser-bundel bestaat de kans op onherstelbare oogbeschadigingen zelfs blindheid. Het dragen van een speciale bril kanworden voorgeschreven. Op dit gebied bestaan er geenwettelijke voorschriften. NEN 10825-1 geeft wel een inde-ling van de bronnen in gevarenklassen met een overzichtvan bijbehorende maatregelen. Klasse 1 is veilig, klasse 2is niet volledig veilig, de klassen 3a en 3b zijn gevaarlijk enklasse 4 is zeer gevaarlijk. De norm schrijft in laboratoriaen werkplaatsen het plaatsen van waarschuwingsbordenvoor bij gebruik van lasers vanaf klasse 3b en in de openlucht vanaf klasse 3a.

Infrarood lichtInfrarode stralen, ook wel warmtestralen genoemd, kunnenbij een te grote intensiteit door absorptie onder andere inde huid, weefselbeschadigingen veroorzaken. In de praktijkkomen, vooral bij het werken met hete lichamen, zoals bijlassen, oogklachten het meest voor. De absorptie van deinfrarode stralen kan staarvorming veroorzaken.

MicrogolfstralingOok microgolfstraling kan bij absorptie in het lichaamschade berokkenen, vergelijkbaar met die veroorzaakt doorinfrarood licht. Voor de mens is deze straling in één op-zicht gevaarlijker dan het infrarood, omdat microgolvenvan bepaalde frequenties in het lichaam pas onder de metwarmtegevoelige cellen uitgeruste huid worden geabsor-beerd, zodat inwendige verbranding kan optreden, zondereen gevoel van pijn. Bronnen van microgolven dienen, aldan niet voorzien van waarschuwingsborden, te wordengemeden, temeer daar handige middelen voor de detectievan microgolfstraling nog ontbreken. De Nederlandse Ge-zondheidsraad acht een stralingsintensiteit van maximaal100 W/m2 gedurende ten hoogste 5 uur per etmaal ofmaximaal 10 W/m2 per etmaal niet schadelijk.

12.4 Geluid en trillingenHoorbaar geluidEen NDO-onderzoeker kan tijdens zijn werkzaamheden temaken krijgen met industrielawaai, zoals bijvoorbeeld hetlawaai van drilboren en machines of het geluid van gasstro-ming in pijpen. Zowel storingen in de communicatie alsschrikreacties bij het horen van een geluidspuls, waren alvaak aanleiding tot ongelukken. Uit ervaring is bekend, dateen geluidsniveau boven de 90 dB (Absoluut) gehoorbe-schadiging (doofheid) veroorzaakt, maar naar allerlei fysiolo-gische effecten van geluid, bijvoorbeeld op de bloeddruk,de slaap, enz. is het onderzoek nog lang niet afgesloten.

Voor de werker zijn van belang de voorschriften op het ge-bied van de veiligheid en de gezondheid bij de arbeid geba-seerd op de Arbowet en de Wet Geluidshinder, opgenomenin de Wet Milieubeheer en het Veiligheidsbesluit Fabriek enWerkplaatsen. In de Nederlandse Wetgeving worden geluids-niveaus van meer dan 80 dB(A) als schadelijk aangemerkt.Boven dat niveau moeten blootgestelde werknemers wor-den voorgelicht over de gevaren van schadelijk geluid enover de bedrijfsmaatregelen ter beperking van de gevaren.

Bovendien moeten de werknemers in de gelegenheid wor-den gesteld om regelmatig hun gehoorvermogen te latenonderzoeken.

De werkgever moet boven een constant geluidsniveau van80 dB(A) en boven een equivalent dat geldt voor het werkenbij een wisselend geluidsniveau, passende gehoorbescher-mingsmiddelen ter beschikking stellen. Bij het ondergaanvan een wisselende geluidsdruk kan gedurende kortere tijdook een niveau boven de 80 dB(A) zonder gevaar wordenverdragen (NEN 3418 en 3419). Het dragen van oorbe-schermers is verplicht boven 90 dB(A). De gebruikte oor-beschermers moeten het geluidsniveau terugbrengen totonder de 80 dB(A). De Wet schrijft voor, dat plaatsen waarde equivalente geluidsniveaus hoger zijn dan 90 dB(A) af-gebakend en gemarkeerd moeten zijn, bijvoorbeeld metlijnen op de vloer en met waarschuwingsborden. Deze zo-genaamde gehoorbeschermingszones mogen alleen wordenbetreden door werknemers, die zijn voorzien van gehoor-bescherming.Ook voor het geluid geldt de kwadratenwet, zodat afstandhouden preventief werkt.

