Oberflächenprüfung

Bei der Oberflächenprüfung auf großen Flächen im Bereich Marine, Bahn und Infrastruktur liefern mobile Messgeräte von Fischer zuverlässig und zerstörungsfrei Ergebnisse. Ob für die Kontrolle der Nachverdichtung von Eloxal oder zur Untersuchung von Beschichtungen auf Haarrisse und Poren: Hier finden Sie zahlreiche maßgeschneiderte Messlösungen für die Prüfung verschiedener Oberflächen.

Große Oberflächen schnell und präzise messen

Application Notes

Dickenmessung auf Inconel®-Schichten an Abhitzekesseln

Bekannt für ihre Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion, werden Inconel®-Legierungen oft in extremen Umgebungen mit hoher Hitze und Druck verwendet. So werden  Inconel®-Schichten oft in Abhitzekesseln eingesetzt, in welchen die Energie aus heißen Auspuffen verschiedener Herstellungsprozesse recycelt wird. Es muss eine Minimaldicke der Inconel®-Schicht garantiert und genau gemessen werden, um die Funktionalität des Anstrichs zu sichern.

Energie, die sonst mit Auspuffgasen verloren gehen würde, wird in Abhitzekesseln gefangen und wiederverwertet. Das heiße Rauchgas erhitzt Wasser in einem Boiler. So kann, je nach Temperatur, entweder heißes Wasser für andere industrielle Zwecke gewonnen werden oder Wasserdampf, das eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt.

Die Rohre des Boilers sind, um sie gegen diese oft korrodierenden Gase zu schützen, mit einer 2 mm dicken Schicht Inconel®-Material bedeckt. Sobald sich diese Schutzschicht auf weniger als 1 mm abnutzt, müssen die Rohre nachgerüstet werden. Deswegen ist die Überwachung der Dicke der Inconel®-Schicht so wichtig bei der Instandhaltung von Abhitzekesseln.

Fischer hat mit den DELTASCOPE® FMP Schichtdickenmessgeräten auf diese Herausforderung reagiert. Die flexibele FGB2 Messsonde erlaubt den Messkopf in jedem Winkel der Rohrbündel zu platzieren. Der Messbereich dieser Sonde liegt bei 0-5 mm. Bei Schichtdicken zwischen 0,1 und 3 mm ist die Genauigkeit und Präzision der Sonde mit weniger als 1,5 % besonders gut.

Der Matrix-Modus der FMP-Software liefert einen guten Überblick über die Verteilung der Schichtdicke über die verschiedenen Rohrbündel. Mit der FISCHER DataCenter-Software können die Messergebnisse bequem auf einen Computer übertragen und dort ausgewertet und abgespeichert werden.

Abb. 1: DELTASCOPE® FMP-Familie

Um die kostenspieligen – wenn nicht sogar katastrophalen – Folgen der Korrosion auf Rohrbündeln in Abhitzekesseln zu vermeiden, muss die Dicke der Inconel®-Schichten regelmäßig kontrolliert werden. Das DELTASCOPE® FMP mit der FGB2 Sonde erleichtert diese Aufgabe. Für weitere Informationen steht Ihnen Ihr lokaler Fischer-Partner gerne zur Verfügung.

Messung dicker Beschichtungen auf Pipelines

Polypropylen-Beschichtungen auf Pipelines erfüllen verschiedene Zwecke wie Korrosionsschutz oder thermische Isolierung, aber sie sind andererseits auch ein Kostentreiber. Um die passende Dicke zur Funktionserfüllung sicherzustellen, gleichzeitig aber auch den Materialverbrauch einzugrenzen, muss der Beschichtungsprozess genau überwacht werden.

