Ultraschall-Dicken Messung s von UV-gehärteten Beschichtungen auf starren Substraten

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Mit Handmessgeräten lässt sich die Dicke von „ Beschichtung “ nun mittels Ultraschall messen, wodurch Unternehmen, die UV-/EB-Härtungstechnologie einsetzen, die Möglichkeit zur zerstörungsfreien Prüfung erhalten. Dieser Artikel beschreibt das Funktionsprinzip und die Vorteile der Ultraschallprüfung.

Beschichtung Dickenmessgeräte, die auf Ultraschall Messung sverfahren basieren, finden zunehmend Verbreitung in Branchen, in denen mit starren Substraten wie Holz, Kunststoff und Verbundwerkstoffen gearbeitet wird. Diese Geräte ergänzen oder ersetzen zerstörende Verfahren zur Messung der Dicke von UV-/EB-gehärteten Beschichtungen mit einer Dicke von mehr als 15 Mikrometern (0,5 mil) in einer Vielzahl von Branchen, darunter die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, die Holzverarbeitende Industrie und die industrielle Oberflächenveredelung.

Beschichtungen erfüllen eine Vielzahl von Funktionen. Einige sind so konzipiert, dass sie Kratzern, Abrieb, Feuchtigkeit und anderen Chemikalien standhalten. Andere dienen der Sanierung, dem Schutz, der Imprägnierung und der Verschönerung von Bauwerken. Wieder andere wurden speziell entwickelt, um Poren zu versiegeln und zu füllen und eine ästhetisch ansprechende Oberfläche Textur zu erzielen.

Warum Dickenmessung?

Beschichtungen sind so konzipiert, dass sie ihre vorgesehene Funktion am besten erfüllen, wenn sie innerhalb eines engen, vom Hersteller angegebenen Dickenbereichs aufgetragen werden. Dies gewährleistet eine optimale Produktleistung. Beispiele für Situationen, in denen die Dicken Messung t wichtig:

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• Konversionslacke sind härter als andere Beschichtungen und sollten nicht mit mehr als fünf Millimetern Trockenschichtdicke verwendet werden, um Rissbildung oder andere Fehler im Finish zu vermeiden.
• Nitrozelluloselack sollte in der Regel nicht mehr als drei Millimeter dick sein.
• UV-gehärtete Primeroberflächen auf Kunststoff sollten vor dem Schleifen zwischen einem und sechs Millimeter dick sein.
• Eine gleichmäßige Schichtdicke ist beim Auftragen von Lackgrundierungen von größter Bedeutung.
• Bei UV-gehärteten Klebstoffen, die zu dick aufgetragen werden, entsteht ein Spannungsproblem, da die Aushärtung so schnell erfolgt, dass weder der Klebstoff noch das „ Oberfläche “ schnell genug ins Gleichgewicht kommen können, um das Entstehen von Spannungen zu verhindern.
• Bei mitteldichten Faserplatten (MDF) liegt die Dicke der Pulver Beschichtung s in der Regel zwischen drei und neun mil. Je dicker die Beschichtung, desto widerstandsfähiger ist in der Regel die Oberfläche. In den Werksspezifikationen wird häufig eine Toleranz von ±1 mil angegeben. Dieses Qualitätsniveau lässt sich nicht allein durch eine optische Begutachtu at s feststellen.

Die präzise Messung der Beschichtungsdicke bietet weitere Vorteile – sei es zur Erfüllung von ISO-, Qualitäts- und Kundenanforderungen im Rahmen der Prozesskontrolle oder zur Kostenkontrolle. Wenn Unternehmen die Qualität des eingehenden Materials unter Beschichtung nicht prüfen und verifizieren, verschwenden sie Geld für Nacharbeiten am Produkt. Durch die Überprüfung ihrer Auftragsgeräte stellen sie sicher, dass die Beschichtung Beschichtung gemäß den Empfehlungen des Herstellers aufgetragen wird. Darüber hinaus birgt das Auftragen einer zu hohen Schichtdicke das Risiko einer unvollständigen Aushärtung und kann die Gesamteffizienz drastisch verringern. Schließlich können regelmäßige Tests die Anzahl interner Nacharbeiten und Kundenrücksendungen aufgrund von Veredelungsfehlern reduzieren.

Wie testet man am besten?

Bei Metallen ist die Prüfung der Schichtdicke ein gängiges Verfahren zur Qualitätskontrolle und -prüfung. Handelt es sich bei dem Grundmetall um Kohlenstoffstahl, kommt ein magnetisches Verfahren zum Einsatz. Für andere Metalle wie Kupfer und Aluminium werden Wirbelstromgeräte verwendet. Unter diesen Handmessgeräten stehen zahlreiche Modelle zur Auswahl. Einige verfügen über eine integrierte Sonde, um große Flächen bequem mit einer Hand Messung en zu können. Andere sind mit einer kleinen Sonde ausgestattet, die sich am Ende eines kurzen Kabels at befindet, damit der Bediener auch kleine Teile oder schwer zugängliche Stellen messen kann. Viele Geräte verfügen über optionale Funktionen, die die Arbeit bei der Messung erleichtern, wie beispielsweise die Berechnung von Durchschnittswerten und eine Speicher , um gespeicherte Messwerte auf einen Drucker oder Computer herunterzuladen.