Ultrasoon geluidDe uitgezonden energiedichtheid van een ultrasoon toestelvoor NDO die ongeveer 1 mW/cm2 bedraagt, wordt als on-gevaarlijk beschouwd. Toch moet er op worden gewezen,dat ultrasone golven op zichzelf niet ongevaarlijk zijn, om-dat ze het vermogen hebben lokaal grote hoeveelheden aanenergie af te geven. Bij het ultrasoon reinigen van metaal-oppervlakken en bij het ultrasoon lassen wordt hiervan ge-bruikgemaakt. In de medische wereld, worden de U.S.-gol-ven ook wel aangewend voor de vernietiging van cellen.Bij de toepassing van U.S. onder water wordt het onder-dompelen van bijvoorbeeld een hand ten stelligste ontradenom mogelijke lokale weefselvernietiging te voorkomen. Bijhet werken in lucht zal dit gevaar, gezien de slechte koppe-ling, verwaarloosbaar zijn.Ook in andere opzichten is het ultrasoon onderzoek nietzonder gevaar. Zo wordt in [lit. 71] een aantal ziektever-schijnselen zoals gehoorschade, druk op de oren, snel ver-moeid raken, hoofdpijn, misselijkheid en oorsuizingen aande blootstelling aan ultrageluid in industriële situaties toe-geschreven. Ook schade aan ogen is geconstateerd. Even-eens in [lit. 71] wordt een aantal mogelijkheden ter voorko-ming behandeld en worden maximaal toelaatbaar geachtewaarden van het trillingsdrukniveau per tertsband ter plaatsevan het oor gegeven. De gehoorschade treedt, zoals onder-zoek heeft aangetoond, meestal op in het overgangsgebiedrond 20.000 Hz van hoorbaar naar ultrageluid. Uit [lit. 71]blijkt dat weinig bekend is over mogelijke effecten bij fre-quenties in het megaherzbereik.

Mechanische trillingen[Lit. 71] wijst op het gevaar voor de gezondheid van mecha-nische trillingen en schokbelastingen.

12.5 Gevaarlijke stoffenOp dit gebied gelden de Arbowet voor de bescherming vanhet personeel en de Wet milieugevaarlijke stoffen (WMS)ter bescherming van werknemers en milieu. Zij geven voor-schriften ten aanzien van het bewaren, verwerken en lozenvan giftige en brandbare stoffen. De werkgever zal aan dehand van het veiligheidsinformatieblad van de WMS metde precieze details toezicht houden op de aspecten vanarbeidshygiëne en veiligheid.Bij het NDO zelf geeft het penetrant onderzoek in dit ver-band aanleiding tot gevaren, vooral van de oplos- en schoon-maakmiddelen. Bepaalde dampen kunnen bij grote concen-traties ademhalingsmoeilijkheden veroorzaken. Sommigestoffen hebben een vetonttrekkende werking.Gezorgd moet worden voor een goede afzuiging, zo nodigmoeten ademhalingsbeschermers worden voorgeschreven enook het gebruik van rubberhandschoenen is aan te bevelen.

In dit verband moet nog worden gewezen op het P-blad 145

Page 76: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

74

van de Arbeidsinspectie, waarin lijsten zijn opgenomen vanschadelijke stoffen met de bijbehorende maximaal aan-vaarde concentraties (de MAC-waarden) van deze stoffenin de lucht op de werkplek [zie ook lit. 71].

12.6 ElektriciteitBij alle technieken, waarbij elektriciteit wordt gebruikt, dientde onderzoeker op de hoogte te zijn van de algemene nor-men en veiligheidsvoorschriften. Tijdens zijn werk moet hijopen spanningen vermijden en bedacht zijn op mogelijkelekstromen naar aarde, kortsluiting en het optreden van ont-ladingen. Zorg voor en controle van de apparatuur dragenbij tot de veiligheid.Vooral bij werkzaamheden gedeeltelijk of volledig onderwater moeten strenge veiligheidseisen worden gesteld endient de werker zelf grote voorzichtigheid te betrachten.Zo geleidt het menselijke weefsel in water stroom beterdan de omringende vloeistof, zodat een mogelijke stroomde weg door het lichaam kiest. [Lit. 71] bespreekt het ver-band tussen de tijdsduur en de stroomsterkte en geeft voorwisselstroom vier zone's: zone 1 geen effecten, zone 2geen schadelijke fysiologische effecten, zone 3 geen orga-nisch letsel en zone 4 kans op ernstig tot lethaal letsel.Nieuw is ook de aandacht die wordt besteed aan mogelijkeeffecten van elektrische en magnetische velden.Er is een Europese Richtlijn opgesteld (richtlijn 2004/40/EG),welke binnen enkele jaren tot wet zal worden verheven.Dit zal met name voor het magnetisch onderzoek verstrek-kende gevolgen hebben om aan de gestelde normen te vol-doen. Het is raadzaam bij het gebruik van apparatuur teinformeren naar regels voor gebruik in relatie tot deze EURichtlijn.

Een apart probleem bij het gebruik van (sommige) pene-tranten vormt het explosiegevaar. Ook bij het magnetischonderzoek speelt dit gevaar een rol. Voor de zekerheid kaneerst een gastest worden uitgevoerd, voordat het onder-zoek wordt verricht. Ook moet men bedacht zijn op eenmogelijke vonkwerking, die het gevolg is van statischeelektriciteit. In het algemeen gelden voor de geschetstesituaties veiligheidsvoorschriften.

Page 77: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

75

Hoofdstuk 13

De organisatie van het niet-destructiefonderzoek

13.1 InleidingDe toepassing van NDO in de praktijk vereist niet alleen eenaccuraat en met kennis van zaken uitgevoerde inspectie,maar ook een doelmatige organisatie van het onderzoek,waarin tal van aspecten van tevoren moet worden gere-geld. Veelal, als er meerdere instanties bij het onderzoekzijn betrokken, dienen er afspraken te worden gemaakt, diezo nodig schriftelijk worden vastgelegd. Aan drie belang-rijke aspecten moet aandacht worden geschonken: de zorgvoor het waarborgen van de veiligheid, de uitvoering vanhet onderzoek en de interpretatie de resultaten.

