TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Eufinger, J. A1 - Bruder, T. T1 - Bruchmechanisches Modell zur Ermittlung der Schwingfestigkeit von geschweißten und nichtgeschweißten Proben N2 - Ermüdungsrisse gehen in technischen Materialien in der Regel von Werkstoffdefekten auf oder nahe der Oberfläche aus. Bei Schweißverbindungen können Schweißnahtdefekte, z. B. oberflächennahe Schlackeneinschlüsse die Risseinleitungsphase erheblich verkürzen, so dass der Hauptteil der Lebensdauer auf die Phase der Kurzriss- und zu geringerem Anteil auf die Langrissausbreitung entfällt. Bei nichtgeschweißten Bauteilen aus technischen Werkstoffen starten Ermüdungsrisse häufig an Einschlüssen, oberflächennahen Poren oder anderen Ungänzen. Einerseits ermöglicht dies prinzipiell die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur Ermittlung der Schwingfestigkeit, andererseits müssen die Methoden in der Lage sein, spezielle Aspekte des Kurzrisswachstums wie den graduellen Aufbau des Rissschließeffekts und die lokale Rissspitzenplastizität zu erfassen. Im Beitrag werden ein geeignetes analytisches Modell sowie erste Validierungen an Proben aus verschiedenen Aluminiumlegierungen vorgestellt. Der abschließende Teil des Beitrags geht auf Besonderheiten von Schweißverbindungen (Schweißnahtdefekte, Eigenspannungen etc.) im Kontext des vorgestellten Modells ein. Eine Erweiterung des Modells für Schweißverbindungen aus Stahl wird im Rahmen eines kürzlich gestarteten DFG-AiF-Clusterprojekts erfolgen. PY - 2013 UR - http://www.hanser-elibrary.com/doi/pdf/10.3139/120.110465 DO - https://doi.org/10.3139/120.110465 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 7-8 SP - 511 EP - 519 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-30323 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Redmer, Bernhard A1 - Ewert, Uwe T1 - Mobile X-ray computed tomography for nuclear and aviation industry N2 - Digital detectors such as phosphor imaging plates (IP) and digital detector arrays (DDA) enable radiographic inspection with higher efficiency and improved image quality in comparison to the classic film technique. The mobile mechanised tomographic system TomoCAR (tomographic computer aided radiology) was developed first for inspection of circumferential welded seams of pipes. It consists of the manipulator based position control of an X-ray tube in front of the region to inspect and a digital detector array behind it. The high contrast sensitivity technique was combined with planar tomography. The tomographic reconstruction allows the three-dimensional (3D) representation of the material structure and included defects, equivalent to a metallographic cross sectioning. The hardware design is based on a specially developed flat X-ray tube and a direct converting CMOS detector array on CdTe basis. TomoCAR is applied for sizing of volumetric and planar defects. It allows the reliable detection of planar defects with openings larger than 25µm by subpixel resolution due to the achieved high signal-to-noise ratio. TomoCAR was successfully qualified as the result of a German pilot study on the basis of the European Network of Inspection and Qualification (ENIQ) guidelines for application in the nuclear power industry. Application examples are presented. The TomoCAR design was modified for in situ inspection of large aircraft components under production conditions. A gantry gate based planar tomograph was constructed and tested for inspection of the integrity of large flat CFRP panel components of up to 3 m × 9 m size. The integrity of imbedded stringers has been successfully observed. Different trials were performed to prove the finding rate of cracks in embedded stringers, which will be presented and discussed. KW - Computertomographie KW - Röntgen KW - Schweißen KW - Kerntechnik KW - Ferritischer Stahl KW - Austenitischer Stahl KW - Luftfahrt KW - Faserkomposite KW - Risse PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110504 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 10 SP - 760 EP - 764 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-29785 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Shirshova, N. A1 - Bismarck, A. A1 - Carreyette, S. A1 - Fontana, Q.P.V. A1 - Greenhalgh, E.S. A1 - Jacobsson, P. A1 - Johansson, P. A1 - Marczewski, M.J. A1 - Kalinka, Gerhard A1 - Kucernak, A.R.J. A1 - Scheers, J. A1 - Shaffer, M.S.P. A1 - Steinke, J.H.G. A1 - Wienrich, Malte T1 - Structural supercapacitor electrolytes based on bicontinuous ionic liquid-epoxy resin systems N2 - 