Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Vortrag (92)
- Zeitschriftenartikel (67)
- Posterpräsentation (44)
- Beitrag zu einem Tagungsband (29)
- Beitrag zu einem Sammelband (12)
- Buchkapitel (3)
- Dissertation (1)
- Sonstiges (1)
- Forschungsbericht (1)
Sprache
- Englisch (183)
- Deutsch (66)
- Mehrsprachig (1)
Schlagworte
- LIBS (250) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (72)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (63)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (49)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (29)
- 9 Komponentensicherheit (27)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (25)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (19)
- 7 Bauwerkssicherheit (11)
- 1.4 Prozessanalytik (10)
- 1.3 Instrumentelle Analytik (6)
- 7.1 Baustoffe (6)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (5)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (4)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (3)
- P Präsident (3)
- P.0 Präsident und andere (3)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 4 Material und Umwelt (1)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (1)
- 8.5 Röntgenbildgebung (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (92)
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is becoming a more mature technology every year with new variants such as laser ablation molecular isotopic spectrometry, reheating by various discharge techniques, and multiple pulse excitation schemes, in which sometimes lasers of different pulse lengths are used. However, lasers with inherent parameters like pulse length and repetition rate are still almost exclusively employed. Recent years have witnessed the advent of novel high-repetition-rate laser concepts for machining processes, like welding, milling, and engraving. Here, a comprehensive study of single-pulse LIBS spectra of a single aluminum target is presented to showcase the applicability of flexible high duty-cycle master oscillator power amplifier (MOPA) lasers. Although traditional flashlamp-pumped Fabry–Pérot lasers only permit a variation in the pulse energy and are operated at very low duty-cycles, MOPA lasers add repetition rate and pulse length as variable parameters. A thorough analysis of the temporal plasma behavior revealed the emission dynamic to closely match the excitation laser pulse pattern. An aluminum sample’s spectral response was shown to be significantly impacted by variations in both rate and length. Although the spectral emission strength of the elemental lines of Al, Sr, and Ca all peaked at slightly different parameter settings, the strongest impact was found on the relative abundance of molecular AlO bands. Unlike in previous laser ablation molecular isotopic spectrometry (LAMIS) publications, the latter could be readily detected with a good intensity and well-resolved spectral features without any temporal gating of the detector. This finding, together with the fact that MOPA lasers are both inexpensive and dependable, makes for a promising combination for future studies including the detection of diatomic band structures.
In precision agriculture, the estimation of soil parameters via sensors and the creation of nutrient maps are a prerequisite for farmers to take targeted measures such as spatially resolved fertilization. In this work, 68 soil samples uniformly distributed over a field near Bonn are investigated using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). These investigations include the determination of the total contents of macro- and micronutrients as well as further soil parameters such as soil pH, soil organic matter (SOM) content, and soil texture. The applied LIBS instruments are a handheld and a platform spectrometer, which potentially allows for the single-point measurement and scanning of whole fields, respectively. Their results are compared with a high-resolution lab spectrometer.
The prediction of soil parameters was based on multivariate methods. Different feature selection methods and regression methods like PLS, PCR, SVM, Lasso, and Gaussian processes were tested and compared. While good predictions were obtained for Ca, Mg, P, Mn, Cu, and silt content, excellent predictions were obtained for K, Fe, and clay content. The comparison of the three different spectrometers showed that although the lab spectrometer gives the best results, measurements with both field spectrometers also yield good results. This allows for a method transfer to the in-field measurements
The Boltzmann plot method is widely used to determine the temperature of laser induced plasma. It involves the use of individual lines that are not easy to find in complex spectra and/or in the spectral range available. If the number of such lines is not enough to build a reliable Boltzmann plot, overlapping lines are often used, which are separated by software. However, line separation is a rather imprecise procedure, which, in addition, requires significant computational costs. This study proposes an extension of the Boltzmann plot method that allows a specific group of unresolved lines to be included in a Boltzmann plot without the need to separate them. This group of lines are multiplets, lines of the same element with similar upper and lower transition states. The multiplet lines along with the individual lines are included in the algorithm, which also includes a correction for self-absorption and is used to determine the plasma temperature. The algorithm is tested on synthetic spectra which are consistent with the model of a homogeneous isothermal plasma in local thermodynamic equilibrium and is shown to be superior to the standard Boltzmann plot method both in more accurate determination of the plasma temperature and in a significant reduction in the computational time. The advantages and disadvantages of the method are discussed in the context of its applications in laser induced breakdown spectroscopy.
Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge und werden aufgrund ihrer verbesserten Schweißeignung gegenüber den Vollausteniten häufig im Anlagen- bzw. Apparatebau eingesetzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit und dem Abbrand von Legierungselementen kommt es zu einer Ferritisierung des Schweißguts und damit zu einer Degradation der mechanischen Eigenschaften. Zur Vorhersage des Phasenverhältnisses im Schweißgut wird das WRC1992-Diagramm genutzt. Dieses Diagramm zeigt einige Ungenauigkeiten und benötigt zur genaueren Vorhersage der Phasenverhältnisse eine Überarbeitung. Um den Einfluss einzelner Elemente auf das Schweißnahtmikrogefüge besser zu verstehen, wurden drahtförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Ferrit-Bildner Nb und dem Austenit-Bildner Cu beschichtet und für Schweißungen verwendet. Die Messmethode der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) bietet hier eine gute Möglichkeit der in situ Überwachung der chemischen Konzentrationen, während des WIG-Schweißens von Duplexstählen. Die LIBS-Messergebnisse, konnten mit der Ferritnummer und der Schweißnahtmikrostruktur korreliert werden.
Measurement of hydrogen concentration in steel using Laser-induced Breakdown spectroscopy (LIBS)
(2023)
Currently, the ISO 3690 standard requires a thermal activation of the diffusible hydrogen in weld metal for the subsequent ex situ concentration measurement by TDS. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) would offer a time and spatially resolved, almost non-destructive, measurement of hydrogen at surfaces. We could already show that this analysis technique allows for highly accurate in situ measurements of chemical compositions of e.g. Mn, Cr and Ni during welding e.g. in the melt pool, the weld metal or the heat affected zone. For quantitative LIBS measurements of hydrogen in steel, certified reference materials with different hydrogen concentrations were used for calibration.
There is a significant problem in welding steels: A critical combination of diffusible hydrogen, hardness microstructure and weld residual stresses can cause cold cracks to form in the weld microstructure. We investigated hydrogen in steels, which was loaded either electrochemically or with high-pressure hydrogen gas. Subsequently, various experiments were conducted to verify the feasibility of hydrogen measurements with LIBS. For example, depth profiles of hydrogen distribution could be obtained. Furthermore, samples were water jet cut and a line scan was made over the cross section to obtain a spatially resolved representation of the hydrogen. Total hydrogen concentrations were determined using carrier gas hot extraction. Our results show that LIBS is a promising technique for time and spatially resolved measurement of hydrogen in steels.
Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen.
Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS.
Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht.
Geschlossene Materialkreisläufe und sortenreine Materialfraktionen sind erforderlich, um hohe Verwertungs und Recyclingquoten in der Bauindustrie zu erreichen Beim Recycling von Bau und Abbruchabfällen wurden bisher bevorzugt einfache, aber bewährte Techniken eingesetzt, um große Mengen Bauschutt in kurzer Zeit zu verarbeiten Dies steht im Gegensatz zu den immer komplexer werdenden Verbundwerkstoffen in der Mineralbaustoffindustrie Die aktuell oft praktizierte händische Klaubung bürgt viele Risiken und Gefahren für das ausführende Personal und basiert lediglich auf offensichtlichen, visuell erkennbaren Unterschieden zur Trennung Eine automatisierte, sensorgestützte Sortierung dieser Baustoffe könnte diese Praxis ergänzen oder ersetzen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Recyclingraten, die Sortierqualität und die vorherrschenden Gesundheitsbedingungen zu verbessern.
