Anwendung der Thermografie in der zerstörungsfreien Prüfung

In Branchen wie der Fertigung, der Luft- und Raumfahrt sowie der Bauindustrie hat die Sicherheit von Ausrüstung und Materialien einen unmittelbaren Einfluss auf die Produktivität und die betriebliche Zuverlässigkeit. Um potenzielle Defekte zeitnah zu erkennen, ohne das Objekt zu beschädigen, hat sich die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) als eine entscheidende Methode zur Gewährleistung von Qualität und Sicherheit etabliert. Mit steigenden Anforderungen an schnellere Prüfgeschwindigkeiten, breitere Abdeckung und Echtzeitüberwachungsfähigkeiten wird die Infrarot-Thermographie-NDT – als berührungslose, schnelle und visuelle Prüfungsmethode – zu einem wesentlichen Ergänzungselement zu traditionellen NDT-Techniken und bietet effiziente Lösungen für die Früherkennung von verborgenen Defekten und abnormalen Zuständen.

1. Was ist NDT?

Die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) bezieht sich auf Prüf- und Bewertungsmethoden, die interne und Oberflächenfehler, Strukturbedingungen oder den Betriebszustand bewerten, ohne die Struktur oder die Leistung des zu prüfenden Objekts zu beschädigen. Übliche NDT-Methoden umfassen Ultraschallprüfung, Röntgenprüfung, Magnetpulverprüfung, Penetrantprüfung, Wirbelstromprüfung und Infrarot-Thermographieprüfung.

2. Was ist die zerstörungsfreie Prüfung mittels Thermografie?

1) Grundprinzipien

Die zerstörungsfreie Prüfung mittels Thermografie ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, die auf den Infrarotstrahlungseigenschaften von Objekten basiert. Alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt emittieren kontinuierlich Infrarotenergie. Wenn interne Defekte, strukturelle Anomalien oder Variationen der thermischen Eigenschaften innerhalb eines Objekts vorhanden sind, ändert sich seine Oberflächentemperaturverteilung entsprechend. Infrarot-Thermografiekameras erfassen und visualisieren diese Temperaturunterschiede durch berührungslose Messung und wandeln unsichtbare thermische Informationen in anschauliche Wärmebilder um. Dadurch ist es möglich, sowohl die Oberflächen- als auch die Untergrunddefektbedingungen des zu prüfenden Ziels zu analysieren und zu bewerten.

2) Prüfmethoden

Basierend darauf, ob externe Wärmequellen erforderlich sind, wird die zerstörungsfreie Prüfung mittels Infrarotthermografie typischerweise in passive und aktive Typen eingeteilt.

· Passive Thermography Non-Destructive Testing:
Diese Methode nutzt die natürlichen Infrarotstrahlungseigenschaften des getesteten Objekts, um sein Oberflächenwärmebild zu erhalten, und analysiert das Wärmebild, um die erforderlichen Informationen abzuleiten.

· Active Thermography Non-Destructive Testing:
Diese Methode bringt äußere Wärme ein, um die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des Objekts und seiner Umgebung zu erhöhen, so dass sie für Infrarotwärmekameras ausreichend deutlich wird, um sie zu erfassen oder die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.

3. Advantages and Limitations of Thermography in NDT

1) Advantages

· Non-Contact Inspection:
Die Infrarotthermografie-NDT verwendet berührungslose Messung und erfasst die Oberflächentemperaturinformationen ohne direkten Kontakt mit dem getesteten Objekt. Die Inspektion wird abgeschlossen, ohne die strukturelle Integrität oder die Materialeigenschaften zu beeinträchtigen, und es werden mechanische Schäden, Kontaminationsrisiken oder sekundäre Zerstörungen vermieden, die herkömmliche kontaktbasierte Methoden verursachen könnten. Dies macht es besonders geeignet für Inspektionsszenarien, die hohe Temperaturen, stromführende elektrische Systeme, rotierende Geräte oder gefährliche Umgebungen betreffen.

· Hochsensitivität: 
Die Thermografieprüfung als zerstörungsfreie Prüfmethode kann subtile Temperaturunterschiede erfassen, die durch innere Defekte in den Prüfobjekten verursacht werden. Diese hohe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturunterschieden verleiht der Infrarotthermografie deutliche Vorteile bei der Früherkennung von Defekten, der Beurteilung der Qualitätskonsistenz und der Prävention von Störungsgefahren und bietet eine starke Unterstützung für die Qualitätskontrolle und die Fehlersuche.