'Structural electrolytes' retain the desirable mechanical characteristics of structural (epoxy) resins whilst introducing sufficient ionic conductivity to operate as electrolytes in electrochemical devices. Here, a series of ionic liquid–epoxy resin composites were prepared to identify the optimum system microstructure required to achieve a high level of multifunctionality. The ionic conductivity, mechanical properties, thermal stability and morphology of the cured epoxy based structural electrolytes were studied as a function of phase composition for three fully formulated high performance structural epoxy systems. At only 30 wt% of structural resin and 70 wt% of ionic liquid based electrolyte, stiff monolithic plaques with thicknesses of 2–3 mm were obtained with a room temperature ionic conductivity of 0.8 mS cm-1 and a Young's modulus of 0.2 GPa. This promising performance can be attributed to a long characteristic length scale spinodal microstructure, suggesting routes to further optimisation in the future. KW - Epoxy KW - Ionic liquid KW - Supercapacitor PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1039/c3ta13163g SN - 2050-7496 SN - 2050-7488 VL - 1 IS - 48 SP - 15300 EP - 15309 PB - RSC CY - London [u.a.] AN - OPUS4-29735 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller, Christina A1 - Bertovic, Marija A1 - Pavlovic, Mato A1 - Kanzler, Daniel A1 - Ewert, Uwe A1 - Pitkänen, J. A1 - Ronneteg, U. T1 - Paradigm shift in the holistic evaluation of the reliability of NDE systems N2 - Das Ziel des Artikels ist es eine Übersicht über neue methodische Ansätze und Verfahren zur Bewertung der Zuverlässigkeit von ZfP-Systemen in Übereinstimmung mit den spezifischen Anforderungen verschiedener industrieller Anwendungen zu geben. Nach einem Überblick über die in den vergangenen Jahrzehnten erreichten Fortschritte, wird der Fokus auf die gegenwärtigen Entwicklungen gerichtet. Für hohe Sicherheitsanforderungen wurde die quantitative Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (probability of detection, POD) basierend auf 'hit/miss'- oder 'Signal-Response'-Analysen und die ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristics) als typische Werkzeuge entwickelt. Im Rahmen des modularen Modells für die ZfP-Zuverlässigkeit unterscheidet man zwischen den rein physikalisch-technischen Einflussfaktoren, den industriellen Anwendungsfaktoren und den menschlichen Faktoren. Es hilft zum Beispiel zu erkennen, welche dieser Faktoren man in Modellierungsrechnungen bzw. mittels offenen oder Blindversuchen untersuchen kann. Ein neues Paradigma wird für die Betrachtung der POD als eine Funktion der gewählten Systemparameter und somit als Optimierungswerkzeug verwendet, anstelle sie für die endgültige Beurteilung zu nehmen. Zur Handhabung der Zuverlässigkeitsuntersuchung von realen Defekten in einer realistischen Umgebung werden ökonomisch vertretbare, aber dennoch präzise genug arbeitende Methoden, wie der Ansatz von Bayes oder modellbasierte Methoden vorgestellt. Die menschlichen Faktoren sind oft von ausschlaggebender Wichtigkeit für die Gesamtzuverlässigkeit. Hier hilft ein systematischer psychologischer Ansatz die Engpässe und Verbesserungsmöglichkeiten zu finden. KW - Zuverlässigkeit KW - Modulares Modell KW - POD KW - Human factors PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110433 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 4 SP - 261 EP - 269 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-28831 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kanzler, Daniel A1 - Müller, Christina A1 - Ewert, Uwe A1 - Pitkänen, J. T1 - Einsatz der Bayes'schen Statistik in der Zuverlässigkeitsbestimmung von zerstörungsfreien Prüfsystemen N2 - Die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit oder 'Probability of Detection' ist zu einer wichtigen Qualitätskennzahl von zerstörungsfreien Prüfsystemen geworden. Die Einschätzung von nur künstlichen Fehlern ist jedoch als Bewertungsgrundlage meist nicht ausreichend. Die später verwendeten Prüfobjekte mit den real vorkommenden Fehlern sind die zu betrachtende Basis, für die der Endanwender eine gültige Qualitätseinschätzung der angewandten zerstörungsfreien Prüfung fordert. Jedoch ist bei dem Fall, dass die Datenmenge gering ist, auch die Aussage der POD beschränkt. Es muss daher eine Zwischenlösung gefunden werden, in der die Informationen von beiden Prüfungen kombiniert werden. Die Mathematik ermöglicht mit der Bayes'schen Statistik, diese Informationen miteinander zu kombinieren und somit beide