Geschlossene Materialkreisläufe und sortenreine Materialfraktionen sind erforderlich, um hohe Verwertungs und Recyclingquoten in der Bauindustrie zu erreichen Beim Recycling von Bau und Abbruchabfällen wurden bisher bevorzugt einfache, aber bewährte Techniken eingesetzt, um große Mengen Bauschutt in kurzer Zeit zu verarbeiten Dies steht im Gegensatz zu den immer komplexer werdenden Verbundwerkstoffen in der Mineralbaustoffindustrie Die aktuell oft praktizierte händische Klaubung bürgt viele Risiken und Gefahren für das ausführende Personal und basiert lediglich auf offensichtlichen, visuell erkennbaren Unterschieden zur Trennung Eine automatisierte, sensorgestützte Sortierung dieser Baustoffe könnte diese Praxis ergänzen oder ersetzen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Recyclingraten, die Sortierqualität und die vorherrschenden Gesundheitsbedingungen zu verbessern.
Beim Recycling von Bau- und Abbruchabfällen werden bisher bevorzugt einfache, aber bewährte Techniken eingesetzt, um große Mengen an Bauschutt in kurzer Zeit zu verarbeiten. Dies steht im Gegensatz zu den immer komplexer werdenden Verbundwerkstoffen und Strukturen in der Mineralbaustoffindustrie. Die manuelle Sortierung birgt viele Risiken und Gefahren für das ausführende Personal und basiert lediglich auf offensichtlichen, visuell erkennbaren Unterschieden zur Trennung. Eine automatisierte, sensorgestützte Sortierung dieser Baustoffe könnte diese Praxis ergänzen oder ersetzen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Recyclingquoten, die Sortierqualität und die gesundheitlichen Bedingungen zu verbessern.
Ein gemeinsames Projekt von Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen nähert sich dieser Aufgabe, indem es die Kombination von Laser-induzierter Breakdown-Spektroskopie (LIBS) und VIS/NIR-Spektroskopie untersucht und testet. Durch die gemeinsame Verarbeitung der Informationen soll die Sortierqualität verschiedener Materialien wie Beton, Hauptmauerwerksbaustoffe, organische Bestandteile usw. deutlich verbessert werden. Darüber hinaus könnten Verunreinigungen wie SO3-haltige Baustoffe (Gips, Porenbeton usw.) erkannt und getrennt werden.
Wir stellen aktuelle Fortschritte und Ergebnisse der Entwicklung eines Prüfstands vor, der LIBS mit NIR-Spektroskopie und visueller Bildgebung kombiniert. In Zukunft wird dieser Laborprototyp als vollautomatischer Messaufbau dienen, um eine Echtzeitklassifizierung von Bau- und Abbruchabfällen auf einem Förderband zu ermöglichen.
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a spectroscopic method for detecting the chemical composition of optically accessible surfaces. In principle, the measurement of all elements of the periodic table is possible. System calibrations allow the quantification of element concentrations. In combination with scanner systems, the two-dimensional element distribution can be determined. Even rough surfaces can be measured by online adjustment of the laser focus. To detect element ingress into the concrete, typically cores are taken, cut in half, and LIBS measurements are performed on the cross-section. The high spatial resolution as well as the simultaneous multi-element analysis enables a separate evaluation of the binder-matrix and aggregates. Therefore, the element concentrations can be determined directly related to the cement paste. LIBS measurements are applicable in the laboratory, on-site and also over a distance of several meters.
Common applications include the investigation of material deterioration due to the ingress of harmful ions and their interaction in porous building materials. LIBS is able to provide precise input parameters for simulation and modelling of the remaining lifetime of a structure. Besides the identification of materials, also their composition can be determined on hardened concrete, such as the type of cement or type of aggregate. This also involves the identification of environmentally hazardous elements contained in concrete. Another possible application is the detection of the composition of material flows during dismantling. Non-contact NDT for “difficult to assess” structures as an example application through safety glass or in combination with robotics and automation are also possible.
This work presents the state of the art concerning LIBS investigations on concrete by showing exemplary laboratory and on-site applications.