In der Öl- und Gasindustrie erfolgt der Transport der flüssigen oder gasförmigen Stoffe oft durch Pipelines am Meeresgrund. Eine gute Isolierung ist notwendig, um die Abkühlung des mit heißem Gas (für bessere Fließeigenschaften) versetzten Öls zu vermeiden. Ebenso bietet diese Abschirmung aber auch Schutz gegen die extremen Umgebungstemperaturen (z. B. in Polarregionen) und aggressive Bedingungen am Grund der Ozeane. Fehler in der Beschichtung können zu Leckagen und damit zu Umweltkatastrophen führen. Für Korrosionsschutz und Isolierung sind die Rohre typischerweise mit einer bis zu 100 mm dicken ein- oder mehrlagigen Polypropylen-Schicht umgeben, einem thermo-plastischen Polymer, welches auch den extremen Tiefsee-Bedingungen trotzt. Zur Sicherstellung einer fehlerfreien Beschichtung – ausreichend dick, aber ohne Ablösungen oder Materialverschwendung – sind strenge Qualitätskontrollen mit geeigneten und genauen Messinstrumenten erforderlich.Abb. 1: Schichtdickenmessung an einem Pipeline-Segment mit der Sonde FA100, angeschlossen an das DUALSCOPE® FMP100

Speziell für diese herausfordernde Messaufgabe hat Fischer die Sonde FA100 entwickelt, welche den Schichtdickenbereich bis 100 mm komplett abdeckt. Die FA100, angeschlossen an Handgeräte der FMP-Familie, kann mobil vor Ort eingesetzt werden.

Verglichen mit Ultraschall-Geräten erlaubt die Lösung mit FA100 und FMP-Gerät bessere Genauigkeit und die fehlerfreie Vermessung von Mehrschichtsystemen, unabhängig und unbeeinflusst vom Beschichtungsmaterial. Tabelle 1 zeigt Ergebnisse beispielhafter Messungen.

Mittelwert

41,29 mm

Standardabweichung

0,599 mm

Variationskoeffizient

1,5 %

Bereich (Range)

2,35 mm

Minimum

40,5 mm

Maximum

42,9 mm

Anzahl Messungen

26

Anzahl Blöcke

5

Tab. 1: Ergebnisse einer Pipeline-Vermessung mit der Sonde FA100

Zur Messung der Schichtdicke wird die FA100 in Längs- oder Querrichtung über die Oberfläche geführt. Im automatischen Messmodus zeigt das FMP100 die Schichtdicke auch in grafischer Darstellung und erlaubt somit die Erkennung der Gleichmäßigkeit (damit auch Konzentrizität, Exzentrizität). Messergebnisse werden mit Hilfe der Software DataCenter als PDF-Protokolle herausgegeben, auch zusammen mit Bildern der Messpositionen oder Angaben zu Arbeitsbereichen, Bediener und Arbeitsschicht.

Die einfach bedienbaren Handgeräte der FMP-Familie, eingesetzt mit der von Fischer entwickelten Spezialsonde FA100 zur Messung dicker Beschichtungen, ermöglichen die genaue Bestimmung von Pipeline-Beschichtungen zur Sicherstellung von deren Qualität und Funktionalität. Für weitere Informationen steht Ihnen Ihr lokaler Fischer-Partner gerne zur Verfügung.

Porenprüfung an Pipelines und Off-Shore-Konstruktionen

Intakte Korrosionsschutzbeschichtungen sind die wichtigste Voraussetzung, den Langzeitschutz von Bauteilen unter extrem harten Off-Shore-Bedingungen sicherzustellen. Jede Fehlstelle oder Pore in der Beschichtung kann die Haltbarkeit der Komponenten empfindlich beeinträchtigen. Um die Qualität dieser kritischen Beschichtungen zu kontrollieren, ist eine Porenprüfung zwingend notwendig.

