In der Schiffbauindustrie wird mit fortschrittlichen, zerstörungsfreien Prüfverfahren sichergestellt, dass die Qualität der Konstruktion und damit die der gesamten Flotte einwandfrei ist. Am renommierten Masdar Institute of Technology in Abu Dhabi werden spezielle Forschungen zum Einsatz der Thermografie beim Bau von Transportfahrzeugen durchgeführt. Wegen ihrer leichten Umsetzung schätzen die dortigen Forscher diese Technologie besonders.

Das Masdar Institute of Science and Technology ist die erste Universität weltweit, an der sich Experten speziell mit praxisnahen Lösungen für Nachhaltigkeitsprobleme beschäftigen. Das Institut will sich damit als erstklassige forschungsorientierte Universität mit dem Schwerpunkt auf fortschrittliche Energiekonzepte und nachhaltige Technologien etablieren. Am Department of Engineering Systems and Management (ESM) des Instituts erforscht Dr. Mohammad Omar unter anderem die Anwendung der zerstörungsfreien Materialprüfung (Nondestructive Testing; NDT) sowie die Überwachung von Prozessen und Produkten.

Schiffbau
Die rauen Betriebsumgebungen von Schiffen und Flotten erfordern moderne, zerstörungsfreie Prüfverfahren sowie strenge Prüfroutinen und -protokolle, um die Konstruktionsqualität sicherstellen zu können. Diese Qualität ist letztlich ausschlaggebend für die Betriebsdauer und die Wartungshäufigkeit sowie die Flottenkosten und die Zuverlässigkeit generell. Thermografie ist ein solches NDT-Instrument, das nicht nur die Detektierbarkeit und Quantifizierbarkeit von Defekten verbessert, sondern sich auch noch leicht implementieren lässt. Zudem kann sie innen wie außen in den unterschiedlichsten Bereichen eines Schiffs eingesetzt werden.

Schweißqualitätskontrolle
Eine erste im Bereich des Schiffbaus relevante Anwendungsform ist die Schweißqualitätskontrolle. Ob Punktschweißen, MIG-Schweißen oder Rührreibschweißen - mit diesen Verfahren lassen sich zwei Metallstücke zuverlässig verbinden. Bei sehr kritischen Anwendungen wie dem Schiffbau ist eine strenge Qualitätskontrolle unabdingbar. Traditionell werden Schweißnähte visuell überprüft und mit einem Hammer abgeklopft, um sicherzugehen, dass die beiden Metallkanten korrekt miteinander verbunden sind. Allerdings ist diese Art der Prüfung sehr subjektiv.
Thermografie ist da wesentlich objektiver. Grundsätzlich kommt es bei einer guten Schweißnaht darauf an, das Metall gleichmäßig auf Schmelztemperatur zu erhitzen. Daher kann das Überwachen der Schweißstellentemperatur ein guter Indikator für die Festigkeit der Schweißnaht sein. Aus dem Wärmebild der Schweißnaht ergibt sich eine Wärmekarte, die zeigt, wie sich die Temperatur über und entlang der Schweißnaht verändert.

Anstrichoberflächeninspektion
"Ein großer Vorteil der Thermografie ist, dass sie das Temperaturprofil großer Schiffsoberflächen unmittelbar darstellen kann. Damit ist sie ideal geeignet, um die Anstricharbeiten bei einem Schiff zu überwachen", sagt Dr. Omar.
Der Einsatz der Thermografie zur Anstrichoberflächeninspektion hat sich bereits in der Automobilindustrie bewährt. Dort überwachen Wärmebildkameras die Arbeit von Lackierrobotern, die Fahrzeugtanks mit einem rund 500 Mikrometer dicken Schutzfilm auf Wasserbasis beschichten. Bei dieser Anwendungsform korrelieren die Wärmebilder mit der Dicke der Farbschicht und zeigen für jeden Tank in Echtzeit eine Schichtstärkenkarte, während die Farbe noch feucht ist. Dies macht erforderliche Reparaturen an den beschichteten Tanks einfacher und ermöglicht es, die Strömungseinstellungen der Robotersteuerung basierend auf der Rückmeldung der Wärmebildkamera anzupassen.
Im Schiffbau wurde die Thermografie auch eingesetzt, um nichtlackierte Stellen in Ballasttanks aufzufinden. Hierbei erkennt die Thermografie nichtlackierte Stellen unterschiedlicher Größe anhand ihrer unterschiedlichen Emissivität und thermischen Eigenschaften. Weiterhin kann die Thermografie andere bildbasierte Verfahren wie die Fluoreszenzbildgebung ergänzen, bei der die Farbmaterialrezeptur fluoreszierende Pigmente enthält, die unter UV-Licht sichtbar werden.
"Der große Vorteil der Thermografie gegenüber anderen Verfahren besteht darin, dass man sie in den Lackiervorgang integrieren kann", erläutert Dr. Omar. "Wir haben mit Wärmebildkamera-Kernen von Flir gearbeitet, die auf einer Lackierpistole befestigt waren. Auf diese Weise ist sofort zu erkennen, welche Stellen bereits lackiert sind und welche Stellen nachgearbeitet werden müssen. Das ist viel effizienter als beispielsweise der Einsatz von Ultraschall, mit dem erst nach dem Lackieren geprüft werden kann."

Korrosionsschäden
Zusätzliche Vorteile bietet der Einsatz der wärmegestützten Bildgebung bei der Anstrichoberflächeninspektion aufgrund der Tatsache, dass bestimmte Farbrezepturen im 2-5-µm-Infrarotband erkennbar sind. So lässt sich das Trägermaterial thermisch auf etwaige Beschädigungen oder verborgene Korrosionsschäden untersuchen, ohne das die Farbe entfernt werden muss.
Bei ihrer Rückkehr aus Nahost sind die Ballasttanks mancher Tanker voll mit Öl. Auf dem Weg zum Bestimmungsort sind dieselben Tanks dagegen mit Salzwasser gefüllt, um das Schiff auf der Hinfahrt in der Balance zu halten. Das Problem ist, dass Salzwasser höchst korrosiv ist und den Anstrich beschädigen kann. Mit Wärmebildkameras lässt sich erkennen, wo sich Korrosionsstellen befinden, ohne den Anstrich zu entfernen.

Schwer erreichbarer Stellen
Auf Schiffswerften müssen Inspektionen sehr häufig bei schlechter Beleuchtung oder an schwer erreichbaren Stellen durchgeführt werden. Thermografie ist hier ideal, weil sie berührungslos anwendbar ist und dabei hilft, selbst schwer erreichbare Bereiche und Strukturen sehr effizient zu inspizieren. Aufgrund der extremen Größenverhältnisse ist die zweidimensionale Abtastcharakteristik bei Schiffen und Meereskonstruktionen besonders vorteilhaft. Auch erfordert die thermografische Überprüfung keine Oberflächen- oder Probenvorbereitung und ist bei den unterschiedlichsten Arten von Trägerwerkstoffen und Farbrezepturen anwendbar. Sie unterliegt damit keinen Einschränkungen durch bestimmte Schüttguteigenschaften wie der elektromagnetischen Durchlässigkeit.
Ein weiterer Vorteil der Thermografie ist die Möglichkeit, die Detektionsauflösung durch entsprechende Steuerung der Objektive sowie der Raumdimensionen der Fokalebene zu kontrollieren. Somit gibt es für nahezu jede Inspektionsaufgabe im Schiffbau eine Kameralösung.