In het vorige hoofdstuk is uitgebreid aandacht geschonkenaan de aspecten van de veiligheid. Zo is bij technieken, diegevaar opleveren, toezicht vereist op het naleven van (wet-telijke) veiligheidsvoorschriften en ligt de uiteindelijke ver-antwoordelijkheid veelal bij speciaal opgeleide functiona-rissen. Voorts dient de onderzoeker, waarbij de primaireverantwoording ligt, zeker voor de dagelijkse praktijk vaneen aantal risico's en van veilige werkwijzen op de hoogtete zijn. Voor een overzicht van de beschikbare normen, ziefiguur 13.1.

figuur 8.27 Overzicht van de geldende acceptatie- en uitvoe-ringsnormen

De uitvoering van het onderzoek dient te worden geregeldin de acceptatie- en in de onderzoeksspecificatie. In dezespecificaties wordt vastgelegd in welke mate bepaaldeobjecten moeten worden onderzocht, wanneer dit dient tegeschieden en welke onvolkomenheden ontoelaatbaar zijn.Voorts dienen afspraken te worden vastgelegd over de tegebruiken NDO-methode(n), de te volgen onderzoekspro-cedure en over de aan de onderzoeker te stellen eisen.Bepaalde bedrijven kennen het kwaliteitsbewakingssysteem,een zeer ver doorgevoerde vorm van organisatie, waar hetNDO een deel van is.

Na het onderzoek zal een opdrachtgever een beoordelingwensen, waarbij moet worden beslist of een onderzochtobject voldoet aan de gestelde eisen. Veelal is deze taakgedelegeerd aan bijvoorbeeld keuringsinstanties. Daarna isde gebruiker aansprakelijk voor het veilig en bedrijfszekerfunctioneren van het object. Bij de keuringscriteria valt denadruk op de beoordeling van het vakmanschap bij de fa-bricage van een object of op een toetsing op doelgeschikt-heid (fitness for purpose), waarbij wordt nagegaan of hetobject tijdens bedrijf aan het gestelde doel kan voldoen.

13.2 De acceptatiespecificatieEen algemene acceptatiespecificatie bevat de volgendeelementen: de verantwoordelijkheid van de betrokken partijen (op-

drachtgever, fabrikant, uitvoerders van het onderzoek); materiaalgegevens, gebruiksdoel. Een goede specificatie

voor een inspectie is alleen mogelijk bij de beschikbaar-heid van gegevens over de materiaalsamenstelling, demechanische eigenschappen, de afmetingen, de vervaar-digingsmethoden van het materiaal en van de construc-tie en het gebruiksdoel;

de omschrijving van de defecten, die in het materiaal ofin de constructie kunnen voorkomen;

de toelaatbaarheid van deze onvolkomenheden, met ver-wijzingen naar officiële voorschriften, waardoor de aard,de afmetingen en de verdeling is vastgelegd (beoorde-lingscriteria);

de onderzoeksprocedure. Hierin wordt vastgelegd de tegebruiken NDO-methode(n), waar en wanneer moet wor-den geïnspecteerd (bijvoorbeeld waar tijdens het fabrica-geproces) en worden de eisen waaraan het object voorde uitvoering van goed NDO moet voldoen (temperatuur,toegankelijkheid, vorm, afmetingen, oppervlakteruwheid,enz.) gespecificeerd.

specifieke details, die op de methode en de apparatuur(ijking, gevoeligheid, referenties) betrekking hebben,worden veelal opgenomen in een aparte onderzoeks-specificatie.Ook de vastlegging van de omvang van het onderzoek(steekproefpercentage, uitgebreidheid) is aangegeven.Niet alleen is vastgelegd op welke wijze het onderzoekmoet worden uitgevoerd, ook ligt vast wie het onder-zoek mag uitvoeren, wie toezicht uitoefent, hoe en aanwie moet worden gerapporteerd en wie met welke crite-ria beoordeelt.

de beoordeling. Indien de beoordeling tot afkeuren leidt,dan zijn er drie opties: reparatie, speciale evaluatie ofdefinitieve afkeuring.Wat de reparatie betreft, deze dient economisch aan-trekkelijk en technisch verantwoord te zijn. Indien menreparatie toestaat, dient ook de (NDO)-methode te wor-den aangegeven, waarmee de reparatie moet wordengecontroleerd.Een speciale evaluatie, die in twijfelgevallen noodzakelijkis, kan inspectie met andere NDO-methoden tot gevolghebben, maar kan ook een nieuwe sterkteanalyse inhouden.

de afwikkeling van het onderzoek, waarbij onder meer deverzorging van het onderzoeksrapport wordt geregeld.

13.3 Kwalificatie en certificatie van de onder-zoeker

De kwaliteit van NDO wordt in belangrijke mate bepaalddoor het vakmanschap van de onderzoeker. Om de vakbe-kwaamheid van de onderzoeker te kunnen waarborgen isin 1966 door The American Society of Non DestructiveTesting (ASNT) voor werkgevers een systeem omschreven,waarin de kwalificatie en certificatie voor 3 verschillendeniveau's is vastgelegd.

