Wissenschaftliche Artikel der BAM
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Für die Durchführung einer Dichtheitsprüfung und für die Bewertung des Ergebnisses ist es wichtig, den sich unter Betriebsbedingungen im Prüfobjekt einstellenden Überdruck zu kennen. Entspricht der Prüfüberdruck nicht dem Betriebsüberdruck, so ist es oft erforderlich, die unter Prüfbedingungen gemessenen Leckageraten auf den realen Betriebsüberdruck umzurechnen. Im Bereich der Gefahrgutverpackungen ist jedoch der spätere maximale Betriebsüberdruck nicht genau bekannt. Er hängt für jede einzelne Verpackungsbauart von dem eingefüllten Füllmedium mit seinen spezifischen Stoffeigenschaften, dem Füllgrad sowie den Beförderungsbedingungen, insbesondere der mittleren Transporttemperatur, ab. Es werden Berechnungsansätze vorgestellt, mit denen sich der Überdruck in Gefahrgutverpackungen unter Beförderungsbedingungen rechnerisch ermitteln lässt. Die theoretisch berechneten Überdrücke werden mit Überdruck-Messwerten verglichen, die mit verschiedenen Füllmedien in unterschiedlichen Verpackungsbauarten ermittelt wurden.
Selective Electron Beam Melting (SEBM) is a promising powder bed Additive Manufacturing technique for near-net-shape manufacture of high-value titanium components. However without post-manufacture HIPing the fatigue life of SEBM parts is currently dominated by the presence of porosity. In this study, the size, volume fraction, and spatial distribution of the pores in model samples have been characterised in 3D, using X-ray Computed Tomography, and correlated to the process variables. The average volume fraction of the pores (b0.2%) was measured to be lower than that usually observed in competing processes, such as selective laser melting, but a strong relationship was found with the differentbeamstrategies used to contour ,and infill by hatching, a part section. The majority of pores were found to be small spherical gas pores, concentrated in the infill hatched region; this was attributed to the lower energy density and less focused beam used in the infill strategy allowing less opportunity for gas bubbles to escape the melt pool. Overall, increasing the energy density or focus of the beam was found to correlate strongly to a reduction in the level of gas porosity. Rarer irregular shaped pores were mostly located in the contour region and have been attributed to a lack of fusion between powder particles.
We present a systematic study on the effect of surface ligands on the luminescence properties and colloidal stability of β-NaYF4:Yb3+,Er3+ upconversion nanoparticles (UCNPs), comparing nine different surface coatings to render these UCNPs water-dispersible and bioconjugatable. A prerequisite for this study was a large-scale synthetic method that yields ~2 g per batch of monodisperse oleate-capped UCNPs providing identical core particles. These ~23 nm sized UCNPs display an upconversion quantum yield of ~0.35% when dispersed in cyclohexane and excited with a power density of 150 W cm-2, underlining their high quality. A comparison of the colloidal stability and luminescence properties of these UCNPs, subsequently surface modified with ligand exchange or encapsulation protocols, revealed that the ratio of the green (545 nm) and red (658 nm) emission bands determined at a constant excitation power density clearly depends on the surface chemistry. Modifications relying on the deposition of additional (amphiphilic) layer coatings, where the initial oleate coating is retained, show reduced non-radiative quenching by water as compared to UCNPs that are rendered water-dispersible via ligand exchange. Moreover, we could demonstrate that the brightness of the upconversion luminescence of the UCNPs is strongly affected by the type of surface modification, i.e., ligand exchange or encapsulation, yet hardly by the chemical nature of the ligand.
Sicherheitsrelevante und zyklisch hoch belastete Bauteile erfordern zur Vermeidung von kostenintensiven Ausfällen besonders stabile Prozessparameter. Bereits sehr kleine Randzonenfehler können unter zyklischer Bauteilbelastung zu Risswachstum und letztendlich zum Bauteilversagen führen. Die frühzeitige Erkennung von Randzonenfehler in Hochleistungsbauteilen wie z.B. Zahnräder, Ritzelwellen und Kurbelwellen erfordert daher eine leistungsfähige zerstörungsfreie Oberflächenrissprüfung, die es ermöglicht in den hochbeanspruchten Funktionsflächen auch Härterisse, Schleifrisse oder Zundereinschlüsse zu detektieren.
