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Paper des Monats
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Eingeladener Vortrag
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In dieser Arbeit wird ein kameragestütztes Verfahren zur Flying-
Spot-Thermografie vorgestellt. Die Anregung wird über einen Diodenlaser mit einem optischen Scanner realisiert. Bei der Auswertung kommt ein effizienter und robuster Algorithmus zum Einsatz, der direkt auf die mit der Kamera aufgenommene Thermografiesequenz angewendet werden kann, ohne auf eine
Synchronisation zwischen Kamera und Lasersystem angewiesen zu sein. Daher eignet sich diese Herangehensweise besonders zur Nachrüstung bestehender Thermografiesysteme.
Die prinzipielle Eignung dieser Methode wird anhand einer Messung an einem Schienenstück mit Rollkontaktermüdungsrissen gezeigt. Als Referenzverfahren werden die Magnetpulverprüfung und eine auf GMR (Giant Magnetoresistance)- Sensoren basierende Streufeldmessung herangezogen. Mit dem thermografischen Verfahren konnten sämtliche enthaltenen Fehler erkannt werden. Dabei wurden Risse im mm-Abstand getrennt nachgewiesen, was etwa der geometrischen Auflösung der eingesetzten Kamera entspricht.
Thermografische ZfP-Verfahren erlauben die Erkennung einer Vielzahl von Defekten in unterschiedlichsten Werkstoffen. Neue Ansätze unter Verwendung von Lasern ermöglichen darüber hinaus die Prüfung auf Oberflächenrisse. Wir stellen die neuesten Entwicklungen dieser vielversprechenden Technik vor und zeigen warum deren Einsatz potentiell die Standardprüfverfahren Magnetpulver- bzw. Eindringprüfung für eine Reihe von Prüfproblemen beerben könnte. Hierzu stellen wir die Prüfergebnisse zu unterschiedlichen metallischen Werkstoffen, Rissgrößen und -typen in Abhängigkeit der Prüfparameter vor. Die aktuelle Grenze der Nachweisempfindlichkeit für die mittels klassischer Thermografie schwer prüfbaren hochreflektierenden Metalloberflächen liegt mit Rissbreiten und -tiefen von weni-gen Mikrometern im Bereich der fluoreszierenden Magnetpulver- und Eindringprüfung. Dabei sind weder Verbrauchsmittel noch eine Oberflächenpräparation notwendig und eine Prüfung kann berührungslos und automatisiert über Entfernungen im Meter-Bereich erfolgen.
In Berührung mit Gips waren Blei, Aluminium und die Aluminiumlegierung AlMg genügend beständig, trotzdem versagte der galvanische Bleiüberzug als Schutz von Stahl, da der Überzug zu dünn und porenhaltig war, so daß die Korrosion durch Elementbildung Blei/Stahl nur gefördert wurde.
Stahl und Zink werden von Gips stark angegriffen. Dementsprechend ist von Zinküberzügen auch nur solange eine Rostverhinderung zu erwarten, bis der Überzug aufgebraucht ist. Diese Schutzwirkung ist unabhängig von der Art des Aufbringens der Überzüge; sie gilt also sowohl für Zinküberzüge nach dem Schmelztauchverfahren als auch für solche nach Spritz- bzw. galvanischen Verfahren. Durch das Phosphatieren wurde der Angriff von Gips auf Zink nur verzögert, während schon durch Phosphatieren und Ölen ein beachtenswerter Schutz erreicht wurde. Besonders zweckmäßig erwies sich auch das Chromatieren von galvanisch verzinkten Stahlblechen, die nach 12monatiger Beanspruchung noch eine gute Schutzwirkung aufwiesen.
Als Schutz gegen die Einwirkung von Gips haben sich ferner Anstriche bewährt, von denen Chlorkautschuk-, Alkydharz-, Rostschutzmennige-, Ölfarben- und Bitumenanstriche bereits auf den blanken Stahlblechen die Rostbildung verhinderten. Eine genügende Schutzwirkung war auch dann vorhanden, wenn der Deckanstrich beschädigt war. Rost wurde nur nach 50monatiger Versuchsdauer bei der Probe mit dem Chlorkautschukanstrich festgestellt.
