Creepy Creep

kruip turbineschoepHet geheime en verborgene heeft sinds mensenheugenis een bijzondere aantrekkingskracht gehad op mens en maatschappij. Sommigen willen verdoezelen, sommigen willen openbaren en sommigen … willen efficiënt en objectief naar oplossingen zoeken.

Dat laatste is zeker wat de technologische en wetenschappelijke wereld kenmerkt. Wetenschappers onthouden zich van grote polemieken en mediageilheid die sommige anderen veelvuldig tentoon spreiden. Adequaat, efficiënt en objectief zoeken naar oplossingen voor dingen die niet werken of naar verbeteringen voor wat wel al werkt, dat is waar echte wetenschappers en technologen naar streven.

Zo kent ook de technische wereld vele, voor eender welke tastzin verborgen gebreken. In materialen kunnen zich bv. vele fenomenen afspelen die het oog niet ziet, maar die wel tot ernstige schade kunnen leiden. Veelal ontwikkelen ze zich redelijk traag, maar alleszins gestaag en zonder dat iemand het merkt; echte onderkruipers zijn het, die fenomenen. In de metaalkunde zijn waterstofverbrossing, waterstof-geïnduceerd scheuren (beter bekend als HIC, of te wel ‘Hydrogen Induced Cracking’), relaxatie en kruip (‘creep’ in het Engels) onderkruipers van het ergste soort. Een aan deze onderkruipers gewijde blogreeks zal hun oorsprong verder openbaren.

messing gegotenOm “kruip” te begrijpen moet je in de eerste plaats weten hoe een metaal is opgebouwd. Om je een idee te geven van de structuur van een metaal, zie je hiernaast de microscopische foto van een koperlegering. Een metaal bestaat uit korrels; het is te vergelijken met een sneeuwvlok die bestaat uit individuele ijskristallen. De overgang tussen de korrels wordt gevormd door de korrelgrenzen. Bij zeer hoge temperaturen, zoals bv. in de boiler van een elektriciteitscentrale, en bij de aanwezigheid van spanningen, kunnen er op deze korrelgrenzen kleine holtes ontstaan. Die holtes worden na verloop van tijd gevormd doordat de korrelgrens lokaal verzwakt en daardoor over een zeer klein stukje open scheurt. De vorming van die kleine holtes is het begin van kruip. Zolang de kruip beperkt blijft tot de vorming van enkele individuele holtes, is er voor een boiler niets aan de hand. Het is pas als er verschillende holtes samenkomen en één grotere lijnvormige holte gaan vormen, dat er moet worden ingegrepen. Zo zie je bv. bovenaan op de foto onderaan deze blog het begin van kruip, terwijl onderaan de kruip al is geëvolueerd tot microscheuren.

Wanneer en hoe er bij kruip moet worden ingegrepen, is afhankelijk van het type installatie, de procescondities, de kans dat de component zou scheuren en de gevolgen daarvan. De maatregelen kunnen gaan van een kleine verlaging van de temperatuur, een regelmatige inspectie van hoe ver de kruip is gevorderd, een vervanging van het onderdeel dat kruip vertoont, tot een preventieve periodieke vervanging alvorens de component kruip kan vertonen. Zo worden turbineschoepen van een vliegtuigmotor preventief vervangen, dus voor het risico op kruip optreedt. Voor boilerpijpen in een elektriciteitscentrale wordt dan bv. weer een heel beperkte mate van kruip toegelaten enz.

Vermits de kruipholtes zich ‘in’ het metaal ontwikkelen is het een echte ‘onderkruiper’. Je ziet het niet, maar het ‘kan’ er wel zijn. De controles op kruip vereisen dan ook dat we regelmatig de microstructuur van een voor kruip gevoelig metaal controleren, met bijzondere aandacht voor de korrelgrenzen. Voor metalen componenten die nog verder dienst moeten doen, gebeurt deze controle met behulp van zogenaamde replica. Die technologie is minder bekend, maar vergelijk het gerust met het nemen van een gipsafdruk op microscopisch niveau. Daardoor kunnen we tijdig het ontstaan van kruip opsporen, het verder opvolgen en het onderdeel vervangen zodra nodig.