So beliebt sie auch sind, können Magnet- und Wirbelstrommessgeräte die Dicke von Beschichtungen auf nichtmetallischen Substraten nicht messen. Daher hat die Industrie alternative Techniken zur Messung der Schichtdicke eingesetzt, darunter:

• Optischer Querschnitt (Schneiden des beschichteten Teils und mikroskopische Betrachtung des Schnitts).
• Höhe Messung (gemessen vor und nach dem Vorgang mit einem Mikrometer).
• Gravimetrisch (Messung der Masse und der Fläche des Beschichtung s zur Berechnung der Dicke).
• Eintauchen eines Feuchtfilmdicken Messgerät s in die unausgehärtete Beschichtung.
• Substitution (Anbringen eines Stahlprobekörpers neben dem Bauteil und gleichzeiti Beschichtung at ).

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Diese Prüfungen sind zeitaufwendig, schwierig durchzuführen und unterliegen der Interpretation durch den Prüfer sowie anderen „ Messung en“ Fehlern. Anwender halten zerstörende Verfahren für unpraktisch. Um eine statistisch repräsentative Probe zu erhalten, müssen im Rahmen der zerstörenden Prüfung möglicherweise mehrere Produkte aus einer Charge aussortiert werden. Die gravimetrische Methode liefert zwar die durchschnittliche Schichtdicke auf dem Bauteil, gibt jedoch keinen Aufschluss über das Schichtdickenprofil in bestimmten Bereichen.

Mit dem Aufkommen von Ultraschallgeräten sind viele Veredler zur zerstörungsfreien Prüfung von dicken UV/EB-gehärteten Beschichtungen übergegangen.

Ultraschall-Durchbruch

Qualitätsfachleute sind bereits mit verschiedenen Aspekten der Ultraschallprüfung vertraut, bei der hochfrequente Schallenergie zur Durchführung von Untersuchungen und Messungen verwendet wird. Mit der Ultraschallprüfung können Fehler in Metallen aufgespürt und bewertet, Abmessungen gemessen, die Materialeigenschaften bestimmt und vieles mehr werden.

Die Wanddickenmessung Messung ist wohl die gängigste und einfachste Art der Ultraschallprüfung. Mit den Ultraschall-Wanddickenmessgeräten Präzision lässt sich die Dicke von Objekten schnell Messung messen, ohne dass ein Zugang zu beiden Seiten erforderlich ist. Für Beschichtung Messung sind diese Messgeräte jedoch nicht ideal. Sie verfügen nicht über eine ausreichende Empfindlichkeit, um die Dicke von Acrylfüllern, Werksgrundierungen, Lacken, UV-Beschichtungen, Pulverbeschichtungen und anderen Materialien zu messen, die auf nichtmetallischen Produkten verwendet werden.

Das erste Handgerät, das speziell für die Beschichtung e Dicken Messung entwickelt wurde, kam vor 14 Jahren auf den Markt und ist mittlerweile in der vierten Generation erhältlich. Es nutzt einen Ein-Element-Wandler und numerische Verfahren der advanced , um digitalisierte Echos zu filtern und zu verbessern. Die heutigen tragbaren Ultraschall- Beschichtung en Dickenmessgeräte sind einfach zu bedienen, erschwinglich und zuverlässig (Abbildung 3).

Eine solide Technik beim „ Messung “

Bei der Ultraschallprüfung wird mithilfe einer Sonde (Wandler) eine Ultraschallschwingung in ein „ Beschichtung “ gesendet, wobei eine an die „ Oberfläche “ angelegte „ Koppelmittel “ zum Einsatz kommt.

Die Schwingung breitet sich durch den „ Beschichtung “ aus, bis sie auf ein Material mit anderen mechanischen Eigenschaften trifft – typischerweise das Substrat oder möglicherweise eine andere „ Beschichtung “-Schicht. Die Schwingung, die an dieser Grenzfläche teilweise reflektiert wird at , kehrt zum Wandler zurück. Unterdessen breitet sich ein Teil der übertragenen Schwingung über diese Grenzfläche hinaus weiter aus und erfährt weitere Reflexionen at an allen Materialgrenzflächen, auf die sie trifft (Abbildung 4).

Da eine potenziell große Anzahl von Echos auftreten könnte, ist das „ Messgerät “ so ausgelegt, dass es das stärkste oder „lauteste“ Echo Echo auswählt, anhand dessen die Schichtdicke Messung berechnet wird. Geräte, die einzelne Schichten in einer mehrschichtigen Anwendung messen, bevorzugen ebenfalls die lautesten Echos. Der Anwender gibt einfach die Anzahl der zu messenden Schichten ein, beispielsweise drei, und das „ Messgerät “ misst die drei lautesten Echos. Das „ Messgerät “ ignoriert schwächere Echos, die von Beschichtung Unvollkommenheiten und Untergrundschichten stammen.

