De 8 methoden van niet-destructief onderzoek: een volledig overzicht
Niet-destructief onderzoek (NDO) omvat methoden waarmee materialen en onderdelen op fouten kunnen worden onderzocht zonder ze te beschadigen. In dit artikel bespreken we de acht belangrijkste NDO-methoden – waaronder visuele inspectie (VT), ultrasoon onderzoek (UT), radiografisch onderzoek (RT) en magnetisch onderzoek (MT) – met hun voordelen, beperkingen en typische toepassingsgebieden. Inspectiedrones zoals de Flyability ELIOS 3 ondersteunen vooral de visuele inspectie: ze brengen de camera naar moeilijk bereikbare plekken, zonder dat personeel daarheen hoeft.
NDO: onderdelen inspecteren zonder ze te beschadigen
Niet-destructief onderzoek (NDO) omvat een breed spectrum aan onderzoeksmethoden waarmee de staat van materialen en onderdelen kan worden gecontroleerd op defecten en zwakke plekken, zonder hun structuur of werking aan te tasten. Deze methoden zijn van centraal belang, omdat ze het mogelijk maken veiligheidsrelevante informatie te verzamelen zonder het te onderzoeken object te vernielen of te veranderen. Vooral in veiligheidskritieke sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de bouw, de olie- en gasindustrie en de energieopwekking is NDO onmisbaar om de integriteit en levensduur van onderdelen en systemen te waarborgen.
Met NDO kunnen onderdelen gedurende hun hele levenscyclus regelmatig worden bewaakt. Door materiaalvermoeiing, scheuren of corrosie vroeg te herkennen, kunnen bedrijven preventief onderhoud uitvoeren en zo ernstige storingen of ongevallen voorkomen. Bovendien beperkt NDO stilstandtijden en bespaart het kosten, doordat dure reserveonderdelen en omvangrijke reparaties tot een minimum worden beperkt.
De NDO-methoden lopen uiteen van eenvoudige visuele inspecties tot geavanceerde technieken zoals ultrasoon en radiografisch onderzoek, die dieper gelegen defecten kunnen opsporen. Hieronder worden de acht belangrijkste NDO-methoden uitgebreid voorgesteld, met hun specifieke voordelen en toepassingsgebieden in de industrie.
Christian Engelke
1. Visuele inspectie (VT)
Visuele inspectie (VT) is de meest fundamentele en meest toegepaste methode van het NDO. Hiermee zijn zichtbare gebreken aan het oppervlak van een onderdeel te herkennen, met het blote oog of met optische hulpmiddelen. Denk aan scheuren, vervormingen, corrosie of andere afwijkingen aan het oppervlak. De visuele inspectie kan zowel direct met het oog als indirect met spiegels, endoscopen of videoapparatuur plaatsvinden.
Toepassing:
De visuele inspectie wordt vaak als eerste stap bij inspecties uitgevoerd en vult andere onderzoeksmethoden aan die zich op dieper liggende gebreken richten. In de praktijk wordt de visuele inspectie op veel terreinen ingezet: van lasnaden via beton- en staalconstructies tot pijpleidingen en drukvaten. Ook in de luchtvaart wordt ze veel gebruikt om kritieke onderdelen zoals vleugels en rompen op zichtbare gebreken te controleren.
Inzet van techniek:
Met de ontwikkeling van drone- en robottechniek is de visuele inspectie sterk veranderd. Een voorbeeld is de drone voor binneninspectie Flyability ELIOS 3, waarmee visuele inspecties in gevaarlijke of moeilijk bereikbare zones mogelijk zijn. Deze drone kan in besloten ruimtes zoals tanks of leidingen vliegen en daar beelden, video's en 3D-gegevens vastleggen, zonder dat inspecteurs deze gevaarlijke plekken hoeven te betreden. Steigers en betreding door personeel zijn niet nodig.