Grundsätzlich sind alle Off-Shore-Konstruktionen wie Schiffe, Bohrinseln, Kräne, Container oder Pipelines oberflächenbeschichtet, um sie vor den harten Umwelteinflüssen auf hoher See zu schützen. Weil schon das kleinste Loch den Schutz zunichte machen kann, ist es unabdingbar, die Beschichtung gründlich auf ihre Durchgängigkeit hin zu überprüfen. Auch die sorgfältigste visuelle Überprüfung kann nicht alle Poren, Risse und zu dünn beschichtete Stellen finden. Porenprüfung mit Hochspannung ist der einzig wirklich zuverlässige Weg, um Korrosionsschutzschichten von Off-Shore-Konstruktionen zu überprüfen. Das Gerät dazu wird auch häufig als „Holiday-Detektor“ bezeichnet.

Abb. 1: Die Schutzschicht von Schiffen, Kränen oder Containern muss regelmäßig auf Korrosionsbeständigkeit überprüft werden

Die Testmethode beruht darauf, dass alle elektrisch isolierenden Beschichtungswerkstoffe eine sehr viel höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit besitzen als Luft. Hochspannung wird mittels einer Elektrode angelegt, welche langsam über die zu messende Oberfläche bewegt wird. Passiert die Elektrode eine Fehlstelle (Pore, Kratzer etc.), entsteht bei einem kurzzeitigen Spannungsabfall ein Funkenüberschlag, welcher optisch und akustisch vom Messgerät angezeigt wird. Das POROSCOPE® von Fischer ist speziell für die Anforderungen an die Beschichtungsprüfung in Off-Shore-Umgebungen entwickelt worden. Der Messkopf HV40 (mit einer Messspannung von 8-40 kV) ermöglicht auch die Überprüfung von dicken Beschichtungen.

Abb. 2: Ölplattformen müssen vor Umwelteinflüssen geschützt werden

Das tragbare HV40 ist ein sehr robustes Gerät für den praktischen Einsatz in rauen Arbeitsumgebungen. Die Hochspannung wird direkt im Prüfkopf erzeugt, was sowohl die Sicherheit als auch die Anwenderfreundlichkeit erhöht: Es muss kein starres Hochspannungskabel über nasse Schiffsdecks und durch Tanks geführt werden.

Abb. 3: Schematische Darstellung des Funktionsprinzips POROSCOPE®

Die Unversehrtheit der Korrosionsschutzbeschichtung von Metallkonstruktionen in Off-Shore-Umgebungen ist Voraussetzung für deren Effizienz und Langlebigkeit. Das POROSCOPE® HV40 von Fischer ist das ideale Gerät für die hierzu benötigte Porenprüfung. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Ihren Fischer-Ansprechpartner.

Witterungsbeständigkeit von nachverdichteten Eloxalschichten

Aluminium wird gerne für die architektonisch ansprechende Gestaltung von Außenfassaden und anderen, der Witterung ausgesetzten Objekten verwendet. Es gilt als leicht zu verarbeiten und punktet durch sein geringes Gewicht und die langfristige Wartungsfreiheit, erreicht durch die Aufbringung einer schützenden Eloxalschicht. Um einen zuverlässigen Korrosi­onsschutz zu gewährleisten, muss allerdings die Nachverdichtung der Schicht überprüft werden.

Als unedles Metall ist Aluminium eigentlich anfällig für Korrosion, bildet jedoch an der Oberfläche – ganz im Gegensatz zu Eisen – mit Sauerstoff eine korrosionshemmende Oxidschicht. Dadurch bleibt Aluminium unter normalen Umweltbedingungen sehr gut erhalten, u. a. auch, weil diese schützende Oxidschicht selbst bei Verletzungen sofort wieder neu aufgebaut wird. Für viele Anwendungen vor allem im Außenbereich ist diese natürliche Oxidhaut jedoch nicht ausreichend, weil schon kleinste Einschlüsse von Schwermetallen eine lückenlose, natürliche Oxidhaut verhindern können und an solchen Stellen kann es zu Korrosionsschäden kommen.