Messung Genauigkeit

Die „ Genauigkeit “ eines beliebigen Ultraschall Messung s entspricht direkt der Schallgeschwindigkeit der zu messenden Oberfläche. Da Ultraschall die Laufzeit eines Ultraschallimpulses messen, müssen sie auf die „Schallgeschwindigkeit“ in dem jeweiligen Material kalibriert werden.

Aus praktischer Sicht unterscheiden sich die Schallgeschwindigkeitswerte bei UV-/EB- Beschichtung n Materialien nicht wesentlich. Daher müssen ultraschall Beschichtung -Dickenmessgeräte in der Regel nicht an die werkseitigen Kalibrierung -Einstellungen angepasst werden.

Die Ultraschall- Beschichtung -Dickenmessung Messung ist mittlerweile ein anerkanntes und zuverlässiges Prüfverfahren für UV-/EB-gehärtete Beschichtungen. Zur Überprüfung Messgerät Kalibrierung sind epoxidbeschichtete Dickenstandards erhältlich, deren Zertifizierung auf nationale Normungsorganisationen zurückverfolgbar ist.

Wo die „ Beschichtung “ auf das Substrat trifft

Ein Faktor, der die Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Ultraschall Messung en beeinflusst, ist die Art und Weise, wie diese Beschichtungen an das Substrat angrenzen. Holzprodukte können beispielsweise sowohl glatte als auch raue Oberflächen aufweisen, auf denen die Dicke Beschichtung geprüft werden kann. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für beschichtetes Holz. Dieses Foto, das mit einer höheren Auflös at t aufgenommen wurde, als sie bei den meisten zerstörenden Feldprüfungen erreicht werden kann, zeigt die Grenze zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Holz. Die Oberflächen Beschichtung t mag oberflächlich glatt erscheinen, doch die Dicke kann uneinheitlich sein. Holzsubstrate sind oft körnig und weisen unterschiedliche Grade an Oberfläche Rauheit sowie unterschiedliche Eindringtiefen der Grundierung auf. Solch Porosität und Rauheit mögen zwar die Haftung fördern, erschweren jedoch die Erzielung wiederholbarer Dickenmessungen mit jeglichen Mitteln.

Ultraschallmessgeräte sind so ausgelegt, dass sie kleine Unregelmäßigkeiten mitteln, um ein aussagekräftiges Ergebnis zu liefern. Bei besonders rauen Oberflächen oder Untergründen, bei denen einzelne Messwerte möglicherweise nicht wiederholbar erscheinen, liefert der Vergleich einer Reihe von gemittelten Ergebnissen oft akzeptable Wiederholbarkeit.

Ein Finale Echo

Ein standard Prüfverfahren für diese Technologie ist in der Norm ASTM D6132-04 „Standard Prüfverfahren for Nondestructive Messung of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Messgerät“ (2004, ASTM) beschrieben. Im Rahmen einer kürzlich durchgeführten Aktualisierung dieser „ standard “ führten acht Unternehmen eine Ringvergleichsstudie durch, bei der verschiedene beschichtete Holzplatten ultraschalltechnisch gemessen wurden. Zu den Platten gehörten unter anderem mit UV-gehärteten Beschichtungen versehene Hickory- und Ahornplatten. Die Ergebnisse, die noch in diesem Jahr veröffentlicht werden, zeigen eine gute „ Wiederholbarkeit “ und „ Reproduzierbarkeit “ mit geringen „ standard “ Abweichungen.

Schnelle, zerstörungsfreie Dickenmessungen können jetzt an Materialien vorgenommen werden, für die bisher zerstörende Prüfungen, Laboranalysen oder teure zerstörungsfreie Geräte erforderlich waren. Diese neue Technologie verbessert die Konsistenz und den Durchsatz in der Endfertigung. Mögliche Kostensenkungen umfassen:

• Minimierung des Verspills durch Überlackierung durch Kontrolle der Dicke der aufgetragenen Beschichtung ( Beschichtung ).
• Minimierung von Nacharbeit und Reparaturen durch direkte Rückmeldung an den Bediener und verbesserte Prozesssteuerung.
• Es entfällt die Notwendigkeit, Objekte durch zerstörende Dickenmessungen nach dem Prinzip „ Beschichtung “ zu zerstören oder zu reparieren.
  

Heute sind diese Instrumente einfach zu bedienen, erschwinglich und zuverlässig.

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DAVID BEAMISH (1955 – 2019), ehemaliger Präsident der DeFelsko Corporation, einem in New York ansässigen Hersteller von weltweit vertriebenen Handmessgeräten für die Beschichtung . Er verfügte über einen Abschluss in Bauingenieurwesen und mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und Vermarktung dieser Messgeräte in verschiedenen internationalen Branchen, darunter Industrielackierung, Qualitätsprüfung und Fertigung. Er leitete Schulungsseminare und war aktives Mitglied verschiedener Organisationen, darunter NACE, SSPC, ASTM und ISO.