· Hochprüfleistung:
Die Thermografieprüfung als zerstörungsfreie Prüfmethode kann in einem einzigen Bild die Temperaturverteilung im gesamten Prüfbereich erfassen, ohne dass eine punktweise Abtastung erforderlich ist, was eine schnelle Prüfung und eine breite Abdeckung ermöglicht. Diese Eigenschaft macht sie besonders geeignet für die Online-Qualitätsüberwachung von Großserienfertigungsstraßen, die schnelle Vorprüfung von Chargenprodukten und die vorbeugende Instandhaltung von Anlagen und hilft, die Defekterkennung von der Nachprüfung auf die Prozessüberwachung zu verlagern.

2) Einschränkungen

· Begrenzte Erkennung tiefliegender Defekte:
Die Infrarot-Thermografie spiegelt im Wesentlichen die Oberflächentemperaturverteilungscharakteristiken des getesteten Objekts wider. Wenn interne Defekte in beträchtlicher Tiefe liegen und die Oberflächenwärmeleitfähigkeit nicht wesentlich verändern, kann ihre Darstellung in Thermogrammen unzureichend ausgeprägt sein oder sogar schwer direkt zu identifizieren sein. Daher muss die Thermografie-Schadstoffprüfung zur Detektion tiefer Risse oder komplexer innerer Strukturen in der Regel mit Ultraschall-, Röntgen- oder anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden kombiniert werden, um eine umfassendere Defektbeurteilung zu erzielen.

· Empfindlichkeit gegenüber Umweltbedingungen:
Externe Faktoren wie Umgebungstemperaturfluktuationen, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit können alle die Infrarot-Thermografie-Daten stören und die Stabilität und Genauigkeit der Temperaturmessungen beeinträchtigen. In der Praxis erfordert die Anwendung der Thermografie-Schadstoffprüfung entweder kontrollierte Umweltbedingungen, die auf die jeweiligen Betriebsszenarien zugeschnitten sind, oder Algorithmen zur Kompensation und Datenkorrektur, um die Auswirkungen der Umwelt auf die Ergebnisse zu minimieren.

· Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der zu prüfenden Objekte:
Die Oberflächenrauheit, die Emissivitätsschwankungen und die Reflexionseigenschaften des Prüfobjekts beeinflussen alle direkt die Qualität des erfassten Infrarotstrahlungssignals. Daher ist es normalerweise erforderlich, vor der Durchführung einer zerstörungsfreien Wärmebildprüfung die Oberflächenbeschaffenheit des zu prüfenden Objekts zu bewerten und entsprechende Emissivitätskorrekturmaßnahmen zu ergreifen, um die Zuverlässigkeit der Prüfungsergebnisse zu verbessern.

In den letzten Jahren hat sich die zerstörungsfreie Infrarot-Wärmebildprüfungstechnologie mit den ständigen Verbesserungen der Leistung von Infrarotdetektoren, der Bildverarbeitungsalgorithmen und der Systemintegrationsfähigkeiten rasch entwickelt und ist allmählich zu einer wichtigen Ergänzung der traditionellen Prüfmethoden wie Laser- und Ultraschallprüfung geworden und hat in einigen Anwendungsfällen sogar eine effektive Alternative geschaffen. Darüber hinaus kann diese Technologie mit anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden integriert werden, um die Prüfgenauigkeit, die Zuverlässigkeit und die umfassende Diagnosefähigkeit weiter zu verbessern.

4. Anwendungen der Thermografie in der zerstörungsfreien Prüfung

1) Luft- und Raumfahrt

Die thermografische zerstörungsfreie Prüfung wird weit verbreitet zur Inspektion kritischer Komponenten wie Verbundstrukturen und Triebwerksblätter in Flugzeugen und Raumfahrzeugen eingesetzt. Sie identifiziert effektiv versteckte Defekte, einschließlich Delamination, Hohlräume und Risse. Indem sie die Unterschiede in der Wärmeleitung zwischen defekten Bereichen und normalem Material erfasst, ermöglicht die Infrarot-Thermografie-Zerstörungsfreie Prüfung eine schnelle Inspektion unter berührungslosen und nicht-demontierenden Bedingungen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Integrität von Luft- und Raumfahrtsstrukturen und der Flugssicherheit.

2) Elektrizitätsversorgungssysteme

Die während des Betriebs elektrischer Geräte erzeugte anormale Wärme ist oft ein direkter Indikator für Störungen. Die thermografische zerstörungsfreie Prüfung kann für die Online-Inspektion von Transformatoren, Schaltanlagen, Kabeln, Sammelschienen und anderen Haupteinrichtungen verwendet werden. Durch die Identifizierung von lokalisierten Überhitzungsphänomenen ermöglicht sie die rechtzeitige Erkennung potenzieller Gefahren wie schlechter Kontakte, Überlastungen und Isolationsalterung und dient als wichtiges Instrument für die Zustandsüberwachung und die vorbeugende Wartung in Stromversorgungssystemen.