Voordelen:
- Eenvoudig en voordelig
- Geen bijzondere uitrusting nodig
- Directe resultaten
- Te combineren met geavanceerde technieken zoals drones
Beperkingen:
- Alleen geschikt voor zichtbare gebreken
- Afhankelijk van de lichtomstandigheden en de ervaring van de inspecteur
- Geen herkenning van inwendige of dieper liggende gebreken
2. Ultrasoon onderzoek (UT)
Ultrasoon onderzoek (UT) is een van de belangrijkste methoden van het NDO en maakt het mogelijk gebreken binnen in een materiaal te identificeren. Daarbij worden hoogfrequente geluidsgolven door het materiaal gestuurd. De golven reflecteren op grensvlakken, bijvoorbeeld op scheuren of andere onregelmatigheden, en de gereflecteerde signalen worden door een ontvanger gedetecteerd. Deze methode is bijzonder doeltreffend voor dikwandige materialen en wordt vaak gebruikt voor de inspectie van lasnaden, leidingen en drukvaten.
Toepassing:
Ultrasoon onderzoek wordt in tal van industrieën toegepast. In de luchtvaartindustrie wordt het bijvoorbeeld gebruikt om scheuren in vleugels of rompen op te sporen die door materiaalvermoeiing kunnen ontstaan. In de olie- en gasindustrie wordt UT ingezet om corrosie in pijpleidingen of gebreken in lasnaden te herkennen.
Techniek:
Bij UT wordt een taster gebruikt die geluidsgolven opwekt en ontvangt. Deze taster wordt vaak in direct contact met het materiaal gebruikt, waarbij een koppelmiddel (meestal een gel) wordt aangebracht om de overdracht van de geluidsgolven te verbeteren. Er zijn ook geavanceerdere varianten van UT, zoals phased-array-ultrasoononderzoek (PAUT), die een gedetailleerdere en nauwkeurigere weergave van gebreken mogelijk maken.
Voordelen:
- Hoge nauwkeurigheid en diepteresolutie
- Inzetbaar in dikke materialen
- Geschikt voor het opsporen van dieper liggende gebreken
- Te automatiseren voor inspecties in grote series
Beperkingen:
- Vraagt speciale apparatuur en goed opgeleide inspecteurs
- Beperkt bij grofkorrelige materialen zoals gietijzer
- Koppeling aan het oppervlak en kalibratie nodig
3. Röntgen- en gammastralingsonderzoek (RT)
Radiografisch onderzoek (RT) gebruikt elektromagnetische straling (röntgen- of gammastraling) om de inwendige structuur van een materiaal door te lichten. Net als bij een medische röntgenfoto wordt de straling door het materiaal gestuurd en ontstaat er een beeld of “schaduw” op een detector. Zo kunnen inwendige defecten zoals poriën, insluitsels of scheuren zichtbaar worden gemaakt die van buitenaf niet te zien zijn.
Toepassing:
RT wordt vaak gebruikt voor de inspectie van lasnaden in kritieke toepassingen zoals drukvaten en leidingen. In de lucht- en ruimtevaart wordt deze methode ingezet om de integriteit van metalen onderdelen te controleren, terwijl in de auto-industrie gietstukken op inwendige defecten worden onderzocht.
Techniek:
De te onderzoeken onderdelen worden tussen een stralingsbron en een detector geplaatst. Röntgenstralen dringen door het materiaal en vormen een beeld van de inwendige structuur. Defecten zoals holtes of scheuren verschijnen op het beeld als donkere of lichtere zones, omdat ze de straling anders absorberen.
Voordelen:
- Maakt een gedetailleerd onderzoek van de inwendige structuur mogelijk
- Het stralingsbeeld dient tegelijk als documentatie
- Kan zowel oppervlakte- als volumedefecten opsporen
Beperkingen:
- Vereist strikte veiligheidsmaatregelen vanwege de stralingsbelasting
- Relatief duur en bewerkelijk in de uitvoering
- Toegang van beide kanten van het onderdeel nodig; de wanddikte beperkt de toepassing
4. Wervelstroomonderzoek (ET)
Wervelstroomonderzoek (ET) is een elektromagnetische methode om gebreken aan en vlak onder het oppervlak van elektrisch geleidende materialen te herkennen. Daarbij wordt in het onderdeel een veranderend magnetisch veld opgewekt dat wervelstromen induceert. Gebreken die de stroming van deze stromen verstoren, worden gedetecteerd.