De niveau's die in de door ASNT opgestelde RecommendedPractice No. SNT-TC-1A worden onderscheiden zijn:Niveau 1

Onderzoekers die onder toezicht van een niveau 2 of ni-veau 3 deskundige werkzaamheden verricht, te weten: NDO-apparatuur instellen; routinematig onderzoek uitvoeren; vastleggen onderzoeksresultaten en classificeren hier-

van volgens opgestelde criteria; rapporteren onderzoeksgegevens.

Niveau 2Een niveau 2 deskundige kan zelfstandig niet-destructiefonderzoek verrichten met de methode vastgelegd op zijncertificaat volgens vastgestelde en erkende procedures.

Page 78: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

76

Onderzoekers op niveau 2 zijn bekwaam om: de techniek van onderzoek voor de te gebruiken me-

thode uit te kiezen; de grenzen van toepasbaarheid van de onderzoeksme-

thode aan te geven; NDO-normen en -specificaties om te zetten in NDO-

instructies; apparatuurinstellingen op te stellen en te verifiëren; zelfstandig onderzoek uit te voeren en er toezicht op

te houden; de resultaten te interpreteren en te evalueren in samen-

hang met normen, codes of specificaties, die moetenworden nageleefd;

geschreven werkinstructies voor te bereiden; alle taken waarvoor niveau 1-personeel is gekwalificeerd

uit te voeren, alsmede het houden van toezicht daarop; personeel op of beneden niveau 2 te begeleiden; de rapporten van niet-destructief onderzoek te structu-

reren en op te stellen.Niveau 3

Een op niveau 3 gecertificeerd persoon is bekwaam zelf-standig handelingen voor de onderzoeksmethode, waarinhij gecertificeerd is, uit te voeren en te begeleiden. Onder-zoekers op niveau 3 zijn bekwaam om: de volledige verantwoordelijkheid op zich te nemen over

onder zijn leiding werkende niet-destructief onderzoekersmet de onderzoeksfaciliteit(en);

NDO-instructies en -procedures vast te stellen en gel-dig te verklaren;

normen, codes, specificaties en procedures te inter-preteren;

de te gebruiken onderzoeksmethoden, NDO-proceduresen -instructies aan te wijzen;

alle taken van niveau 1- en niveau 2-onderzoekers uitte voeren, alsmede het houden van toezicht daarop.

Onderzoekers op niveau 3 zijn deskundig om onderzoeks-resultaten in vergelijk met bestaande normen, codes enspecificaties te evalueren en interpreteren. Zij bezitten vol-doende praktische kennis van toe te passen materialen,fabricage- en productietechnologie om methoden en tech-nieken vast te stellen en bij te dragen aan de definiëringvan aanvaardbaarheidscriteria, voor zover die niet bestaan.Zij zijn in algemene zin bekend met andere NDO-metho-den en hebben de bekwaamheid om personeel benedenniveau 3 te begeleiden en te autoriseren.Personeel op niveau 3 mag, indien daartoe aangesteld,kwalificatie-examens afnemen en daarop toezicht houden.

Met EN 473 als uitgangspunt is in verschillende landen eenvergelijkbaar kwalificatie- en certificatiesysteem ingevoerd.Het grote verschil met het systeem van ASNT is, dat inplaats van de werkgever, een derde onafhankelijke partijvoor de kwalificatie en certificatie van NDO-personeel ver-antwoordelijk werd gesteld. In Nederland vond dit plaats in1980 door een onafhankelijke stichting, nu Hobéon SKO teDen Haag (telefoon 070-3066850). Inmiddels zijn in Neder-land ook andere partijen als LRQA en DNV op dit vlak actief.

Om aan de voor ieder niveau gestelde eisen te voldoen,kan men per methode (radiografie, ultrasoon, penetrant,magnetisch, wervelstroom) examen doen ten aanzien van: een algemeen theoretisch gedeelte; een specifiek theoretisch gedeelte; praktijk van het toepassen (van de basisverrichtingen in

(verschillende) product en/of industriële sectoren van debetreffende methode.

In EN 473 wordt als vooropleiding vereist voor: niveau 1 en 2: geen specifieke eisen; niveau 3: een combinatie van vooropleiding en/of speci-

fieke beroepservaring.

SNT-TC-1A kent voor alle deskundigheidsniveau's een com-binatie van vooropleiding en/of specifieke beroepsopleiding.

CertificatieCertificatie volgens EN 473 is mogelijk als naast een succes-vol afgelegd examen, men ook door de werkgever geauto-

riseerd is in een schriftelijk vastgelegde verklaring dat menvoldoet aan een minimum periode van geregistreerde enrelevante praktische ervaring en de onderzoeker aan de ge-stelde eisen voldoet dat betreffende het gezichtsvermogen.Het persoonsgebonden certificaat is maximaalvijf jaar gel-dig en kan op basis van aantoonbare relevante werkerva-ring, één keer worden verlengd. Na tien jaar moet een her-certificatie plaatsvinden op basis van een vereenvoudigdpraktijkexamen voor niveau 1 en 2. Voor niveau 3 deskun-digen geld dat hercertificatie kan plaatsvinden op basisvan een theoretisch examen of een gestructureerd punten-systeem.

Volgens SNT-TC-1A geldt een vergelijkbare methodiek.Een werkgever moet dan in een eigen Written Practice om-schrijven hoe het de certificatie, verlengingen en hercertifi-catie regelt. In tegenstelling tot certificaten volgen EN 473,zijn deze certificaten bedrijfsgebonden.