Potentielle Gefahren wie schlechte Kontakte, Überlastungen und Alterung der Isolation. Es dient als wichtiges Instrument für die Zustandsüberwachung und präventive Wartung in Stromversorgungssystemen.

3) Erdöl- und Petrochemische Industrie

Erdöl- und petrochemische Anlagen arbeiten unter Hochtemperatur-, Hochdruck- und korrosiven Bedingungen, was erhebliche Sicherheitsrisiken birgt. Die Infrarot-Thermografie-NDT ermöglicht die berührungslose und online Überwachung von Rohrleitungen, Behältern und Reaktoren und erkennt prompt anomale Temperaturerhöhungen und ungleichmäßige Wärmeverteilung. Dies liefert kritische Daten für die Bewertung des Gerätezustands und Wartungsentscheidungen und verringert das Risiko von unerwarteten Ausfällen.

4) Bauwesen

In der Bauindustrie wird die Thermografie in der NDT hauptsächlich zur Inspektion von Gebäudeschalen und Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) eingesetzt. Durch die Analyse der Gebäudeflächentemperaturverteilung kann man die Isolationsleistung bewerten, Leckstellen lokalisieren und strukturelle Defekte erkennen. Bei Energieprüfungen und Inspektionen von HVAC-Systemen hilft es, Wärmebrücken und Energieverbrauchsanomalien aufzudecken, was die Gesamteffizienz und Sicherheit des Gebäudes verbessert.

5) Industrielle Fertigung

In der industriellen Fertigung kann die Thermografie als zerstörungsfreie Prüfungsmethode zur Überwachung des Betriebszustands von Ausrüstungen, zur Prüfung der Produktqualität und zur Analyse der Energieeffizienz eingesetzt werden. Durch die schnelle Identifizierung von heißen Stellen an der Ausrüstung und von Prozessanomalien ermöglicht sie die frühzeitige Vorwarnung vor Störungen. In Kombination mit der Analyse der thermischen Eigenschaften der Produkte unterstützt sie die Qualitätskontrolle und die Prozessoptimierung, wodurch die Produktionsstabilität und die Energieeffizienz verbessert werden.

6) Medizin und Gesundheitswesen

Infrarot-Thermografie im medizinischen Bereich wird hauptsächlich zur frühen Krankheitsscreening und zur unterstützenden Diagnose eingesetzt. Pathologische Bereiche im menschlichen Körper weisen in der Regel Veränderungen des lokalen Stoffwechsels und der Blutströmung auf, was zu einer abnormalen Verteilung der Körpertemperatur an der Oberfläche führt. Durch die berührungslose Erfassung des thermischen Gleichgewichts des menschlichen Körpers kann sie objektive Referenzdaten für die klinische Diagnose und die Bewertung der Behandlungswirksamkeit liefern.

5. Raythink Produktempfehlungen

RM600G Professionelle Handheld-Thermalkamera

RT630 Expert-Thermalkamera

TN220 Thermografische Würfelkamera

AT61 Motorisierte Fokussier-Thermalkamera

TN460 Festmontierte Thermalkamera

6. Fazit

Als zerstörungsfreie Prüfmethode, die Temperaturfelder als Informationsträger nutzt, entwickelt sich die Infrarot-Thermografie zunehmend von einem Hilfsmittel für die Inspektion zu einer der Kerntechnologien in der Ingenieuranwendung. Ihre berührungslosen, effizienten und visuellen Eigenschaften verändern die zerstörungsfreie Prüfung von der "Nachträglichen Feststellung" hin zur "Prozessüberwachung" und "Früherkennung". Mit der ständigen Verbesserung der Leistung von Infrarotdetektoren, der algorithmischen Fähigkeiten und des Systemintegrationsniveaus wird die Anwendung der Thermografie in der zerstörungsfreien Prüfung in komplexeren Betriebsbedingungen und kritischen Branchen einen größeren Mehrwert liefern und für die Gerätesicherheit, Qualitätskontrolle und zuverlässige Funktion vorausschauenderen technischen Support bieten.

Raythink bietet Benutzern weltweit zuverlässige und benutzerfreundliche Wärmebildkameras sowie umfassende technische Unterstützung. Wenn Sie den Anwendungsnutzen der Infrarot-Thermografie für die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) in bestimmten Szenarien erkunden oder Prüflösungen suchen, die auf Ihre Betriebsbedingungen zugeschnitten sind, kontaktieren Sie bitte Raythink, um gemeinsam effizientere und zuverlässigere Ansätze für die NDT-Praxis zu erkunden.