Hierzu sind in den letzten Jahren einige neue, innovative Oberflächenprüfverfahren wie die laserangeregte Thermografie und die Streuflussprüfung mit hochauflösenden GMR-Sensoren oder magnetooptischen Verfahren entwickelt worden. Zusätzlich zur hohen Empfindlichkeit zeichnen sich diese innovativen Verfahren durch einen schnellen und teils auch berührungslosen Einsatz aus. Da die noch relativ neu-en Verfahren naturgemäß noch nicht normativ verankert sind, wurden auch bereits erste Validierungen durchgeführt. Um die Leistungsfähigkeit der Verfahren eingehend zu untersuchen, erfolgten Testreihen an verschiedenen Testkörpern in Bezug auf Ortsauflösung, Empfindlichkeit, Automatisierung und Bewertung der Messsig-nale.
Neben den neuen Verfahren und ihren ersten Schritten hin zur Validierung kamen als Referenz auch die „klassischen“ Verfahren der Magnetpulver- und Wirbelstromprüfung zum Einsatz, deren Leistungsfähigkeit durch angepasste Sondenentwicklung auch für sehr kleine Oberflächendefekte nochmals unter Beweis gestellt wurde. Zusätzlich wurde an einigen Testkörpern eine hochauflösende CT durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Vergleiches werden vorgestellt und Möglichkeiten sowie Grenzen der einzelnen Verfahren herausgearbeitet.
Aktive Thermografieverfahren werden immer häufiger zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt, da diese völlig berührungslos arbeiten und sowohl zur Prüfung großflächiger Strukturen als auch von großen Stückzahlen kleinerer Komponenten in der Fertigung eingesetzt werden können. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit Untersuchungen an typischen Defekten und Inhomogenitäten, die bereits während der Fertigung von CFK Bauteilen entstehen oder unbeabsichtigt mit eingebaut werden. Systematische Untersuchungen wurden mit Blitzthermografie in Reflexions- und Transmissionskonfiguration und mit Computertomographie (CT) durchgeführt. Die CT wurde dabei als Referenzverfahren genutzt, da dieses Verfahren auch kleinere Defekte mit relativ hoher Ortsauflösung und unabhängig von der Tiefe darstellen kann.
Challenging new constructions and ageing infrastructure are increasing the demand for permanent monitoring of loads and condition. Various methods and sensors are used for this purpose. But the technologies available today have difficulties in detecting slowly progressing locally confined damages. Extensive investigations or instrumentations are required so far for this purpose. In this study we present new sensors and data processing methods for ultrasonic transmission, which can be used for non-destructive long term monitoring of concrete. They can be mounted during construction or thereafter. Larger volumes can be monitored by a limited number of sensors for changes of material properties. The principles of ultrasonic transmission and influencing factors are presented. This latter include load, damages as well as environmental parameters as temperature or moisture. Various methods for data processing, e. g. coda wave interferometry are introduced. They allow the detection of very small changes in the medium. The embedded sensors are shown including mounting and operation. Application examples so far include small scale laboratory freeze-thaw experiments, localizing loads in larger concrete models, monitoring load effects on real structures as well as detecting acoustic events. Some sensors are operating already for several years. The sensors can be used as transmitter or receivers or switched between both roles. While most of the previous experiments have been active (at least one sensor serving as transmitter), new studies show that the sensors are useful as well for passive measurements, e. g. in acoustic emission or time reversal experiments. Besides application in civil engineering our setups can also be used for model studies in geosciences.