Um den natürlichen Oxidfilm zu verbessern, wird häufig die anodische Oxidation eingesetzt (Eloxal = Elektrolytische Oxidation von Aluminium). Dabei wird mittels elektrischen Stromflusses im Säurebad Sauerstoff freigesetzt, welcher sofort mit dem Aluminium reagiert. Es bilden sich zwei Oxidschichten: ein sehr dünner, isolierender Film (Sperrschicht) und darüber eine poröse Oxidschicht. Letztere ist wegen ihrer feinporigen Struktur sehr empfindlich, weshalb unbedingt eine Nachbehandlung in Form einer „Verdichtung“ notwendig ist.

Abb. 1: Prinzipdarstellung der Oxidschicht auf Aluminium links vor und rechts nach der Verdichtung

Die Qualität der Verdichtung ist von verschiedenen Faktoren wie der Güte der Oxidschicht, der Verdichtungszeit, Temperatur des Verdichtungsbades, pH-Wert der Verdichtungslösung etc. abhängig und kann mit Hilfe des Scheinleitwerts zerstörungsfrei überprüft werden. Mit dem von Fischer entwickelten Handgerät ANOTEST® YMP30-S kann der Scheinleitwert vor Ort normgerecht gemäß DIN EN ISO12373-5 und ASTM B 457-67 bestimmt werden. Zur Überprüfung des Messgerätes steht zudem eine elektronische Referenz zur Verfügung.

Abb. 2: Messung der Nachverdichtung an einer Außenfassade mit dem ANOTEST® YMP30-S

Mit dem ANOTEST® YMP30-S kann die Nachverdichtung von eloxiertem Aluminium anhand der Messung des Scheinleitwerts normgerecht bestimmt werden. Damit lässt sich die Korrosionsbeständigkeit von Fassaden und anderen, der Witterung ausgesetzten Aluminiumbauteilen überprüfen. Für weitere Informationen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner von Fischer gerne zur Verfügung.

Schichtdickenmessung in Tanks nach bestehenden Vorschriften

Korrosionsschutz-Beschichtungen im Inneren von Tanks sind entscheidend bei der Lagerung vieler Arten von Produkten, ob Salz- oder Süßwasser, Benzin, Ballast oder Diesel. In der Regel existieren Vorschriften, sogenannte Standards, die sicherstellen, dass die richtige Beschichtung in den Tanks verwendet wird. Die Qualitätskontrolle dieser Beschichtung ist ein wesentlicher Bestandteil für die Einhaltung der Vorschriften.

Der Petrobras-Standard N-1201:2008 "Korrosionsschutzbeschichtungen in Lagertanks" ist ein gutes Beispiel für solch eine Vorschrift. Petrobras, ein multinationales Unternehmen mit Sitz in Brasilien, nutzt diesen Standard weltweit. Die Vorschrift ist frei zugänglich und kann online aus der Unternehmensdatenbank abgerufen werden. Sie regelt alle Lackiervorgänge in Lagertanks, von der Vorbereitung der Oberflächen über deren Lackierung und Beschichtung bis hin zur Endkontrolle.

Artikel

Art des Tanks

Zu lagerndes Produkt

Beschichtete Stelle

Art der Beschichtung

1

Festdachtank

Salzwasser
Süßwasser – trinkbar oder nicht
Benzin
Ballast
schäumende Flüssigkeiten
Diesel
Flugbenzin

Oberfläche der Tankinnenseite

Beschichtung Typ 1

6

Fest- oder Schwimmdachtank, ober- und unterirdisch

Ethanol

Oberfläche der Tankinnenseite

Beschichtung Typ 2

7

Fest- oder Schwimmdachtank, ober- und unterirdisch

Erdöl

Produktionswasser

Oberfläche der Tankinnenseite

Beschichtung Typ 3

Tab. 1: Korrosionsschutz-Beschichtungen in Tanks gemäß Petrobras-Standard N-1201:2008 (inoffizielle Übersetzung)

Der Petrobras-Standard N-1201:2008 schreibt die fol­genden Beschichtungsarten und -dicken für die verschiedenen gelagerten Produkte aus Tabelle 1 vor:

Beschichtung Typ 1:

  • Primer: eine Schicht Epoxidharz-Zinkphosphat-Lack: 100 µm
  • oberste Schutzschicht: zwei Schichten aus lösungsmittel­freiem Epoxidlack: 150 µm minimale Dicke pro Schicht

Beschichtung Typ 2:

  • eine Schicht Zinkethyl-Silikat-Lack: 75 µm

Beschichtung Typ 3:

  • eine Schicht aus lösungsmittelfreiem Epoxydharz, gehärtet mit Polyamin und eingebettet mit Keramik oder Glasfaser: 800 µm

Wenn die Schichten aufgebracht wurden, müssen sie überprüft werden – eine schwierige Aufgabe, weil dies an Ort und Stelle gemacht werden muss! Der enorme Tank enthält immer noch stark riechende, schädliche Farbdämpfe, wenn ein Techniker mit unhandlicher Schutzausrüstung und Stirnlampe ausgestattet (vielleicht die einzige Lichtquelle) in den rutschigen Behälter abgesenkt wird, um die Schichtdicke an einer Vielzahl von Messstellen zu kontrollieren. Ein normales Handmessgerät mit integrierter Sonde ist nicht einsetzbar, da die Messpunkte an einigen Stellen bedingt durch die Tank-Geometrie nicht zugängig sind; eine externe Sonde ist notwendig. Für Messungen unter solch schwierigen Bedingungen hat Fischer die MP0x-FP Geräteserie entwickelt. Während andere Schichtdickenmessgeräte auf dem Markt den Einsatz beider Hände erfordern (eine für das Instrument, eine für die Sonde), kann das MP0R-FP mit dem Handgelenkshalter einhändig bedient werden, um solch kritische Situationen zu meistern.

Abb. 1: Einhändige Messung mit dem MP0R-FP. Das Display ist wie eine Uhr ablesbar; die Sonde kann am Handgelenkshalter eingehakt werden

Ein weiterer sehr praktischer Vorteil der MP0x-FP-Serie ist, dass die Kalibrierung mit Fischer Kalibrierzubehör komfortabel außerhalb des Tanks erledigt werden kann – man benötigt lediglich ein Teil aus dem gleichen Werkstoff, aus dem auch der Tank hergestellt ist, um die maximale Genauigkeit zu erreichen.

Neben der unübertroffenen Richtigkeit und Wiederholpräzision der MP0x-FP-Serie von Fischer machen zusätzliche Funktionen wie der Handgelenkshalter oder der einfache Kalibriervorgang diese Schichtdickenmessgeräte zur idealen Wahl, um die Einhaltung von Vorschriften wie den Petrobras-Standard N-1201:2008 für Lagertanks zu kontrollieren. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Ihren lokalen Vertreter von Fischer. 

Schichtdickenmessungen an lackierten Aluminium-Jalousien

Zum Schutz vor Witterungseinflüssen benötigen freiliegende Teile eine Farb-, Lack- oder Eloxal-Beschichtung bestimmter Dicke. Die fehlerfreie Überprüfung der Schichtdicken stellt den Anwender insbesondere bei gekrümmten Oberflächen vor besondere Aufgaben, da die Geometrie des Prüfteils das Messergebnis beeinflusst.

Am Beispiel von lackierten Aluminium-Jalousien wird die Herausforderung dieser Messung deutlich. Die Lackdicke soll auf der konvexen und der konkaven Seite bestimmt werden. Aluminium als Grundmaterial erfordert die Messung mit dem Wirbelstrom-Verfahren. Aber gerade dieses Messverfahren reagiert äußerst empfindlich auf Geometrie-Änderungen. Das Wirbelstrom-Messprinzip basiert auf der Beein­flussung des elektromagnetischen Wechselfelds der Sonden durch die Dicke der zu messenden Schicht, wobei die Feldbeeinflussung stark von der Geometrie des Werkstückes bestimmt wird. Schichten auf konvex gekrümmtem Grundmaterial werden überhöht gemes­sen, bei einer konkaven Krümmung des Grundmaterials wird eine zu kleine Schichtdicke ermittelt.