Im Verhalten der verschiedenartigen Werkstoffe in Berührung mit Gips einerseits und Gipssandmörtel andererseits konnten keine merklichen Unterschiede festgestellt werden. Das für Gips beschriebene Verhalten gilt demnach auch für das Verhalten der Proben in Gipssandmörtel.
Von Kalkmörtel wurde Stahl nur verhältnismäßig wenig angegriffen. Noch günstiger verhielten sich Zink und Blei, während auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg starke, gleichmäßig ausgebildete Verkrustungen hervorgerufen wurden.
Die Rostbeständigkeit von Stahl konnte durch Phosphatieren, durch Feuerverzinken, durch galvanisches Verzinken und Chromatieren sowie durch Spritzverzinken noch wesentlich verbessert werden. Diese Proben blieben bis zur 12monatigen Versuchsdauer rostfrei. Nach 50monatiger Versuchsdauer versagte jedoch die Schutzwirkung der eingeölten Phosphatschicht auf Stahl.
Blanke Zinkbleche sowie solche, die phosphatiert bzw. phosphatiert und geölt waren, wurden 12 Monate lang nicht angegriffen. Erst dann konnten geringe Mengen von weißlichen Korrosionsprodukten aus Zinkverbindungen und eine leichte Verkrustung ihrer Oberflächen festgestellt werden.
Der galvanische Bleiüberzug auf Stahl hatte nur eine etwas verzögernde rostverhindernde Wirkung.
Als Rostschutz bewährten sich auch die bereits genannten Anstrichsysteme bis zu einer Versuchsdauer von 12 Monaten, dann traten insbesondere bei den nicht besonders vorbehandelten Stahlblechen Rosterscheinungen auf, die trotz Alkydharzlack und Bleimennigeanstrichs zu starken Zerstörungen der Oberfläche führten. Durch die Vorbehandlung vor dem Aufbringen der Anstriche durch Phosphatieren bzw. durch Reaktionsgrundierung konnte die Schutzwirkung auch bei diesen Anstrichen wesentlich verbessert werden.
Bei den Aluminiumproben wurden durch die Anstriche die Verkrustungen der Oberfläche verhindert.
Bei der Einwirkung von Kalkmörtel insbesondere auf die blanken Metalle konnte noch festgestellt werden, daß der Angriff an der Grenze Kalkmörtel/Luft begann. War die Einwirkung gering, so beschränkten sich die Veränderungen auf einen schmalen Streifen in dem Grenzgebiet. Mit fortschreitender Versuchsdauer breitete sich dieser Streifen, insbesondere bei Stahl, von der Oberfläche ausgehend gleichmäßig nach dem Inneren zu aus. Einzelheiten hierüber sind in der Tabelle aufgeführt. Auch an Lichtbildern kann das Fortschreiten des Angriffs mit der Zeitdauer deutlich verfolgt werden. Bei Kalkmörtel der verwendeten Mischung und Körnung ist somit damit zu rechnen, daß mit der Zeit Feuchtigkeit in die Grenzschicht zwischen Kalkmörtel und Metall eindringt. Zur Verhütung der Korrosion ist deshalb an den Übergangsstellen Kalkmörtel/Luft für eine dichte und sorgfältige Abdichtung zu sorgen.
Durch Zusatz des Frostschutzmittels wurde die angreifende Wirkung des Kalkmörtels deutlich erhöht. Diese wirkte sich besonders bei den reinen Metallen aus.
Im Beton verhielten sich im ungeschützten Zustand Stahl und Zink gut. Auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg wurden ähnlich wie in Kalkmörtel starke Verkrustungen festgestellt. Auf Blei bildete sich eine Schutzschicht. Nur am Übergang Beton/Luft konnte sich durch die speziellen Angriffsbedingungen die Schutzschicht nicht ausbilden, so daß hier die Oberfläche stärker angegriffen wurde.
Zinküberzüge, die nach den verschiedenen Verfahren aufgebracht worden waren, und die galvanische Verbleiung erwiesen sich als Schutz gegen die Einwirkung von Beton nicht als vorteilhaft. Dagegen trat bei den phosphatierten Stahlblechen kein Rost auf.
Durch das Phosphatieren von Zink wurde die Verkrustung begünstigt. Das Chromatieren bzw. Eloxieren von Aluminium und von der Aluminiumlegierung AlMg hatten auf die Verkrustung nur geringen Einfluß.
Durch die Anstriche konnte die Krustenbildung auf Aluminium und der Aluminiumlegierung weitgehend verhindert werden. Auf eloxiertem Untergrund bewährte sich hier besonders der Chlorkautschukanstrich.
Auch bei Beton wurde durch den Zusatz des Frostschutzmittels in den meisten Fällen der Angriff deutlich verstärkt. Ungünstig war die Wirkung vor allem dann, wenn statt des ebenmäßigen Angriffs die Korrosion punktförmig auftrat.
Die ungünstige Wirkung des Zusatzes von Frostschutzmitteln konnte weitestgehend durch Anstriche ausgeschaltet werden, wenn die Bleche durch Phosphatieren vorbehandelt bzw. eine Reaktionsgrundierung erfolgt war.
Besonders kraß machte sich die ungünstige Wirkung des Frostschutzmittelzusatzes bemerkbar bei den Stahlblechen, die verzinkt bzw. verbleit waren und auch bei den nicht vorbehandelten Blechen.
Während Stahl in Kalkmörtel und Beton im allgemeinen beständig ist, können bei Gegenwart von Feuchtigkeit, die durch ausgelaugte Stoffe aus den Baumaterialien alkalisch reagiert, Anstriche zerstört und anorganische Schutzschichten angegriffen werden. Die bei den Versuchen verwendeten Anstriche, insbesondere der Chlorkautschuk- und der Alkydharzanstrich, waren deshalb gewählt, weil sie eine gewisse Alkalibeständigkeit aufweisen. Diese Alkalibeständigkeit wurde durch die Versuche bestätigt. Der Rostschutzmennigeanstrich und die weiße Ölfarbe bewährten sich unter diesen Beanspruchungen nicht ganz so gut.
Aus den Untersuchungen folgt noch, daß die Stellen, an denen die Bleche aus dem Baustoff heraustreten, besonders korrosionsgefährdet sind. Von diesen Stellen aus kann die Korrosion nach dem Inneren des Bauwerkes hin vordringen. Außerdem wird die Korrosionsgefahr dann erhöht, wenn aus den Baustoffen alkalische Stoffe vollständig ausgelaugt werden, so daß bei erneutem Zutritt von Feuchtigkeit keine alkalische Wirkung und damit kein Schutz für Stahl vorhanden ist. Auch hierüber sind im Bericht Beispiele vorhanden.
Zusammenfassend folgt aus den Untersuchungen, daß Konstruktionen aus Stahl und anderen Metallen, die von Gips, Kalkmörtel oder Beton umgeben sind und teilweise aus den Baustoffen herausragen, durch metallische oder organische Überzüge mit genügender Sicherheit vor Korrosion geschützt werden können.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ortung von Fehlstellen in Cu Lötverbindungen unterhalb verschiedener Cu Blechdicken mit aktiver Thermografie demonstriert. Dabei wurden die Anregung mit Blitzlicht und die periodische Anregung mit der Lock-In Technik miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der Anwendung unterschiedlicher IR-Kamerasysteme, einer gekühlten InSb-Quantendetektor IR-Kamera und einer Mikrobolometer IR-Kamera, werden dargestellt. Als objektives Kriterium wurde das SNR für unterschiedliche Fehlstellengrößen herangezogen.