Informationen in die Bewertung einfließen zu lassen. Dabei spielt jedoch der Zusammenhang zwischen Signal und Fehlerausprägung eine wichtige Rolle. Praktisch angewendet und erprobt wird diese Vorgehensweise für die Bewertung der zerstörungsfreien Prüfungen der Firma POSIVA, die sich mit dem Bau eines Endlagers für hochradioaktiven Abfall in Finnland beschäftigt. KW - POD KW - RT KW - Bayes'sches updating PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110432 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 4 SP - 254 EP - 260 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-28832 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pavlovic, Mato A1 - Müller, Christina A1 - Ewert, Uwe A1 - Ronneteg, U. A1 - Pitkänen, J. A1 - Boller, C. T1 - Safe product design - the role of the NDT reliability analysis N2 - Im Zuge der Anwendung des Schadens-Toleranz-Prinzips wird ein adäquates zerstörungsfreies Prüfsystem benötigt um strukturelle Integrität sicher zu stellen. Wenn ein zerstörungsfreies Prüfsystem jedoch bis zu den Grenzen der Detektionsfähigkeit beansprucht wird, liefert es keine übereinstimmende Indikationen der Defektentdeckung (Hit/Miss). Deshalb wird dessen Fähigkeit Defekte zu entdecken als Entdeckungswahrscheinlichkeit (POD Probability of Detection) ausgedrückt. In der herkömmlichen 'Signal Response' Signal-Antwort-Zuverlässigkeitsanalyse wird die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion der Defektgröße angegeben. Die Eignung des Prüfsystems wird durch den Vergleich der Größe des Defektes, der zuverlässig entdeckt wird, mit der des größten zulässigen Defektes, der die strukturelle Integrität nicht gefährdet, verifiziert. Analysen moderner Strukturen zeigen aber, dass auch andere Parameter den Schweregrad des Defektes bzgl. der Integrität der Struktur bestimmen können. Im Rahmen der Multi-Parameter-Zuverlässigkeitsanalyse kann die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion verschiedener Einflussparameter ausgedrückt werden. Wenn die Eignung des zerstörungsfreien Prüfsystems bestimmt wird, muss die Fähigkeit des Systems Defekte zu entdecken gegenüber dem kritischen Wert genau des Parameters ausgedrückt und geprüft werden, der den Schweregrad des Defektes für die Integrität der Struktur bestimmt. Die Nichterfüllung dieser Forderung kann zur Ablehnung von intakten Teilen oder der Akzeptanz von schlechten Teilen führen. Das Prinzip wird anhand von longitudinalen Ultraschall-Sende-Empfangs-Prüfdaten der Gußeisenmatrix mit oberflächenoffenen, semi-elliptischen, rißartigen Defekten demonstriert. KW - POD KW - TRL-UT PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110434 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 4 SP - 270 EP - 275 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-28829 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bertovic, Marija A1 - Fahlbruch, B. A1 - Müller, Christina T1 - Human factors perspective on the reliability of NDT in nuclear applications N2 - Der Artikel beschreibt eine arbeitspsychologische Analyse des Einflusses der menschlichen Faktoren auf die Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Prüfungen (ZfP). Im Zeitraum von 5 Jahren wurde eine Serie von Untersuchungen zur wiederkehrenden Prüfung in Kernkraftwerken sowie zur Prüfung von Komponenten für die Endlagerung von radioaktivem Abfall durchgeführt. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über vier Studien, diskutiert ausgewählte experimentelle Ergebnisse, und schlägt sich daraus ergebende Möglichkeiten zur Optimierung des ZfP-Verfahrens, der Prüfanweisung sowie zur Schulung des Personals vor. Die experimentellen Ergebnisse haben gezeigt, dass sowohl hoher Zeitdruck als auch hohe psychische Arbeitsbeanspruchung die Qualität des Prüfungsergebnisses negativ beeinflussen. Auffällig waren die Einflüsse der Einteilung des Arbeitsplans, der Kommunikation, der Prüfanweisung, der Prüfaufsicht sowie der Demonstrationsübung. Die abgewandelte Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (Failure Mode and Effects Analysis – FMEA) wurde zur Identifizierung potentieller menschlicher Risiken während der Datenaufnahme und deren Auswertung benutzt. Darauf basierend werden verschiedene Präventivmaßnahmen, wie z.B. menschliche Redundanz und Automatisierung vorgeschlagen, sowie sich daraus möglicherweise ergebende Probleme diskutiert. Die experimentellen Ergebnisse haben gezeigt, dass menschliche Redundanz bei kritischen Anwendungen, wie beispielweise der Fehleridentifizierung, zu anderen Fehlerquellen führen