Abb. 1: Messung der Lackdicke auf Jalousien mit der Sonde FTD3.3 und dem Messgerät DUALSCOPE® FMP100

Um mit einer konventionellen Sonde präzise messen zu können, müsste für jeden Krümmungsradius eine eigene Kalibrierung auf einem unbeschichteten Werkstück durchgeführt werden, also z. B. eine Kalibrierung auf einer unbeschichteten Lamelle. Speziell für solche Anwendungen hat Fischer die krümmungskompensierte Sonde FTD3.3 entwickelt, mit welcher auf einem flachen Blech kalibriert werden kann, ohne dass das spätere Messergebnis durch die Krümmung verfälscht wird. Da bei Fischer die Wirbelstrom-Sonden leitfähigkeitskompensiert sind, kann das Blech sogar aus einer anderen Aluminium-Legierung bestehen.

Kalibriert man eine konventionelle Sonde und die FTD3.3 von Fischer auf einem flachen Blech und führt dann eine Vergleichsmessung auf unterschiedlichen Radien durch, zeigt sich, wie stark das Messergebnis von der Krümmung des Messteils beeinflusst wird. Mit zunehmender Krümmung wächst bei der konventio­nellen Sonde die gemessene Schichtdicke im Vergleich zur realen Schichtdicke schnell an. Mit der krümmungskompensierten Sonde FTD3.3 werden die Schichtdicken richtig ermittelt.

Abb. 2: Vergleichsmessung: konventionelle Sonde versus krümmungskompensierte Sonde FTD3.3

Mit der krümmungskompensierten Wirbelstrom-Messsonde FTD3.3 und den Handmessgeräten von Fischer können Farb-, Lack- und Eloxalschichten auf beliebigen Teilegeometrien ohne zusätzliche Kalibrierung präzise gemessen werden. Damit lässt sich der Aufwand des Messens gegenüber konventionellen Sonden erheblich reduzieren. Bei weiteren Fragen berät Sie Ihr lokaler Fischer-Ansprechpartner.

Microhardness measurements of paint coatings shorten weathering tests

Paint for architectural coatings is not only used to give surfaces an attractive appearance, but also plays a very important role in protecting facades against external damage and corrosion. To avoid waiting years to see if the coating really protects the surface, simulating and measuring weathering influences is necessary.

Paint coating systems are exposed to severe environmental influences like strong temperature variations, moisture and aggressive media such as acid rain, insect residue or strong cleaning agents. Facade coatings should withstand such influences and have quality characteristics such as light fastness, weathering resistance and easy cleaning.

The characteristics of such coatings depend not only on the thickness, but also on hardness, elasticity, degree of polymerisation and resistance to UV radiation. These parameters can be determined using the instrumented indentation test.

To demonstrate weathering influences, measurements were performed on samples with original surfaces (reference), on samples after 400 hours of QUV radiation (equipment weathering) and after 1 year Florida exposure test (outdoor weathering).

Fig. 1: Influence of weathering on the Martens Hardness of polyester powder coating.

The reference sample (green plot) without weathering does not show a hardness increase at the surface. The sample exposed to weathering outdoors for 1 year in Florida shows a slight increase of hardness near the surface. The sample exposed to QUV irradiation for 400 hours shows the largest hardness gradients. Reason therefore is a change in the molecular structure of the paint. Cross-linking of the paint molecules lead to an increase in hardness caused by the repeated alternation of drying, moistening and irradiation. As outdoor weathering often spans a number of years and involves very expensive sample holders and large standing areas, artificial weathering is used to simulate such outdoor weathering.

With the FISCHERSCOPE® HM2000 hardness meas­uring instrument, the effects of weathering tests can be measured easily and accurately, therefore saving costs and shortening time compared to outdoor testing significantly. Ask your local FISCHER repre­sentative for further information.