Opleiding en examineringOpleiding op niveau 1 en 2 voor NDO worden onder andereverzorgd door Applus RTD te Rotterdam, AIB-Vinçotte teBreda, Materiaal Metingen te Ridderkerk, Sonovation teOosterhout, SGS te Spijkenisse en TIAT te Roosendaal.

Het Centrum van Techniek, onderdeel van HogeschoolUtrecht, verzorgt de niveau 3 opleidingen. Daarnaast ver-zorgen zij ook een groot aantal cursussen op het gebiedvan de inspectie, preventief onderhoud met een toene-mend accent op niveau 3.

Een commissie van KINT houdt toezicht op het niveau ende inhoud van de NDO-cursussen.

13.4 Kwaliteitsbeheersing (borging) enkwaliteitsbewaking

Hoewel de fabricagetechnieken nog steeds worden verbe-terd, komen in producten en constructies toch materiaal-fouten voor. Het is vanzelfsprekend dat men ernaar streefteen product zijn functie te laten vervullen tijdens de vereiste(zo lang mogelijke) levensduur. Daarnaast wordt het steedsbelangrijker het materiaal en de materiaaleigenschappeneffectiever te benutten (door bijvoorbeeld de toelaatbarespanning te verhogen), en krijgt men te maken met toene-mende gecompliceerdheid van constructies. Bovendienlopen tegenwoordig de kosten van uitval en reparatie hoogop. Deze en andere redenen maken het soms noodzakelijkom het totstandkomen van de intern of extern (opdracht-gever) geëiste kwaliteit goed onder controle te houden.Het is hierbij gewenst, dat het management van een bedrijfde zorg voor de kwaliteit een wezenlijk deel van het beleidlaat zijn en dat het uitvoerend kader voldoende is geoefenden opgeleid. Het is namelijk gebleken, dat de vereiste kwa-liteit het onomstotelijk gevolg is van een goed beheerst engeorganiseerd productieproces.

Voor bepaalde producten worden door de gebruiker in hetalgemeen alleen eisen gesteld aan afmetingen, levertijd, prijsen garanties. De gebruiker controleert veelal (bijvoorbeeldvia ingangscontroles) hierbij zelf de kwaliteit van het product.

Bij gecompliceerde objecten en constructies (offshore in-stallaties, kernreactoren) is dit echter niet meer voldoendeof mogelijk en dient de controle, de zorg voor de kwaliteit(kwaliteitsborging) zodanig te zijn geregeld, dat de afne-mers er zeker van kunnen zijn, dat afgeleverde productenvolledig aan de gestelde eisen voldoen. Bepaalde bedrijvenhebben hiervoor een kwaliteitssysteem ingevoerd, dat aaninterne en aan internationale normen [zie lit. 76] voldoeten dat is vastgelegd in een kwaliteitshandboek, ook welhandboek kwaliteitsborging genoemd.Hierin wordt veelvuldig gebruikgemaakt van de normenIS0 9000 tot en met 9004 en BS 5750.Een organisatie kan voor zijn systeem van kwaliteitsbewa-king worden gecertificeerd. Niet alleen multinationals, maarook de Nederlandse Overheid gaat er steeds meer toe overopdrachten te gunnen aan bedrijven die (tenminste) gecer-

Page 79: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

77

tificeerd zijn conform ISO 9000. Bij deze certificering vol-doet men aan de gestelde eisen ten aanzien van interneorganisatie van de fabriek, het kwaliteitsbeleid, productie-faciliteiten, wijze van ontwerpen en fabriceren met daaraanverbonden de uit te voeren keuringen. Deze eisen zijn veelalgeformuleerd voor de diverse stadia die een product door-loopt, te weten, het ontwerp-, marketing-, productie- enservicestadium. Het omvat procedures zoals in tabel 13.1aangegeven.

tabel 13.1 Elementen van een kwaliteitshandboek

controle- en bewakingssysteem van de distributie van tekeningen toe te passen fabricage- en onderzoekmethoden bestelspecificaties controles op binnenkomend materiaal documentatie van de gedurende het fabricageproces benodigde

bewerkingen en kwaliteitscontroles procedures voor herbeproeving en reparatie registratie van onderzoek- en inspectierapporten identificatiesysteem van materialen. validatie van methoden en onderzoekspersoneel

Voorts worden er in vastgelegd: de productiefaciliteiten,onderzoek- en inspectiemogelijkheden en gegevens overde kwalificatie van het personeel.Bij een minder omvangrijk project wordt volstaan met eenkwaliteitsbewakingplan met alleen specifieke gegevens overhet project en verwijzingen naar het kwaliteitshandboek.

Een kwaliteitsdienst, bemand met deskundigen op allerleigebied (lassen, NDO, metallografie, verspanende en niet-verspanende bewerkingen, berekening, ontwerpen) is be-last met de controle bij het bedrijf en bij leveranciers enwerkt zo mogelijk stimulerend. Deze dienst behoort zichonafhankelijk van de productie op te stellen.Namens een opdrachtgever beoordeelt een zogenaamdeauditgroep van competente deskundigen of een systeemover de zorg voor de kwaliteit in al zijn facetten op de ge-wenste wijze functioneert en wordt gehandhaafd.Kwaliteitsbeheersing is gecompliceerd, omdat er partijen inmeespelen, die tegenstrijdige belangen kunnen hebben(klant, ontwerper, fabrikant, inspecterende instantie).