kann, wie “sozialem Faulenzen” bei den Prüfern. Die Verwendung automatisierter softwarebasierter Entscheidungshilfen zur Fehlererkennung bzw. Fehlergrößenbestimmung kann zu übersteigertem Vertrauen in das automatisierte System (automation bias) durch die Prüfer und somit zu Fehlentscheidungen führen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Prüfung in ungewollter Weise beeinflusst werden. Um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der technischen Prozesse zu gewährleisten ist es wichtig, als Hauptfehlerquelle nicht mehr nur das einzelne Individuum zu sehen, sondern ebenfalls die Organisation zu berücksichtigen. KW - Human factors KW - NDT reliability KW - Nuclear PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110431 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 4 SP - 243 EP - 253 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-28830 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schenk, Gottfried A1 - Brackrock, Daniel A1 - Boehm, Rainer A1 - Willems, H. T1 - 3D-Schallfeldsteuerung mit Matrixarrays für die Pipelineprüfung N2 - Die Gefährdung durch Pipelines ist in der Öffentlichkeit wegen zahlreicher Berichte über Unfälle weitgehend präsent. Warum? Weil jeder Unfall die Gefahr von massiven Umweltschäden mit sich bringt und bei Leitungen, die durch besiedeltes Gebiet führen, sogar mit menschlichen Opfern verbunden sein kann. Thema dieses Beitrags ist ein neuartiges Ultraschall-Verfahren, das eine schnellere, sichere und kostengünstigere Prüfung derartiger Rohrleitungssysteme erlaubt. KW - Wanddickenmessung KW - Rissprüfung auf Innen- und Außenfehler KW - Ersatz von konventioneller Prüftechnik durch Matrixarrays KW - Schallfeldoptimierung durch Modellrechnung KW - Matrixarray mit 256 Elementen KW - Erprobung an Rohrtestkörpern KW - Mixed signal ASIC PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110447 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 5 SP - 379 EP - 385 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-29053 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kolkoori, Sanjeevareddy A1 - Wrobel, Norma A1 - Osterloh, Kurt A1 - Redmer, Bernhard A1 - Deresch, Andreas A1 - Ewert, Uwe T1 - Hochenergieradiografie - Erkennung von Einzelheiten in großen, komplexen Schichttiefen N2 - Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen. KW - Hochenergieradiographie KW - Containerprüfung KW - Materialerkennung PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110492 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 9 SP - 683 EP - 688 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-29057 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wrobel, Norma A1 - Kolkoori, Sanjeevareddy A1 - Osterloh, Kurt T1 - Röntgenrückstreuradiografie - Eindringen statt Durchdringen, aber Bilder mit Schatten N2 - Der große praktische Vorteil der Rückstreuradiografie allgemein ist, dass kein Bilddetektor am Objekt auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite aufgestellt werden muss. Dieses ist immer dann gegeben, wenn sich das Untersuchungsobjekt in oder an einer Wand befindet oder es so groß ist, dass eine Durchstrahlung aufgrund der zu durchdringenden Schichtdicken nicht infrage kommt. Von der üblichen Methode, das Objekt mit einem wandernden ausgeblendeten Einzelstrahl ('Bleistiftstrahl') abzutasten und die gesamte rückgestreute Strahlung großflächig zu registrieren, unterscheidet sich das hier verwendete Verfahren grundsätzlich. Das Objekt wird voll von einem (unkollimierten) Kegelstrahl angestrahlt. Das Bild wird mit einer Kamera aus absorbierendem Material (Wolfram, Blei) aufgenommen, die einen Matrixdetektor als Bildempfänger enthält. Die 'Optik' besteht aus einer besonders geformten Schlitzblende, die nach einem erweiterten Lochkameraprinzip arbeitet, das auch dickere Blendenmaterialschichten zulässt. Die voneinander unabhängige Positionierung von Kamera und Strahlenquellen erlaubt unterschiedliche Einstrahlgeometrien, die verschiedene Ergebnisbilder liefern. So erscheint ein komplexer Gegenstand vor einer rückstreuenden Wand völlig anders, als wenn er frei im Raum steht. Röntgenrückstreubilder müssen deshalb abhängig von ihrer 'Ausleuchtung' mit der Röntgenstrahlung und näheren Umgebung interpretiert werden. KW - Röntgen-Rückstreuradiographie KW - Schlitzblende KW - Variable Einstrahlgeometrie PY - 2013 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 9 SP - 689 EP - 693 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-29058 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -