Klik hier voor de volledige PDF van het verslag.
Handinstrumenten kunnen nu de dikte van coatings ultrasoon meten, waardoor niet-destructieve tests beschikbaar komen voor industrieën die gebruik maken van UV/EB-uithardingstechnologie. Dit artikel beschrijft het werkingsprincipe en de voordelen van ultrasoon testen.
Laagdiktemeters die gebruik maken van ultrasone meettechnieken worden steeds populairder in industrieën die werken met stijve substraten, zoals hout, kunststof en composieten. Deze instrumenten ondersteunen of vervangen destructieve methoden voor het meten van de dikte van UV/EB-geharde coatings van meer dan 15 micron (0,5 mil) dikte in een verscheidenheid van industrieën, waaronder de automobiel-, luchtvaart- en houtproductenindustrie en industriële afwerking.
Coatings hebben verschillende functies. Sommige zijn ontworpen om bestand te zijn tegen krassen, schuren, vocht en andere chemicaliën. Sommige herstellen, beschermen, waterdicht maken en verfraaien structuren. Andere zijn speciaal geformuleerd om poriën af te dichten en op te vullen en om een esthetisch aangename oppervlaktestructuur te verkrijgen.
Waarom de dikte meten?
Coatings zijn ontworpen om hun beoogde functie het best te vervullen wanneer zij worden aangebracht binnen een strak diktebereik zoals gespecificeerd door de fabrikant. Dit garandeert optimale productprestaties. Voorbeelden van situaties waarin diktemeting belangrijk is:
Er zijn nog andere voordelen verbonden aan het nauwkeurig meten van de laagdikte - of het nu is om te voldoen aan ISO-, kwaliteits- en klantvereisten voor procescontrole of om de kosten te beheersen. Als bedrijven de kwaliteit van de coating van binnenkomend materiaal niet controleren en verifiëren, verspillen ze geld aan het opnieuw bewerken van producten. Door hun applicatieapparatuur te controleren, zorgen ze ervoor dat de coating volgens de aanbevelingen van de fabrikant wordt aangebracht. Bovendien kan een te grote laagdikte leiden tot onvolledige uitharding en de algehele efficiëntie drastisch verminderen. Ten slotte kan regelmatig testen het aantal interne herbewerkingen en terugzendingen van klanten wegens afwerkingsfouten verminderen.
Hoe kan ik het beste testen?
Boven metaal is het testen van de dikte van coatings gebruikelijk voor kwaliteitscontrole en inspectiedoeleinden. Wanneer het basismetaal koolstofstaal is, wordt een magnetische methode gebruikt. Wervelstroomapparaten worden gebruikt voor de andere metalen, zoals koper en aluminium. Onder deze handheld instrumenten zijn er vele modellen om uit te kiezen. Bij sommige is de sonde ingebouwd om gemakkelijk met één hand grote oppervlakken te kunnen meten. Andere hebben een kleine sonde aan het eind van een korte kabel, zodat de gebruiker kan meten op kleine onderdelen of op moeilijk bereikbare plaatsen. Veel instrumenten hebben optionele functies om het meten te vergemakkelijken, zoals het uitvoeren van gemiddelde berekeningen en een geheugen om opgeslagen metingen te downloaden naar een printer of computer.
Hoe populair ze echter ook zijn, magnetische en wervelstroominstrumenten kunnen de dikte van afwerkingen op niet-metalen substraten niet meten. Daarom gebruiken industrieën alternatieve technieken om de dikte te meten, zoals:
Deze tests zijn tijdrovend, moeilijk uit te voeren en onderhevig aan interpretatie door de operator en andere meetfouten. Toepassers vinden destructieve methoden onpraktisch. Om een statistisch representatieve steekproef te verkrijgen, moeten wellicht verschillende producten van een partij worden verwijderd als onderdeel van het destructieve testproces. De gravimetrische methode geeft een gemiddelde filmopbouw op het onderdeel, maar geen filmdikteprofiel over specifieke gebieden.
Met de komst van ultrasone instrumenten zijn veel afwerkingsbedrijven overgestapt op niet-destructieve inspectie voor dikke UV/EB-geharde coatings.
Ultrasone doorbraak
Kwaliteitsprofessionals zijn al bekend met verschillende aspecten van ultrasoon testen, waarbij geluidsenergie met een hoge frequentie wordt gebruikt om onderzoeken en metingen uit te voeren. Ultrasoon onderzoek kan gebreken in metaal opsporen en evalueren, afmetingen meten, materiaalkarakterisering vaststellen en nog veel meer.
Wanddiktemeting is wellicht de meest voorkomende en eenvoudigste ultrasone test. Met precisie ultrasone wanddiktemeters kunnen snel de dikte van voorwerpen worden gemeten zonder dat beide zijden toegankelijk hoeven te zijn. Voor het meten van coatings zijn deze instrumenten echter niet ideaal. Ze zijn niet gevoelig genoeg om de dikte te meten van acrylvullers, fabrieksprimers, lakken, UV-afwerkingen, poedercoatings en andere materialen die over niet-metalen producten worden gebruikt.
Het eerste handinstrument dat speciaal is ontworpen voor laagdiktemeting kwam 14 jaar geleden op de markt en is nu aan zijn vierde generatie toe. Het gebruikt een transducer met één element en advanced numerieke technieken om gedigitaliseerde echo's te filteren en te verbeteren. De huidige handheld ultrasone coatingdiktemeters zijn eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar (figuur 3).
Een degelijke meettechniek
Bij ultrasoon onderzoek wordt met behulp van een sonde (transducer) een ultrasone trilling in een coating gestuurd met behulp van een op het oppervlak aangebracht koppelstuk.
De trilling gaat door de coating tot zij een materiaal met andere mechanische eigenschappen tegenkomt - meestal het substraat of misschien een andere coatinglaag. De trilling, gedeeltelijk gereflecteerd op dit grensvlak, gaat terug naar de opnemer. Ondertussen reist een deel van de doorgelaten trilling verder voorbij die interface en ondervindt verdere reflecties bij materiaalinterfaces die het tegenkomt (figuur 4).
Omdat een potentieel groot aantal echo's kan optreden, is de meter ontworpen om de maximale of "luidste" echo te selecteren waaruit een diktemeting kan worden berekend. Instrumenten die afzonderlijke lagen meten in een meerlagentoepassing geven ook de voorkeur aan de luidste echo. De gebruiker voert gewoon het aantal te meten lagen in, bijvoorbeeld drie, en de meter meet de drie luidste echo's. Zachtere echo's worden genegeerd. De meter negeert zachtere echo's van coatingimperfecties en substraatlagen.
Meetnauwkeurigheid
De nauwkeurigheid van elke ultrasone meting hangt rechtstreeks samen met de geluidssnelheid van de te meten afwerking. Omdat ultrasone instrumenten de doorgangstijd van een ultrasone puls meten, moeten zij worden gekalibreerd voor de "geluidssnelheid" in dat specifieke materiaal.
Vanuit praktisch oogpunt variëren de waarden van de geluidssnelheid niet veel tussen de verschillende UV/EB-coatingmaterialen. Daarom hoeven ultrasone coatingdiktemeters gewoonlijk niet te worden aangepast aan de fabriekskalibratie-instellingen.
Ultrasone laagdiktemeting is nu een geaccepteerde en betrouwbare testroutine voor UV/EB-geharde coatings. Om de ijking van de meter te verifiëren zijn er normen voor de epoxycoatingdikte beschikbaar met een certificering die traceerbaar is naar nationale normalisatie-instellingen.
Waar de coating het substraat ontmoet
Een factor die van invloed is op de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van ultrasone metingen is de manier waarop deze coatings met het substraat verbonden zijn. Houtproducten, bijvoorbeeld, kunnen zowel gladde als ruwe oppervlakken hebben waarop de dikte van de coating kan worden getest. Figuur 5 toont een voorbeeld van gecoat hout. Deze foto, genomen met een hogere resolutie dan bij de meeste destructieve veldproeven mogelijk is, toont de grens tussen de afwerking en het hout. De coating kan er aan de bovenkant glad uitzien, maar de dikte kan ongelijkmatig zijn. Houten ondergronden zijn vaak korrelig met een verschillende mate van oppervlakteruwheid en primerpenetratie. Dergelijke porositeit en ruwheid kunnen de hechting bevorderen, maar ze maken het moeilijker om op welke manier dan ook herhaalbare diktemetingen te verkrijgen.
Ultrasone meters zijn ontworpen om het gemiddelde te nemen van kleine onregelmatigheden om een zinvol resultaat te verkrijgen. Op bijzonder ruwe oppervlakken of substraten waar individuele metingen niet herhaalbaar lijken, levert het vergelijken van een reeks gemiddelde resultaten vaak een aanvaardbare herhaalbaarheid op.
Een laatste echo
Een standard testmethode voor deze technologie wordt beschreven in ASTM D6132-04 "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2004, ASTM). In een recente poging om deze standard bij te werken, hebben acht bedrijven een round-robin studie uitgevoerd waarbij verschillende gecoate houten panelen ultrasoon werden gemeten. De panelen omvatten UV-geharde coatings op hickory en esdoorn. De resultaten, die later dit jaar zullen worden gepubliceerd, tonen een goede herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid met kleine standard afwijkingen.
Er kunnen nu snelle, niet-destructieve diktemetingen worden uitgevoerd op materialen waarvoor vroeger destructieve tests, laboratoriumanalyses of dure niet-destructieve apparatuur nodig waren. Deze nieuwe technologie verbetert de consistentie en verwerkingscapaciteit in de afwerkingsruimte. Potentiële kostenbesparingen omvatten:
Tegenwoordig zijn deze instrumenten eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), voormalig president van DeFelsko Corporation, een in New York gevestigde fabrikant van handbediende testinstrumenten voor coatings die wereldwijd worden verkocht. Hij had een diploma burgerlijk ingenieur en meer dan 25 jaar ervaring in het ontwerpen, produceren en op de markt brengen van deze testinstrumenten in verschillende internationale industrieën, waaronder industriële verf, kwaliteitsinspectie en productie. Hij gaf trainingen en was actief lid van diverse organisaties waaronder NACE, SSPC, ASTM en ISO.