Daarom is het van het allergrootste belang, dat het kwali-teitssysteem doorzichtig is, dat de uitvoering ervan in han-den is van goed opgeleid, goed geoefend en gemotiveerdpersoneel met voldoende materiële middelen en met volle-dige steun van het management van het bedrijf.Naast de meer algemene certificatie ten aanzien van de or-ganisatie van het kwaliteitsbeheer worden en kunnen spe-cifieke onderdelen van een organisatie en ook specifiekemethoden van onderzoek apart gecertificeerd worden opbasis van de ISO 9000-series. Zo kan de industriële divisieen ook de NDO-afdeling geaccrediteerd worden door deRaad voor Accreditatie (RvA) te Utrecht (tel. 030-2394500).De Raad voor de Certificatie treedt als centrale instantieregulerend op. Zij toetst onder meer de systemen voor cer-tificatie in ons land aan daarvoor gestelde criteria en ver-leent eventueel een erkenning. Voor uitgebreide informatie,zie [lit. 77].

13.5 Nederlandse organisaties op het gebiedvan NDO

In het voorafgaande is een aantal organisaties genoemd, diewerkzaam zijn op het gebied van de opleiding, kwalificatie,certificatie en kalibratie. Hiernaast vervult de Nederlandsevereniging voor kwaliteitstoezicht, Inspectie en Niet-des-tructieve Techniek (KINT) een belangrijke functie in het NDO-gebeuren in Nederland. Het secretariaat van deze vereni-ging is gevestigd te Heemstede, (Herberg 28, 2260 BB,Leidschendam, tel. 070-3271472). Het KINT organiseertregelmatig symposia en geeft algemene voorlichting op hetgebied van onderwijs en onderzoek. Op initiatief van KINTis SKO (nu Hobéon SKO te Den Haag) opgericht. KINT is

lid van het World- en het European Committee on NonDestructive Testing (WCNDT en ECNDT) en onderhoudtcontacten met Europese zusterorganisaties. De verenigingkent actieve subcommissies op het gebied van onderwijs,publiciteit, conditiebepaling van werktuigen en akoestischeemissie.Op het gebied van het NDO van lasverbindingen beweegtzich de technische commissie Niet-Destructief Onderzoeken Inspectie van het KINT samen met het Nederlands Insti-tuut voor Lastechniek (NIL, Secretariaat p/a NIL: Boerhaave-laan 40, 2713 HX Zoetermeer). Contacten worden onder-houden met het NNI en met verschillende commissies vanhet International Institute of Welding (IIW), met name ophet gebied van radiografie, ultrasoon onderzoek en elektro-magnetische technieken.KINT en NIL verlenen medewerking aan het opzetten enuitvoeren van industriële onderzoeksprojecten en leverdenreeds in vele gevallen een bijdrage aan de oplossing vaneen grote diversiteit van problemen uit de industrie.

De feitelijke uitvoering is gedelegeerd (tot 2009) aan hetProjectbureau voor onderzoek aan Materialen en Productie-technieken (PMP) te Zoetermeer (FME) (tel. 079-3531387).

KINT heeft ook uitstekende contacten met de Belgischezustervereniging BANT (secretariaat Cense Rouge Laan 15,4031 Angleur, België, tel. (32) 041-655892). Zo organi-seren beide verenigingen onder meer wisselend in Belgiëen in Nederland gemeenschappelijke symposia.Het werkgebied, de doelstellingen en de structuur vanBANT zijn in grote lijnen gelijk aan die van KINT.

[Lit. 78] geeft informatie over bedrijven in Nederland, diezich met de uitvoering van NDO bezighouden.

Page 80: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

78

Literatuur

[ 1] Acoustic emission for on-line monitoring damage invarious application fields. Presentatie van M. Wevers,Universiteit Gent op het AE seminar "Science andApplication of Acoustic Emission", Delft, 20 novem-ber 2003.

[ 2] R.L.Holdren, What are the causes of and solutions toweld quality conflicts?, Welding Journal, 1993.

[ 3] W.J.P. Vink, Niet-destructief Onderzoek, DUP, 1995.ISBN 90-407-1147-x.

[ 4] Voorlichtingsblad V850003 voor het repareren vanlassen in ongelegeerde en laaggelegeerde constructie-staalsoorten, NIL, Zoetermeer.

[ 5] NEN-bundel 23: Normen voor niet-destructief onder-zoek van lassen. Oktober 2006.

[ 6] G. den Ouden en B. M. Korevaar, Metaalkunde I & II,A.K. van der Vegt, Polymeren, DUP, Delft.

[ 7] W.D. Callister jr, Materials Science and Engineering,John Wiley and Sons, 4e druk, 1996.

[ 8] ASM, Metals Handbook, Nondestructive Evaluationand Quality Control, volume 17, ninth edition,American Society for Metals.

[ 9] G. den Ouden, Lastechnologie, DUP, 1994.[10] Acoustic Emission Analysis, the State of the Art.

H. Schoorlemmer, Mistras Holding group op het AEseminar "Science and Application of AcousticEmission", Delft, 20 november 2003.

[11] Study of acoustic emission signals generated duringmartensitic transformations. S.M.C. van Bohemen,NIMR, TU Delft op het AE seminar "Science andApplication of Acoustic Emission", Delft, 20 novem-ber 2003.

[12] M.H.Jones en T.N. Claytor, Digital Image Enhance-ment, International Advances in NondestructiveTesting, vol. 15.

