De letar materialdefekter – och stärker industrin

– Oförstörande provning innebär precis som det låter, att man genomför en provning av materialets skick utan att förstöra komponenten som man provar, berättar Håkan Wirdelius, som blev professor i mars.

Han har sedan tidigare en forskarbakgrund på Chalmers kring att utveckla matematiska modeller för oförstörande provning.

– Efter att ha arbetat med teoretisk forskning ville jag utveckla oförstörande provning för nya tillämningar i samarbete med industrin. På Högskolan Väst har de nära samarbete med näringslivet och kombinerar teori med praktisk kunskap, vilket lockade mig hit.  

Just samarbetet med näringslivet är en viktig del för Håkan Wirdelius och hans kollegor, som bedriver forskning på Produktionstekniskt centrum i Trollhättan. Här samsas klassisk kontorsmiljö med avancerad utrustning för att utveckla nya produktionsmetoder där forskningen ska stärka konkurrenskraften hos svenska industriföretag.

För att göra oförstörande provning kan man använda olika tekniker. På Högskolan Väst arbetar de huvudsakligen med ultraljudsteknik, men även digital röntgenteknik och virvelströmsteknik. Oavsett teknik så handlar det om att identifiera en dold defekt, var den finns, vilken typ det är och vilken storlek den har. Det har man sedan nytta av om man måste byta ut, reparera eller förbättra komponenten.

– För att få fram information från provningen behöver man kunna analysera resultatet. Det är där vi kommer in, genom att vi utvecklar digitala simuleringsmodeller och verktyg som säkerställer produktens kvalitet, säger Håkan Wirdelius. 

Genom simuleringar i datorn kan man analysera ultraljudets signalsvar på betydligt fler sätt än vad man kan göra experimentellt. Simuleringsverktyg möjliggör att man kan variera inverkande variabler i oändligt många kombinationer på ett sätt som är omöjligt vid rent experimentellt arbete.

Manuellt arbete inom industrin

Oförstörande provning som ultraljud och röntgen började ursprungligen att användas inom medicintekniken. Därefter hittade dessa tekniker även tillämpningar inom industrin och då framför allt inom kärnkraft och flyg där man gör återkommande provningar för att leta efter olika typer av sprickor som växer med tiden.

På kärnkraftverk måste man kunna se om en spricka är en tillverkningsdefekt eller om det just rör sig om en spricka som växer med tiden. Om man hittar en svetsdefekt i en produkt som har varit i bruk i 20 år så är det inte intressant, menar Håkan Wirdelius. Den påverkar inte livslängden vilket däremot en utmattningsspricka gör. Om det inte är en spricka av kritisk storlek kan man låta den vara kvar i ytterligare ett till två år, när man ska göra nya kontroller.

– Man vill inte byta ut komponenter tidigare än nödvändigt eftersom de är väldigt dyra. All tid som man tvingas hålla ett kärnkraftverk stängt kostar pengar därför att man inte kan producera el och den tiden vill man ju göra så kort som möjligt.

Både kärnkraftverk och flyg har säkerhetsnormer med helt andra krav än andra branscher. Det får inte bli fel. Men tekniken för oförstörande provning är kommersiellt tillgänglig även för tillverkande industri. Där använder man den till att identifiera tillverkningsdefekter, till exempel svetsdefekter eller porositet. En stor del av detta arbete utförs fortfarande manuellt av specialister.

Håkan Wirdelius tror att det finns mycket att vinna på att i högre uträckning kombinera specialisternas kompetens med ny teknik för oförstörande provning.  

– Genom att vidareutveckla våra simuleringsverktyg kan man underlätta specialisternas arbete och de kan få en djupare förståelse för tekniken för oförstörande provning. Då kan man använda ultraljud tillsammans med teknik som AI och maskininlärning för att identifiera eventuella fel.

– Det går sedan till en specialist med kvalificerad kompetens inom använd teknik som ska undersöka det vidare. Då optimerar man processen och kan få en produkt med högre kvalitet, säger Håkan Wirdelius.

Kvalitet som konkurrensfördel

Han pekar på att man inom tillverkningsindustrin använder samma apparater som vid provningen på ett kärnkraftverk och inom flyg, men att tillverkningsindustrin inte utnyttjar dess potential. Det i sin tur på beror på att man inte har kunskapen att utnyttja de värden man får fram.

– I och mångt och mycket jobbar man i tillverkningsindustrin utifrån standarder och vad man har för krav på sina komponenter. Men man har en provningsteknik som gör att man skulle kunna få mycket högre kvalitet på sina produkter, som man inte utnyttjar fullt ut.

– Mycket talar för att kvalitetssäkring kommer att vara en viktig konkurrensfördel för svensk industri och då behöver man både ha rätt teknik och kunskap för att analysera resultaten. Det ser vi som en mission med vår verksamhet, där vi arbetar med materialforskning tillsammans med tillämpad matematisk modellering och i nära samarbete med näringslivet.

Nyligen deltog Håkan Wirdelius och hans kollegor i ett EU-projekt tillsammans med europeisk stålindustri. Där utvecklade de en teknik för att bestämma mikrostrukturer i material med hjälp av simulering.

– Vi kunde visa hur man kan använda dagens teknik för tjockleksmätning av tunna komponenter till att höja kvaliteten på tunnplåt. Samma information som användes för tjockleksmätning kunde man använda för att uppskatta kornstorleken i ett material.

– Det ledde till att man fick en jämnare kvalitet, vilket i detta fall handlade om tunnplåtstillverkning. Då använde vi just simuleringsteknik för hur man ska dra nytta av informationen och göra den användbar i praktiken, avslutar Håkan Wirdelius.