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The coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermomechanical properties of the polymers used in superconducting magnets need to be known in order to predict their stress state under the different magnet assembly and operating conditions.
We have measured Young’s moduli of typically used polymers during in situ heat cycles with the dynamic resonancemethod. The dynamic test results are compared with Young’s moduli determined from quasi-static stress–strain measurements at room temperature, 77 K and 4.2 K. A moderate elastic anisotropy is found for the fiber reinforced polymers. CTEs are compared based on dilation experiments. TheCTEs of the fiber reinforced polymers studied are similar to those of copper or steel. In contrast, the pure resins exhibit relatively larger CTEs.
During Rutherford cable production the wires are plastically deformed and their initially round shape is distorted. Using X-ray absorption tomography we have determined the 3D shape of an unreacted Nb3Sn 11 T dipole Rutherford cable, and of a reacted and impregnated Nb3Sn cable double stack. State-of-theart image processing was applied to correct for tomographic artefacts caused by the large cable aspect ratio, for the segmentation of the individual wires and subelement bundles inside the wires, and for the calculation of the wire cross sectional area and shape variations. The 11 T dipole cable cross section oscillates by 2% with a frequency of 1.24 mm (1/80 of the transposition pitch length of the 40 wire cable). A comparatively stronger cross sectional area variation is observed in the individual wires at the thin edge of the keystoned cable where the wire aspect ratio is largest.
During Rutherford cable production the wires are plastically deformed and their initially round shape is distorted. Using X-ray absorption tomography we have determined the 3D shape of an unreacted Nb3Sn 11 T dipole Rutherford cable, and of a reacted and impregnated Nb3Sn cable double stack. State-of-theart image processing was applied to correct for tomographic artefacts caused by the large cable aspect ratio, for the segmentation of the individual wires and subelement bundles inside the wires, and for the calculation of the wire cross sectional
area and shape variations. The 11 T dipole cable cross section oscillates by 2% with a frequency of 1.24 mm (1/80 of the transposition pitch length of the 40 wire cable). A comparatively stronger cross sectional area variation is observed in the individual wires at the thin edge of the keystoned cable where the wire aspect ratio is largest.
Der Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Kernforschungszentrums CERN ist einer der weltweit größten und leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger. Um den Teilchenstrahl auf seiner Kreisbahn zu halten, werden mit Hilfe supraleitender Spulen sehr starke Magnetfelder erzeugt. Die hierzu benötigten hohen Ströme werden über Verbunddrähte aus Niob-Titan und Kupfer geleitet.
Die Drähte werden u.a. durch Ultraschallschweißungen miteinander verbunden. Eine mangelhafte Verbindung kann zur Erwärmung der Kontaktstelle und in Folge davon zum Zusammenbruch der Supraleitung führen. Auf Anfrage des CERN wurden an der BAM Untersuchungen zur Prüfbarkeit solcher Verbindungen bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Es gelang, für einen Verbindungstypen einen Wirbelstromsensor für eine manuelle Prüfung zu entwickeln. Ein Prototyp des Sensors befindet sich beim CERN in der praktischen Erprobung. Das Sensorprinzip sowie Prüfergebnisse aus Labor und Praxis werden vorgestellt.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ortung von Fehlstellen in Cu Lötverbindungen unterhalb verschiedener Cu Blechdicken mit aktiver Thermografie demonstriert. Dabei wurden die Anregung mit Blitzlicht und die periodische Anregung mit der Lock-In Technik miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der Anwendung unterschiedlicher IR-Kamerasysteme, einer gekühlten InSb-Quantendetektor IR-Kamera und einer Mikrobolometer IR-Kamera, werden dargestellt. Als objektives Kriterium wurde das SNR für unterschiedliche Fehlstellengrößen herangezogen.
Impulse and lock-in thermography have been applied to detect delaminations of prototype solder joints, similar to those to be produced between Cu shunts and Cu busbar stabilisers at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. Two infrared cameras with different detector materials and with different spectral ranges and two excitation techniques have been tested and compared for their ability to detect delaminations behind 2 and 3 mm thick Cu shunts. We have analyzed the signal to noise ratio (SNR) for each detected defect and are able to detect defects down to a nominal edge length of 4 mm behind 2 mm thick Cu shunts by using fast impulse thermography and a camera with a microbolometer array. For the 3 mm thick Cu shunt, on the other hand, the nominal 4 mm defect is only visible in the lock-in thermography phase images and the highest SNR has been achieved with a cooled InSb-based camera. In addition, numerical simulations show the influence of the minimum detectable defect size on the shunt thickness and that the developed on-site testing technique is sufficient to find all defects that are detectable theoretically.
During the processing of superconducting Nb3Sn wire, several intermediate intermetallic phases including a previously encountered Cu-Nb-Sn phase show up. The yet unknown crystal structure of this phase is now identified by a combination of different experimental techniques and database search to be of the hexagonal NiMg2 type with a proposed composition of about (Nb0.75Cu0.25)Sn2. The structure determination started from an evaluation of the lattice parameters from EBSD Kikuchi patterns from quenched material suggesting hexagonal or orthorhombic symmetry. A database search then led to the hexagonal NiMg2 type structure, the presence of which was confirmed by a Rietveld analysis on the basis of high energy synchrotron X-ray powder diffraction data. Assuming a partial substitution of Nb in orthorhombic NbSn2 by Cu, the change of the valence electron concentration provokes a structural transformation from the CuMg2 type for NbSn2 to the NiMg2 type for (Nb0.75Cu0.25)Sn2. In the previous literature the (Nb0.75Cu0.25)Sn2 phase described here has occasionally been referred to as Nausite.
In the framework of the development of high field magnets made of Nb3Sn superconductor for projects like HL-LHC and FCC studies, it is needed to refine the understanding of the coil winding process and its impact on the overall mechanical behavior of the conductor. For this purpose, a new cable winding setup has been developed in order to compare the windability of different Nb3Sn Rutherford cables. In addition, various geometrical cable inspection methods were tested and compared. First experimental results obtained with the new set-up for winding tests are summarized.
Vergleichende Bewertung verschiedener Verfahren der E-Modulbestimmung für metallische Werkstoffe
(2017)
Für numerische Beanspruchungs- und Lebensdaueranalysen ist die Kenntnis des E-Moduls der eingesetzten Werkstoffe von zentraler Bedeutung. Für seine experimentelle Bestimmung wurden eine Vielzahl von Verfahren entwickelt, die zum Teil werkstoffspezifisch Eingang in die Normung gefunden haben. Prinzipiell können diese Verfahren in zwei Gruppen eingeteilt werden - die statischen und die dynamischen Prüfverfahren. Während die statischen Verfahren auf der direkten Messung des Spannungs-Dehnungs-Zusammenhangs während einer Belastung im elastischen Verformungsbereich beruhen (Zug-, Biege- bzw. Druckversuch) nutzen die dynamischen Verfahren die Analyse der resultierenden Schwingungen nach einer entsprechenden Anregung eines Prüfkörpers (Resonanz- bzw. Impulsanregungsmethode). Für verschiedene Werkstoffe wurden statische und dynamische Verfahren zur E-Modulbestimmung eingesetzt. Die Unterschiede und Vorteile der verschiedenen Verfahren werden vergleichend diskutiert.