8 Zerstörungsfreie Prüfung
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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (47)
- 8.5 Röntgenbildgebung (17)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (14)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (7)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (5)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (4)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (4)
- 9 Komponentensicherheit (3)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (3)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
- 1.5 Proteinanalytik (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (1)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (1)
Verschlussbauwerke sind für die untertägige Endlagerung im Salzgestein als eine wichtige technische Barriere vorgesehen. Diese Bauwerke müssen hohen Anforderungen an Sicherheit und Integrität genügen, weshalb im Projekt SealWasteSafe Werkstofftechnik, Prüfverfahren und Überwachungsmethoden für sichere Verschlussbauwerke verbessert werden. Dabei zeigen die untersuchten alkaliaktivierten Materialien (AAM) langsamere Reaktionskinetik bei der Erhärtung im Vergleich zu Salzbeton, was potenziell geringere Rissbildung erwarten lässt. Die Erhärtung wird an Probekörpern (100-300 l) multisensorisch über einen Zeitraum von mindestens 28 Tagen überwacht. Die Parameter Temperatur und Feuchtigkeit werden einerseits kabelgebunden, andererseits mittels drahtloser Radio Frequency Identification (RFID)-Technik aufgezeichnet. Zusätzlich kommen Schallemissionsmessungen sowie Dehnungsmessungen mittels verteilter faseroptischer Sensorik (FOS) zum Einsatz. Die Überwachung zeigt verschiedene Charakteristika beim Erhärten der Materialien mit geringerer Temperaturentwicklung des AAM. Zusätzlich werden Ultraschallmessungen genutzt, um Einbauteile und Störstellen wie Risse und Delaminationen im Rahmen der Qualitätssicherung am Probekörper und am Verschlussbauwerk zu detektieren. Dafür werden sowohl ein Ultraschallmesssystem mit großer Apertur (LAUS) als auch eine Ultraschall-Bohrlochsonde eingesetzt. Durch Erhöhung des Schalldrucks und Schallfeldbündelung im Beton wird die Aussagekraft der von der Bohrlochsonde aufgezeichneten Messsignale verbessert, was in Modellierungen und ersten Labortests gezeigt werden kann. Die Auswertung der Ultraschallmessungen zeigt das große Potenzial der Methode mit Eindringtiefen bis zu 9 m, wobei anspruchsvolle Abbildungsverfahren zu einer verbesserten Abbildung der internen Strukturen führen. Insgesamt verbessern die im Projekt SealWasteSafe entwickelten Materialien und Methoden die Möglichkeiten für sichere Verschlussbauwerke nuklearer Endlager. Obwohl die Konzepte speziell für Bauwerke im Salzgestein entwickelt werden, sind sie partiell gut auf andere Wirtsgesteine übertragbar.
Im Rahmen des EMPIR-Projektes NanoXSpot (Nanometre X-Ray Focal Spot Measurement) werden rückführbare Messverfahren zur Bestimmung der Brennfleckgröße und -form von Röntgenröhren mit Submikrometerauflösung (100 nm – 20 µm) entwickelt, die die Grundlage für die Erarbeitung eines Standardentwurfes bilden. Der Standardentwurf wird bei CEN TC 138 (Non-destructive testing) WG 1 (Radiographic testing) eingereicht und mit ISO und ASTM harmonisiert. Zur Untersuchung der entwickelten Methoden (Brennfleck-CT, Fit-Prozedur für Strichgruppenkörper) und des im Projekt NanoXSpot neu entworfenen Testkörpers, NxS, wurde ein Ringversuch durchgeführt. Dabei wurde sowohl der angestrebte Überlappungsbereich mit EN 12543 Teil 5 (Messung der effektiven Brennfleckgröße von Mini- und Mikrofokus-Röntgenröhren) und ASTM E 2903 (Standard Test Method for Measurement of the Effective Focal Spot Size of Mini and Micro Focus X-ray Tubes) für Brennflecke >5 µm als auch Brennflecke <5 µm untersucht. Im Mittelpunkt standen dabei Stabilität und Wiederholbarkeit der entwickelten Methoden zur Bestimmung der Brennfleckgröße. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse des durchgeführten Ringversuches vorgestellt und diskutiert, um Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Vorbereitung eines erweiterten Ringversuchs mit Partnern und Stakeholdern abzuleiten.
Seit Jahren stellt die luftgekoppelte Ultraschallprüfung eine etablierte Alternative zur konventionellen Prüfung von Leichtbaukomponenten aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Automotive dar. Im Gegenteil zur flüssigkeitsgekoppelten Prüfung in Kontakt oder im Tauchbecken ist sie weniger invasiv und bietet daher zeitliche und finanzielle Anreize.
Normalerweise wird die luftgekoppelte Prüfung mit Einzelelementschwingern in Durchschallung realisiert, wohingegen die Gruppenstrahlertechnik bereits Industriestandard im Bereich der Kontakttechnik darstellt. Die damit verbundenen Vorteile wie die aktive Fokussierung oder, die gezielte Manipulation des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, finden im Bereich der luftgekoppelten Prüfung dabei noch wenig Anwendung.