[13] C.E. Betz, Principles of magnetic particle testing,Magnaflux Corporation, Chigaco.

[14] ASNT, Non destructive testing handbook, Volume 6,Magnetic Particle Testing.

[15] A.S. Wojtas, W.J.P. Vink, G. den Ouden and K. Tiito,Evaluation of the stress distribution in welded steelby measurement of the Barkhausen noise level,Proceedings Int. Conf. on Pract. Appl. of Res. StressTechn., USA, 1991.

[16] R.T.D. Magnetische onderzoekprocedure, 1993.[17] C.E. Betz, Principles of Penetrants, Magnaflux

Corporation, Chicago.[18] Inleiding tot de Milieukunde; Milieuchemie en -techno-

logie, Cursussen van het Centrum Technische Milieu-kunde, 1995, T.U. Delft.

[19] Inleiding transport van stoffen en zuivering van bodem,water en lucht, Cursus van het Centrum TechnischeMilieukunde, 1995, T.U. Delft.

[20] J.A. de Raad en A.C. Enters, Corrosion Detection of(insulated) pipe lines, 5e Kint/Bant Biënnale Breda, 1995.

[21] D.P. Zouttewelle, Is de 'remote field ' techniek devervanger voor het inspecteren met de voormagneti-satiemethode? 5e Kint/Bant Biënnale Breda, 1995.

[22] J. en H. Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall,Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1986.

[23] A. de Sterke, Foutgroottebepaling bij ultrasoon las-onderzoek (1), Lastechniek, 1976, nr. 5.

[24] A. McNab en I. Dunlop, AI Techniques Applied To TheClassification Of Welding Defects From Automated NDTData, British Journal of Non destructive Testing, 33.

[25] IJkblok voor ultrasoon materiaalonderzoek, normbladNEN 2510 en 2511.

[26] G. Buken und H. Krächter, Zur Frage der Fehlergrössen-bestimmung in Schweissnähten nach dem Ultraschall-Reflexionsverfahren, Materialprüfung 10, Oktober 1968.

[27] M. Lorenz, Ultrasonic Imaging, proefschrift TU-Delft,1993.

[28] Handbook of radiografic apparatus and techniques.Uitgegeven voor het IIW door het Welding Institute,Abington, Cambridge, CB1 6AL, Engeland.

[29] De Raad, J.A., "Inspection of Girth Welds by AUT",Applus RTD, 2007.

[30] P. Reimers, W.B. Gilboy & J. Goebbels, RecentDevelopments in the Industrial Application ofComputerized Tomography with Ionizing Radiation,NDT International 17(4) 1984.

[31] W.J.P. Vink, A. Arun Junai en A. Hofstede, 'RealTime' afbeeldingstechnieken met röntgenstraling bijlasinspectie, Lastechniek, 55.

[32] R. Halmshaw, An analysis of the performance ofX-ray television- fluoroscopy equipment inweldinspection, Materials Evaluation,45.

[33] H. Wüstenberg and E. Mundry, Properties ofcylindrical boreholes as reference defects in ultrasonicinspection, Non-Destructive Testing, August 1971.

[34] A.Gayer, A.Saya en A.Shiloh, Automatic recognitionof welding defects in real-time radiography, N.D.T.International, 23.

[35] F.H. Dijkstra en A. de Sterke, Foutgroottebepaling bijultrasoon lasonderzoek, (2) Lastechniek, 1978, nr. 7.

[36] S. Terpstra, L.A.J.J. Sarton en W.H. van Leeuwen,Reliability optimation of manual ultrasonicweldinspection, Lastechniek, 57.

[37] B. Wolter, G. Dobmann, P.J.C. Bloem, O.K. Lorentz,D. Greubel, NMR for Non-Destructive Testing,Symposiumboek Euromat Maastricht 1997 deel 4.

[38] Jacques, F. Moreau and E. Ginzel, Ultrasonicbackscatter sizing using phased array - developmentsin tip diffraction flaw sizing, Insight, Vol. 45 No 11,November 2003.

[39] NDT filmproducten, brochure van Agfa Gevaert N.V., 1995.[40] N. Pörtzgen, Imaging of Defects in Girth Welds using

Inverse Wave Field Extrapolation of Ultrasonic Data,Applus RTD 2007.

[41] R.L. Cohen en K.W. West, Characterization of Metalsand Alloys by Electrical Resistivity Measurements,Materials Evaluation, Vol. 41, nr. 9, p. 1074-1077.

[42] MEMT Requirement board trials on planar andnon-planar welding defects (1980), Department ofTrade and Industry.

[43] The PISC trials (1977 - 1994, Nuclear applications),Plate Inspection Steering Committee (PISC).

[44] Final report KINT project Non Destructive Testing ofThin Plate (6-15mm), Dr. T. Bouma, Ing. C.J. Halkes,Drs. W. van Leeuwen and Ir. J.J.M. van Nisselroij.April 1995.

[45] NEN 1822, Acceptance Criteria for TOFD (KINT project).[46] TOFDPROOF project consortium, within the "Compe-

titive and Sustainable growth programme" of theEuropean Commission, Effective application of the Timeof Flight Diffraction (TOFD) method for weld inspectionat the manufacturing stage of pressure vessels.

[47] Developing realistic acceptance criteria for advancedNDT methods, J. Verkooijen UNCERT AM conferenceStuttgart, Management of uncertainties in mechanicaltesting and inspection, 8 September 2003.