Widerstandspunktschweißen ist insbesondere im Automobilbau eine der wichtigsten Fügetechniken. Bislang erfolgt die Qualitätssicherung überwiegend durch stichprobenartige zerstörende Prüfung. Eine zerstörungsfreie Prüftechnik würde neben der Reduzierung der Prüfkosten auch eine Optimierung des Punktschweißverfahrens bedeuten, da prinzipiell jeder Schweißpunkt geprüft werden könnte und somit auch eine Reduzierung der Anzahl der Schweißpunkte möglich ist.
Es wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Punktschweißverbindung zwischen zwei Stahlblechen optisch auf einer Blechseite mittels Laser oder Blitzlicht erwärmt wird. Die aufgeschmolzene Zone, die sogenannte Schweißlinse, stellt dabei neben der mechanischen Verbindung auch eine Wärmebrücke zwischen den beiden verschweißten Blechen dar, die bei diesem Verfahren ausgenutzt wird. Durch den verbesserten thermischen Kontakt zwischen den verschweißten Blechen an der Schweißlinse kontrastiert diese deutlich mit dem umgebenden Blechmaterial, bei dem der Wärmeübertrag zwischen den Blechen vergleichsweise gering ist. Dieser Kontrast im thermischen Verhalten kann mittels zeitabhängiger Thermografie gemessen werden.
Durch das hier vorgestellte Verfahren kann mittels aktiver Thermografie sowohl in Transmissions- als auch in Reflexionsanordnung die Größe des thermischen Kontaktes zwischen den beiden Blechen ermittelt werden, welche ein Maß für die Größe der Schweißlinse und damit für die qualitative Güte der Schweißung darstellt. Ein Vorteil des entwickelten Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auf Bleche ohne Oberflächenbehandlung.
For the closure of radioactive waste disposal facilities engineered barriers- so called “drift seals” are used. The purpose of these barriers is to constrain the possible infiltration of brine and to prevent the migration of radionuclides into the biosphere. In a rock salt mine a large scale in-situ experiment of a sealing construction made of salt concrete was set up to prove the technical feasibility and operability of such barriers. In order to investigate the integrity of this structure, non-destructive ultrasonic measurements were carried out.
Therefore two different methods were applied at the front side of the test-barrier:
1 Reflection measurements from boreholes
2 Ultrasonic imaging by means of scanning ultrasonic echo methods This extended abstract is a short version of an article to be published in a special edition of ASCE Journal that will briefly describe the sealing construction, the application of the non-destructive ultrasonic measurement methods and their adaptation to the onsite conditions -as well as parts of the obtained results. From this a concept for the systematic investigation of possible contribution of ultrasonic methods for quality assurance of sealing structures may be deduced.
Ultrasonic measurement evaluation methods have been proven to be effective for detection of subtle changes, caused by temperature, load or moisture. However, for its application outdoors it is necessary to analyse unavoidable influences, such as weather. Therefore an ultrasonic monitoring system with 40 ultrasonic sensors (20 transmitters, 20 receivers; 25 kHz central frequenzy) has been implemented on a concrete specimen (4×5×0.8m3), that is exposed to weather conditions. Data from 400 sensor combinations was collected over a period of six months with an interval of two hours. The data was evaluated by both qualitative (correlation techniques) and quantitative (ultrasonic velocity changes via Coda Wave Interferometry and time of flight method) evaluation methods and compared to the temperature changes caused by weather.
Ultrasonic measurement evaluation methods have been proven to be effective for detection of subtle changes, caused by temperature, load or moisture. To detect and localize temperature changes, a concrete block of 4 × 5 × 0.8 m3, including a heating cartridge and multiple temperature sensors, has been set up to change the temperature and monitor the temperature distribution in a certain area inside the specimen. An ultrasonic monitoring system with 40 ultrasonic sensors (20 transmitters, 20 receivers, 25 kHz central frequency) has been implemented on the specimen. Data from 400 sensor combinations was collected over the whole period of the experiment in an interval of 30 minutes. Quantitative methods (CodaWave Interferometry and Time of Flight method) were used to evaluate the changes in ultrasonic travel-time caused by the heating period, when the cartridge was active, and the cooling period after turning off the cartridge. Furthermore the travel-time changes from all 400 sensor combinations were used to locate the heating cartridge.