Im Rahmen dieses Beitrags stellen wir die ersten Zwischenergebnisse des geförderten Projektes „PALUP – Phased- Array-Technik für Luftultraschall-Prüfungen“ vor. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Mehrelementschwingern auf Basis von zellulären Kunststoffen, die Entwicklung einer dedizierten Pulserstufe im Kilovoltbereich, sowie die nötige rauscharme messtechnische Auswertung jedes Einzelelements.
Zur Simulation des Schallfeldes von beliebig geformten konventionellen Schallquellen existieren viele Ansätze (EFIT, GPSS). Sie alle basieren auf der Annahme eines monochromatischen akustischen Signals, was meist eine gültige Annäherung darstellt. Allerdings sind bei thermoakustischen Quellen aufgrund ihrer Funktionsweise und der hohen Bandbreite viele der existierenden Ansätze nicht direkt anwendbar und können Beobachtungen bei der Vermessung von thermoakustischen Wandlern nicht vollständig abbilden und erklären.
In diesem Beitrag wurde die bekannte Methode der generalisierten Punktquellensynthese (GPSS) für die Berechnung von Schallfeldern von thermoakustischen Schallquellen angewendet. Dabei gehen zahlreiche Parameter wie die Dicke und Geometrie der leitfähigen Schicht, Krümmung des Substrats, sowie die Signalform der Anregung in die Simulation ein. Neu an dem präsentierten Ansatz ist die Abweichung von der üblichen monochromatischen Annäherung und die Berücksichtigung der großen Bandbreite von thermoakustischen Wandlern. Für die Validierung der Simulationen wurden Schallfelder von Quellen mit bekannter Anregung und Geometrie breitbandig durch ein optisches Mikrofon vermessen.
Most of the Al alloys used in additive manufacturing (AM), in particular Laser Powder Bed Fusion (LPBF), do not exceed a strength of 200 MPa, whereas conventionally high-performance alloys exhibit strengths exceeding 400 MPa. The availability of such Al alloys in AM is limited due to difficulties in printability, requiring synergetic material and AM process development to satisfy harsh processing conditions during LPBF [1]. One approach is the addition of reinforcement to the based powder, allowing tailoring composition and properties of a Metal Matrix Composite (MMC) by AM. Still, the effect of the reinforcement on the resulting mechanical properties must be studied to understand the performance and limits of the newly developed material. The goal of this work was to investigate the failure mechanism of LPBF Al-based MMC material using in-situ Synchrotron X-ray Computed Tomography (SXCT) during mechanical testing.
Additively manufactured (AM) metallic sheet-based Triply Periodic Minimal Surface Structures (TPMSS) meet several requirements in both bio-medical and engineering fields: Tunable mechanical properties, low sensitivity to manufacturing defects, mechanical stability, and high energy absorption. However, they also present some challenges related to quality control. In fact, the optimization of both the AM process and the properties of TPMSS is impossible without considering structural characteristics as manufacturing accuracy, internal defects, and as well as surface topography and roughness. In this study, the quantitative non-destructive analysis of TPMSS manufactured from Ti-6Al-4V alloy by electron beam melting was performed by means of laboratory X-ray computed tomography (XCT).
Fluid inclusion microthermometry is one of the analytical approaches that has been proposed for speleothem-based temperature reconstructions. The proxy of this paleothermometer is the density of drip water relicts that have been enclosed in microscopic fluid inclusions during speleothem growth. Prior to microthermometric analyses, the monophase liquid inclusions need to be transferred from a metastable liquid into a stable liquid-vapour two-phase state by stimulating vapour bubble nucleation by means of single ultra-short laser pulses. Subsequent microthermometric analyses determine the temperature at which the vapour bubble disappears again, the so-called liquid-vapour homogenisation temperature (Th(obs) ). The observed homogenisation temperature depends not only on the water density but also on the inclusion volume. In order to determine the water density, a thermodynamic model is used that takes account of the effect of surface tension on Th(obs) to calculate Th∞. This is the corresponding homogenisation temperature at saturation pressure that determines the water density and defines the formation temperature of the fluid inclusion. The analytical precision of the method ranges between 0.1 and 0.3 °C depending on the size of the inclusions.
In this work, we present the recent in-situ imaging developments at the BAMline (of synchrotron BESSY II, HZB), focused on the in-situ characterization and understanding of microstructural evolution of additively manufactured materials subjected to different environments. Two show cases are presented. In the first, X-ray refraction radiography (SXRR) was combined with in-situ heat treatment to monitor the microstructural evolution as a function of temperature in a laser powder bed fusion (LPBF) manufactured AlSi10Mg alloy. We show that SXRR allows detecting the changes in the Si-phase morphology upon heating using statistically relevant volumes. SXRR also allows observing the growth of pores (i.e., thermally induced porosity), usually studied via X-ray computed tomography (XCT), but using much smaller fields-of-view. In the second case study, XCT was combined with in-situ tensile test to investigate the damage mechanism in a LPBF Aluminum Metal Matrix Composite (MMC). In-situ SXCT test disclosed the critical role of the defects in the failure mechanism along with pre-cracks in the reinforcement phase of MMC. We found that cracks were initiated from lack-of-fusion defects and propagated through coalescence with other defects.