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Modern material-compatible joining methods for fiber-reinforced plastics require the heating of the materials. In order to predict the respective complex temperature fields and curves, the Fraunhofer IAP and the BTU
Cottbus-Senftenberg have developed numerical methods, which are able to simulate different radiation sources and process sequences as well.
Neuartige, werkstoffgerechte Fügeverfahren für Faserkunststoffverbunde setzen die Erwärmung der Materialien voraus. Um die damit verbundenen komplexen Temperaturfelder und -verläufe vorherzusagen, haben das Fraunhofer IAP und die BTU Cottbus-Senftenberg numerische Verfahren entwickelt. Mit diesen können auch verschiedene Strahlungsquellen und Prozessabläufe simuliert werden.
Представлены концепция и тестирование новой модификации изобретенного ранее ультразвукового преобразователя для толщинометрии в высокотемпературных иммерсионных средах. Суть модификации заключается в удалении нижнего электрода пьезоэлемента и использовании электропроводности окружающей жидкости для передачи электрического заряда на контактирующую с жидкостью поверхность пьезоэлемента. Благодаря отсутствию заземляющего электрода разработанная технология обеспечивает заметное повышение точности прибора, а также значительное улучшение отношения сигнал/шум. Кроме того, предложенная модификация позволяет снизить нижнюю границу измеряемой толщины. Это обеспечивается за счет укорочения посылаемого ультразвукового импульса благодаря минимизации рассеяния излучаемого сигнала, обусловленного в исходном варианте нижним электродом. Таким образом, несмотря на некоторые отдельные сложности, которые могут возникнуть при применении модифицированного преобразователя, представленная концепция обеспечивает заметное улучшение качества измерения.
This work presents the concept and testing of a new modification of a previously invented high-temperature resistant ultrasonic transducer for immersive thickness measurement. The modification lies in the removal of a front electrode and using the electrical conductivity of the surrounding liquid to transfer the electrical charge onto the liquid-contacted surface of a piezo actuator. By not using a front electrode the developed technology provides a considerable increase of the transducer sensitivity, as well as a significant improvement of the signal-to-noise ratio. Furthermore, it reduces the minimum measurable thickness by shortening the impulse due to minimization of the scattering of emitted signal caused by front electrode. Therefore, despite some isolated complications, which could arise in special cases of application of modified transducer, the presented concept provides an appreciable improvement of the measuring quality.
In special cases of angle beam ultrasonic measurement – e.g. defect detection in hot solids as well as flow measurement of liquid gases or energy storage mediums [1] – the applied transducer has to withstand extreme temperatures. Since the irradiation angle into the specific material is determined not only by wedge design, but also by the speed of sound in both the wedge material and the tested object, the developer must take into account the speed of the wave propagation in a wedge material over the whole temperature range of transducers application.
In this study we investigate the temperature dependence of the speed of longitudinal wave propagation in 10 different materials in the range from -200 °C to 400 °C. The investigated materials belong to different material classes (ceramics, glass, as well as ferrous and non-ferrous metals) and are all temperature-resistant up to at least 600 °C, and therefore applicable as wedge materials in an ultrasonic transducer for use at extreme temperatures.
An influence of the arc welding and the laser welding on fatigue properties and destruction mechanisms of aluminum foam sandwich has been studied. It was found that specimens made by the arc welding had the best fatigue strength. Comparative results of four point bending fatigue tests of the non-welded specimens such as butt welded joints made by different welding methods are presented.
Ultrasonic probes for high-temperature applications are provided with metallic wedges, which can withstand the contact with the high temperature of the inspected structure. The ultrasonic signal travels within the wedge and gets reflected from its boundaries, causing interference signals called “ghost echoes”. The current work presents an investigation of the additional damping effect provided by porous sintered metal plates applied onto the surface of the wedge. In particular, the study evaluates the effect of damping plate thickness on the interference signal level at different transmission frequencies. Damping plates made of sintered metal SIKA-R 15 AX were attached to a wedge prototype made of steel 1.4301. The study revealed, that the most effective thickness of damping plates in the selected frequency interval of 1 to 4 MHz is equal to 4 mm. The evaluation of the interference signal has shown that the application of such damping plates to the wedge surface contributes to an additional attenuation of an interference signal of 10 to 30 dB after 500 µs of signal propagation.
Dieser Beitrag stellt eine Entwicklung, Anpassung und Untersuchung der neuartigen Pinschweißtechnik zur Verbindung thermoplastischer Faserkunststoffverbunde mit metallischen Fügepartnern dar. Die untersuchte Fügetechnik bietet, im Vergleich zu anderen Verfahren, neben einer einseitigen Zugänglichkeit, ein hohes Leichtbaupotenzial. An Multimaterial-Einzelpinverbindungen wurden die CMT-Pinschweißbarkeit charakterisiert und unterschiedliche Fügestrategien erprobt und ausgewertet. Als Bewertungskriterien wurden das Schweißgut sowie der Faser- und Matrixerhalt in Abhängigkeit von den Schweißparametern untersucht. Die mechanische Beanspruchbarkeit der mit dem entwickelten Verfahren erstellten Verbindungen wurde in Scherzugversuchen ermittelt. An Mehrpinverbindungen wurde anschließend der Einfluss der Pinanordnung untersucht und die Auslegung der Fügezone analysiert. Der Fügeprozess wurde an Funktionsmustern und diese wiederum in 3-Punkt-Biegeversuchen validiert sowie mit dem Kleben verglichen.
Durch den strukturellen Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) lassen sich hochwertige gewichtsoptimierte Karosserien in Mischbauweise umsetzen. Die untersuchte CMT-Pin-Schweißtechnik zur Verbindung von thermoplastischen Organoblechen mit Stählen bietet, im Vergleich zu anderen Verfahren, neben einer einseitigen Zugänglichkeit, ein hohes Leichtbaupotenzial. Das Vorhaben wurde auf eine werkstoff-, prozess- und konstruktionsgerechte Umsetzung des Verfahrens ausgerichtet.
Auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen wurde eine Methode zum Vorwärmen von Organoblechen mittels Infrarotstrahlung entwickelt. Die Eignung der CMT-Pin-Technologie wurde sowohl für das Fügen von karbon- als auch glasfaserverstärktem PA6 betrachtet. Als Bewertungskriterien wurden das Schweißgut sowie der Faser- und Matrixerhalt in Abhängigkeit der Schweißparameter untersucht. Das entwickelte Verfahren wurde mit herkömmlichen Fügemethoden bzgl. der in Kopf- und Scherzugversuchen ermittelten Festigkeiten verglichen. Zur Bestimmung der Beständigkeit der Verbindungen gegen unterschiedliche Witterungsbedingungen wurden Salzsprühnebel- und Wechselkorrosionstests durchgeführt. Mit dem Fügen von Hutprofilen wurde die Anwendung der entwickelte CMT-Pin-Technik am Tunnel sowie den Längs- und Querträgern der Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs demonstriert.