Toepassing:
Wervelstroomonderzoek is bijzonder geschikt voor de inspectie van non-ferrometalen zoals aluminium of koper, die in de lucht- en ruimtevaartindustrie veel voorkomen. Typische toepassingen zijn de inspectie van vliegtuigrompen, lasnaden en motoren.
Techniek:
Een spoel wordt over het onderdeel bewogen om een magnetisch veld op te wekken. De geïnduceerde wervelstromen lopen door het materiaal, en eventuele gebreken veroorzaken veranderingen in het magnetisch veld die door de meetspoel worden geregistreerd. De spoel hoeft het onderdeel niet te raken, en het onderzoek vraagt weinig werk.
Voordelen:
- Zonder koppelmiddel; de meetkop wordt op geringe afstand direct over het oppervlak bewogen.
- Geschikt voor geleidende materialen
- Herkent gebreken aan en vlak onder het oppervlak
Beperkingen:
- Beperkte indringdiepte, alleen voor gebreken aan en vlak onder het oppervlak
- Niet geschikt voor niet-geleidende materialen
- Vraagt speciale kalibratie en zeer gevoelige apparatuur
5. Magnetisch onderzoek (MT)
Magnetisch onderzoek (MT) wordt gebruikt om gebreken aan en vlak onder het oppervlak van ferromagnetische materialen te herkennen. Deze methode berust op het induceren van een magnetisch veld in het materiaal. Gebreken verstoren het magnetische veld, en ijzerdeeltjes die op het oppervlak worden aangebracht, verzamelen zich bij de gebreken en maken ze zichtbaar.
Toepassing:
Magnetisch onderzoek wordt vaak in de auto-industrie gebruikt voor de inspectie van gietstukken en in de zware industrie voor de controle van lasnaden. Ook bij de inspectie van drukvaten en leidingen is deze methode wijdverbreid.
Techniek:
Het materiaal wordt gemagnetiseerd, waarna ijzerdeeltjes of een magnetisch poeder op het oppervlak worden gestrooid. De deeltjes verzamelen zich bij gebreken zoals scheuren of insnijdingen en maken ze zichtbaar voor de inspecteur.
Voordelen:
- Eenvoudig uit te voeren
- Voordelig
- Hoge gevoeligheid voor oppervlaktegebreken
Beperkingen:
- Alleen geschikt voor ferromagnetische materialen
- Beperkte indringdiepte
- Visuele inspectie nodig om gebreken te herkennen
6. Penetrantonderzoek (PT)
Penetrantonderzoek (PT) is een methode om oppervlaktedefecten op te sporen. Daarbij wordt een vloeibare penetrant op het materiaal aangebracht, die in scheuren of poriën dringt. Na een reinigingsfase wordt een ontwikkelaar aangebracht die de penetrant uit de defecten trekt en ze zo zichtbaar maakt.
Toepassing:
PT wordt veel gebruikt voor de inspectie van niet-poreuze materialen zoals metalen, glas en keramiek. Typische toepassingen zijn het onderzoek van lasnaden, gietstukken en keramiek in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie en de bouw.
Techniek:
Eerst wordt het onderdeel grondig gereinigd om alle verontreinigingen van het oppervlak te verwijderen. Daarna wordt de penetrant aangebracht, die in oppervlaktedefecten dringt. Nadat de overtollige penetrant is verwijderd, wordt een ontwikkelaar aangebracht die het defect zichtbaar maakt.
Voordelen:
- Voordelig en eenvoudig toe te passen
- Hoge gevoeligheid voor kleine oppervlaktedefecten
- Breed toepasbaar op verschillende materialen
Beperkingen:
- Alleen geschikt voor open oppervlaktedefecten
- Niet voor poreuze materialen
- Grondige reiniging nodig
7. Akoestische-emissieonderzoek (AE)
Akoestische-emissieonderzoek gebruikt akoestische signalen die door spanningen of materiaalvermoeiing in het inwendige van een onderdeel worden veroorzaakt, om defecten te herkennen. Wanneer een defect groeit of een materiaal bezwijkt, ontstaan akoestische emissies die door speciale sensoren worden geregistreerd.
Toepassing:
Deze methode wordt veel gebruikt voor de bewaking van grote constructies zoals bruggen, drukvaten en hoogbouw, om spanningsscheuren of vermoeiingsverschijnselen vroeg te herkennen.
Techniek:
Op het oppervlak van het onderdeel worden sensoren aangebracht om de geluidsgolven te detecteren die door spanningen of defecten ontstaan. De sterkte, frequentie en positie van de emissies geven informatie over de toestand van het materiaal.
Voordelen:
- Kan defecten in grote constructies bewaken
- Bewaking in realtime mogelijk
- Herkent dynamische veranderingen in het materiaal
Beperkingen:
- Vereist speciale sensoren en apparatuur
- Alleen geschikt voor actieve defecten (waarbij het materiaal verandert)
- Geringe plaatsresolutie
8. Thermografie (TT)
Thermografie is een methode die infraroodstraling gebruikt om temperatuurverschillen aan het oppervlak van een materiaal te meten. Deze temperatuurverschillen kunnen worden veroorzaakt door gebreken zoals scheuren of delaminaties, die de warmtestroom in het materiaal beïnvloeden.
Toepassing:
Thermografie wordt vaak bij de inspectie van gebouwen gebruikt om lekkages, holtes of gebrekkige isolatie op te sporen. In de industrie wordt ze ingezet voor de inspectie van schakelinstallaties, motoren en leidingen, om oververhitting en gebreken vroegtijdig te herkennen.
Techniek:
Een infraroodcamera registreert de warmte-uitstraling van het materiaal. Zones met opvallende warmte-uitstraling worden geanalyseerd om vast te stellen of er een gebrek is.
Voordelen:
- Contactloos
- Geschikt voor inspecties van grote oppervlakken
- Herkent thermische afwijkingen die op gebreken wijzen
Beperkingen:
- Herkent alleen gebreken die zich als temperatuurverschil aan het oppervlak tonen
- Gevoelig voor omgevingsomstandigheden
- Beperkte indringdiepte
De visuele inspectie met de drone laat zien waar de verdere NDO-methoden moeten aangrijpen
Niet-destructief onderzoek (NDO) is een belangrijk instrument om de toestand van materialen en onderdelen te beoordelen zonder ze te beschadigen. Met methoden zoals visuele inspectie, ultrasoon onderzoek of thermografie kunnen defecten vroeg worden herkend en onderhoudsmaatregelen worden gepland, voordat het tot ernstige storingen komt.
Drones dragen vooral bij aan de visuele inspectie. De Flyability ELIOS 3 vliegt in vaten, ketels en besloten ruimten en legt daar beelden en video's van dichtbij vast. Zijn warmtebeeldcamera maakt daarnaast thermografische opnamen in krappe zones mogelijk, en met de LiDAR ontstaat een 3D-puntenwolk waarin bevindingen kunnen worden gelokaliseerd en vervormingen herkend. Meer daarover op onze pagina over de inspectie met de ELIOS 3.
Voor buitenzones zetten wij de DJI M30T in. Met zijn zoomcamera is hij geschikt voor de visuele inspectie van beton- en staalconstructies, bijvoorbeeld bij gevels, koeltorens of pijpenbruggen. De radiometrische warmtebeeldcamera toont temperatuurverschillen op oppervlakken en daarmee mogelijke defecten of isolatieproblemen.
De drone-inspectie is daarmee het uitgangspunt: ze dekt de visuele inspectie en de schadekartering af – in hoge resolutie, van dichtbij en gelokaliseerd in de 3D-puntenwolk, zonder steigers en zonder hoogwerker. Methoden aan het onderdeel zoals ultrasoon onderzoek, magnetisch onderzoek, penetrantonderzoek of radiografisch onderzoek zet de inspecteur alleen in waar ze nodig zijn: op de plekken die het inspectierapport markeert.