Bij een preventieve vervanging gaan we nog een stap verder: we vervangen het onderdeel alvorens er ook maar één kruipholte kan ontstaan. Op basis van berekeningen en praktijkervaring kunnen specialisten immers bepalen vanaf wanneer een onderdeel kruip zal gaan vertonen en kunnen we het dan ook vervangen ‘alvorens’ er kruip optreedt. Dat is natuurlijk het meest veilige.

'Veiligheid voor alles’, dat is waar wij dag in, dag uit naar streven, voor u, samen met u en dankzij u. En “U”, dat zijn onze leveranciers, onze klanten, en al onze sympathieke sympathisanten.

Dank u wel!

 

kruip in messing CuZn40Pb 2 348 en 431 min T niet bekend  

 

Frans Vos
Zaakvoerder Materials Consult

Een oproep aan ouders

Portrait of three little cyclists riding their bikes Als je vlak bij een school woont, heb je een mooi beeld van de verschillende wijzen waarop kinderen, ouders en leerkrachten ’s morgens aankomen op school en ’s avonds weer huiswaarts keren. De auto is (jammer genoeg) nog steeds een regelmatig gekozen vervoermiddel, ook de schoolbus is duidelijk aanwezig, de fiets duikt (gelukkig) meer en meer op en te voet is voor zij die op een afstand van maximaal enkele honderden meters wonen.

Laat ons ons nu concentreren op zij die met de fiets komen, en bij extrapolatie ook naar het fietsgebruik in weekends en op vakantiedagen. De ouders doen alle mogelijke inspanningen om hun kinderen met de fiets te leren rijden, hoe aan te geven dat je naar links of rechts wil afslaan, welke verkeersregels moeten worden gevolgd enz. Zij ondersteunen, moedigen aan, tonen hoe het allemaal moet.

En toch mis ik altijd iets in de wijze waarop vele ouders en leerkrachten hun nobele taak vervullen. Het valt me vooral op dankzij het kleurrijke tafereel dat wordt gevormd door de vele kleurrijke ovaaltjes op de achtergrond van de bakstenen schoolmuren. In de meeste gevallen is het een bijzonder zicht: een kleurrijk stippentapijt dat zich aftekent op kinderhoogte, en hier en daar steekt een stip er bovenuit.

Is het een rare kronkel in de ouderlijke hersenen? We leren aan, doen voor, we willen het goede voorbeeld geven, maar toch…
We leren onze kinderen om, waarheen ze ook gaan, zonder kleerscheuren doorheen het hedendaagse drukke verkeer te navigeren, maar toch…
We smeken de meer rebelse om te doen wat ieder kind zou moeten doen, maar toch…
We beschermen en zorgen, maar toch…

Maar toch… hoe kunnen we verwachten dat onze kinderen ‘het goede voorbeeld’ volgen als…

Op een zekere morgen mis ik iemand in de bonte mengeling van kinderen, ouders en leerkrachten die aankomen aan de school. Even later lees ik mijn krant. Ik bekijk kort de overlijdensberichten … en toen wisten ik … en enkele van die kinderen waarom.

Ik word altijd zeer bezorgd als ik een fietsende ouder zie zonder een fietshelm op het verstand.

Frans Vos
Een bezorgde medemens

 

Kwaliteit heeft niets te maken met patriotisme

3 Large Crack in a Steel BeamEen foto van een gescheurde staalbalk, iemand die op basis van die foto vraagt wat de scheuroorzaak is en een hoop mensen die denken dat ze enkel en alleen op basis van die foto de oorzaak van de scheur kunnen bepalen, meer heb je op de sociale media niet nodig om diegene die de vraag stelde tot complete verwarring te brengen. Het is me niet echt duidelijk hoe neuronen, synapsen en andere hersenmaterie samenwerken om een besluit te nemen over de oorzaak of oorzaken van een schade zonder dat een goede schade-analyse werd uitgevoerd.

Gelukkig doen vele mensen ‘suggesties’ dat het een of ander een rol ‘kan’ hebben gespeeld bij het tot stand komen van de schade; voorbehoud is een mooie deugd als je niet weet wat er exact is gebeurd. Anderen vermelden slechts één of twee van de vele mogelijke oorzaken en creëren de absurde indruk dat ze die één of twee oorzaken op de foto kunnen zien; rare gewoonte. Enkel en alleen door te kijken naar de gescheurde balk is het onmogelijk te stellen dat het staal van slechte kwaliteit is, dat de balk een ongeschikte warmtebehandeling heeft ondergaan of onderworpen was aan overmatige spanningen; specifieke analyses en een juiste interpretatie van de testresultaten zijn onontbeerlijk alvorens je dergelijke uitspraken kan en mag doen.