[48] L.B. Dufour, De kernenergiecentrale te Dodenwaard.Inspectietechnieken reactorvat kerncentrale. DeIngenieur nr. 36, 6 sept. 1979.

[49] A.Th. Hartong, H.J. de Vries; Het registreren vanoppervlaktefouten met behulp van vormafdrukken.Energiespectrum, december 1978.

[50] B. Neubauer en E. Gärtner, Analyse der Anzeigen vonOberflachenfehlern durch Replica. SKK-NVNDO,symp. Arnhem 1982.

[51] H. Thielsch en F. Cone, Using Modern NondestructiveTesting Techniques for Plant Reliability, MaterialsEvaluation, deel 1: april 1994, deel 2: mei 1994.

Page 81: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

79

[52] pr EN 583 pt 6, TOFD technique as a method fordefect detection and sizing.

[53] EN 14751, Welding - Use of time-of-flight diffractiontechnique (TOFD) for examination of welds.

[54] J.F. Shackelford en B.D. Brown, A critical review ofresidual stress technology, International Advances inNondestructive Testing, vol.15.

[55] S.E. Pritchard, The use of ultrasonics for residualstress analysis, NDT International 20.

[56] M. Janssen, Evaluation of an Applied Plane-StressTensor Distribution Using Ultrasonic Shear,Experimental Mechanics, 1988, Waves" en ookAcoustoelastic Stress Evaluation in Metal Plate,proefschrift TU Delft, 1994.

[57] E. Tanala, G. Bourse, M. Fremiot and J.F. De Belleval,Determination of near surface residual stresses onwelded joints using ultrasonic methods, NDT & EInternational,vol. 28, 1995.

[58] P.F. Willemse en B.H. Kolster, Het meten van rest-spanningen, Lastechniek 51, pag. 246-8 en jaargang52, pag. 4-8. 52.

[59] AST X 2001 X-ray stress analyzer, ANRU, Delft.[60] AST Rollscan and Stresscan, ANRU, Delft.[61] EN 15617, Non-destructive testing of welds Time-of-

flight diffraction technique (TOFD) - Acceptance levels.[62] ASME VIII, Code case 2235, Use of Ultrasonic exa-

mination in lieu of radiography, Section VIII, div 1 & 2.[63] Stichting voor de Certificatie van Vakbekwaamheid,

Regeling SKNDO.[64] TOFD used to replace radiography, J. Verkooijen

Insight Vol. 37 No. 6 June 1995.[65] NDT value for Money, Dr. Martin Wall and Dr. Alan

Wedgwood MTQ94 Birmingham Insight vol 36 No.10October 1994.

[66] The Probability of Sizing of the Time Of FlightDiffraction on flow line girth welds, Unpublishedreport Shell Research and Technology Centre,Amsterdam for NAM.

[67] R. Zoughi, Microwave Nondestructive Testing, Int.Advances of Nondestructive Testing, vol. 15, 1992.

[68] UNSCEAR, Ionizing Radiation, Sources and BiologicalEffects, Reports, United Nations New York (1977,1982).

[69] Kernenergiewet, 1993. Richtlijnen voor de erkenningvan opleidingen deskundigen radioactieve stoffen entoestellen, Staatsblad 994.

[70] Normstelling ioniserende straling en arbeid, SDU, 1990.[71] Arbo & Milieu jaarboek 1995, uitgave van NIA en

Kluwer, ISBN 90 312 1204 0; drs. ir. H.W.T.J. vanIngen, hoofdstuk 2 Fysische Factoren; geluid, mecha-nische trillingen en schokken, straling en elektriciteit,hoofdstuk 3 - Chemische factoren.

[72] Estimates of the probability of detection of flaws inTOFD data with varying levels of noise, M.G. SilkInsight Vol.38 No. 1 January 1996.

[73] Integrated Time of Flight Diffraction Set Up Software,J. Verkooijen and A. McLay, WCNDT 2008,Shanghai, China.

[74] D.N. Alleyne, B.N. Pavlakovic, Guided UltrasonicsLtd; Rapid, Long Range Inspection of Chemical PlantPipework Using Guided Waves; Insight, Vol 43 No2,pp93-96, 101, February 2001.

[75] N. Trimborn, J. Heerings, A. den Herder; InspectionEffectiveness and its effect on the integrity of pipework; ECNDT 2006.(http://www.ultrasonic.de/article/ecndt2006/doc/Fr.2.3.4.pdf)

[76] AQAP 1 t/m 11. NEN2646, 2647, 2648, 2649(komen overeen met AQAP 1, 4, 9 en 6), NPR2645,2650, 2651, BS5750 en ISO 9000 t/m 9004.

[77] A.de Heer en C.T.B. Ahaus, ISO 9000-serie enkwaliteitshandboek, Kluwer Deventer, ISBN 90 2012509 5.

[78] KINT, Inspection in the Netherlands, 1994.[79] J. van Bezooijen, De niet-destructieve onderzoekme-

thode infraroodthermografie, SGS, Spijkenisse, 1992.

Page 82: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers

80

Page 83: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers
Page 84: Niet - destructief onderzoek - Induteqinduteq.nl/metaal-werktuigbouw/bestanden/VM118 Niet destructief... · Niet-destructief onderzoek vm 118 Vereniging FME-CWM vereniging van ondernemers