En dan is er nog de enorme massa mensen die kwaliteit verwarren met patriotisme en/of protectionisme. Wanneer hen naar de oorzaak van het scheuren wordt gevraagd, is hun antwoord simpel en duidelijk: ‘Dat heb je met Aziatisch of Afrikaans staal’ of - als ze de schijn van correctheid willen opwekken en afhankelijk van hun nationaliteit - ‘het is geen Amerikaans staal’ of ‘het is geen Europees staal’. Het ontgaat me volledig hoe je enkel op basis van een foto, zonder materiaalcertificaat kan oordelen over de herkomst van het staal.

Op basis van mijn 22 jaar ervaring als schade-expert kan ik u garanderen dat ‘slecht’ staal niet enkel en alleen afkomstig is uit 1 of 2 regio’s in de wereld of, zoals sommige hardcore patriotten beweren, uit een welbepaald Aziatisch land. Overal in de wereld worden wel eens productiefouten gemaakt of loopt wel eens iets mis bij de kwaliteitscontrole, waardoor zogenaamd ‘slecht’ staal alsnog tot op de markt geraakt. Hetgeen die patriotten beweren heeft geen enkel verband met kwaliteit, maar wel met economisch protectionisme of platvloers populisme. Patriotisme en protectionisme hebben nog nooit ten dienste gestaan van de kwaliteit, betrouwbaarheid of veiligheid van technische producten of installaties. Sommigen beschouwen protectionisme en patriotisme als belangrijke economische en sociale waarden, maar die woorden hebben geen enkel verband met de goede ingenieurspraktijk. Wel integendeel, protectionisme en patriotisme ondermijnen de kansen om ‘s werelds best mogelijke producten en installaties te ontwerpen en te maken.

Heb je wel eens overwogen dat – vanuit technisch en kwaliteitsstandpunt – het beste materiaal voor jouw product of installatie mogelijk wordt geproduceerd in een ander dan jouw land?

Kwaliteit heeft niets te maken met patriotisme en protectionisme; een belangrijk gedeelte van kwaliteit wordt verworven door een verstandig ingezette openheid voor de mogelijkheden en talenten van alle mensen in de wereld.

 

Frans Vos
Zaakvoerder Materials Consult bv

Uit de praktijk: Lekkage van een airco-installatie

DSCN5962 compr CopyProduct: Warmtewisselaar van de binnenruimtemodule van een airco-installatie
Materiaal: Koperen pijpenbundel gevat in aluminium koelvinnen
Sector: Maakindustrie, Bouw, Airconditioning, Voeding
Eerste vaststellingen: Lekkage van de pijpenbundel
Onderzoekstechnieken: Lekdetectie, visueel onderzoek, stereomicroscopie, lichtmicroscopie van secties, elektromicroscopie en spectraalanalyse (SEM-EDS)

Belangrijkste conclusies


Via lekdetectie en stereomicroscopie werden verschillende zeer kleine lekkages aangetroffen in de koperen pijpenbundel. Uit het onderzoek is gebleken dat de lekkages zijn ontstaan vanuit de buitenzijde van de pijpjes en dat zij werden veroorzaakt door zogenaamde ‘mierennestcorrosie’, veelal veroorzaakt door contact met organische zuren.

De aantasting werd eveneens bevorderd door het spleetcorrosie-effect in de nauwe openingen tussen de aluminium koelvinnen en de koperen pijpenbundel.

In enkele afzettingen aan de buitenwand van de buisjes werden bij het SEM-EDS onderzoek ook zwavel en chloor aangetroffen. In vijf van de zes geanalyseerde afzettingen waarbij zwavel werd aangetroffen, werd eveneens calcium aangetroffen; in bouwtoepassingen wijst dit veelal op de aanwezigheid van gips (grotendeels bestaande uit calciumsulfaat). Chloor werd significant gedetecteerd in één van de geanalyseerde afzettingen. Afzettingen die zwavel- en/of chloorhoudende substanties bevatten kunnen een corrosiebevorderend effect hebben.

Op de vraag van de klant of uitwendige blootstelling aan formaldehyde een rol kan hebben gespeeld, kan worden vermeld dat formaldehyde in contact met zuurstof kan leiden tot de vorming van mierenzuur, een organisch zuur. Verder bleek uit de omgevingsanalyse dat ook wijnsteenzuur, een ander organisch zuur, de schade in de hand kan hebben gewerkt. De module was met name geplaatst bij een wijnproducent; wijnsteenzuur is onder andere aanwezig in druiven.

Hersteladvies

Gezien er meerdere lekkages werden aangetroffen op verschillende posities in de warmtewisselaar en de configuratie van de bundel geen lokale herstellingen toelaat, is een volledige vervanging van het warmtewisselaarpakket nodig.

 

ML24 ML40

Doorsnedebeeld van mierennestcorrosie aan de buitenwand van een koperen warmtewisselaarpijp (links na polijsten, rechts na etsen)

 

 

 

 

Uit de praktijk: Corrosieonderzoek van gepoederlakt aluminium

Image 01Product: Dorpels en verticale wanden voor buitentoepassing
Materiaal: Gepoederlakt aluminium plaatmateriaal
Sector: Bouw, Immobiliën
Waar?: Appartementsgebouw, Noordzeekust
Eerste vaststellingen: Grijswitte vlekvorming en lokaal loskomen van de coating
Wanneer? Afwerkingsfase van het gebouw, voor oplevering
Onderzoekstechnieken: Visueel onderzoek, stereomicroscopie, lichtmicroscopie bij klassieke belichting en in darkfield-modus, elektromicroscopie met spectraalanalyse (SEM-EDS)

Belangrijkste conclusies

De corrosie was te wijten aan coatingschade omwille van de aanwezigheid van grote gasblazen en een inhomogene (grootte)verdeling van bariumsulfaatkristallen in de coatings.

Onder invloed van de variërende temperatuur zullen de gasblazen uitzetten en krimpen, hetgeen de bovenliggende coating onder variërende spanningen zet. Deze spanningsvariaties, gecombineerd met de beperkte hoeveelheid coatingmateriaal ter hoogte van de gasblazen hebben tot scheurvorming ter hoogte van enkele grote blazen geleid.

Tegelijk werd vastgesteld dat verschillende bariumsulfaatkristallen - onder andere toegevoegd in functie van de glansoptimalisatie – redelijk groot waren in verhouding tot de coatingdikte, waarbij bariumsulfaatkristallen met een grootte gelijk aan een vierde van de coatingdikte geen uitzondering waren. Tegelijk was de verdeling van de bariumsulfaatkristallen in de coating inhomogeen. Zo waren op enkele plaatsen enkele grote bariumsulfaatkristallen gealigneerd (vormden zij samen een lijn van substraat tot coatingoppervlak), hetgeen leidde tot de vorming van ideale propagatiepaden voor scheurvorming.

De lokale aantasting van de dorpels en verticale wanden werd vervolgens veroorzaakt door het binnendringen van marine vocht doorheen de coatingscheuren tot aan het aluminium substraat.

Hersteladvies

Gezien de aard van de hierboven beschreven coatingschade en aangezien het aluminium op verschillende plaatsen reeds substantieel was aangetast, werd geadviseerd om de platen in hun geheel te vervangen. Lokale herstellingen van de beschadigde plaatsen zouden niet de garantie hebben gegeven dat er later geen schade kon ontstaan op plaatsen waar de originele coating nog aanwezig was.

 

Foto bovenaan de blog: Stereomicroscopische uitvergroting van een schadegebied

Foto links bovenaan: Lichtmicroscopisch beeld (darkfield) van een sectiezone met scheurvorming in de coating (groot wit gebied = corrosieproduct van het aluminium)
Foto rechts bovenaan: Lichtmicroscopisch beeld (darkfield) van een sectiezone met gasholtes in de coating
Foto links onderaan: SEM-BS-beeld van een sectie, met bovenaan de coating en onderaan corrosieproducten (donker grijs) en aluminium (licht grijs)
Foto rechts onderaan: EDS-mapping van barium voor de sectiezone op de SEM-BS-foto / De EDS-mapping voor zwavel is gelijkaardig  

 

ML03

 

 

 

 

ML07

 S3 bcde BEC

S3 a Ba L

 

Over Materials Consult

Materials Consult bv
Malendriesstraat 70
3370 Boutersem
KBO/BTW (BE)0878.593.930

Search