Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Abstract Investigations on metal halide systems carried out by Knudsen effusion mass spectrometry in the period 1990-2014 are reviewed in the present paper.163 original papers were published focused on metal halides showing still considerable activity in this area. The fundamentals of the Knudsen effusion mass spectrometry method and thermodynamic background of the investigation are briefly reported. Data to the system studied, temperature ranges, Knudsen cell materials, vapor species identified in the equilibrium vapors and the thermodynamic properties obtained in the study are presented. The important issues of metal halide vaporization studies are briefly discussed and commented. The studies of the vaporization of metal halogens by Knudsen effusion mass spectrometry aimed firstly atthe determination of gaseous complexes species in the vapor and determination of its thermodynamic data like sublimation enthalpy etc. and secondly at the determination of negative ions formation and various ion-molecule equilibria reactions of metal halide systems. Many of the studied materials have a crucial role for modern technologies, for example metal halide lamps, hot corrosion caused by halide salts, phosphorus recovery technologies or gas assisted separation of lanthanides. The investigation of such systems gives information on mechanisms of vaporization, volatility of the systems under various conditions (temperature, pressure etc.), reactivity, thermal stability, resistance etc. that could be further applied for various calculations and to predict the behavior of various components under various technological aspects.
Viele Konzepte zur Sicherheitsbewertungen beruhen auf der Untersuchung weniger, oder einzelner Prüfergebnisse. Aber auch im Fall umfangreicherer statistischer Untersuchungen können nur begrenzte Stichproben untersucht werden. Mittelwerte und Streuung kleiner Stichproben weichen mehr oder weniger von den wahren Eigenschaften des untersuchten Baumusters ab. Solche Abweichungen werden derzeit nicht oder nur sehr vage berücksichtigt. In diesem Aufsatz wird der Einfluss der Unsicherheiten aus Stichproben anhand der Bewertung von Composite-Druckgefäßen durch Berst- und Lastwechselprüfungen dargestellt.
The interest in (micro)porous systems is greater than ever before with microporous polymers finding application in areas such as gas storage/separation and catalysis. In contrast to the vast majority of publications on microporous polymers seeking ever higher values for surface area or uptake capacity for a particular gas, this work presents a means to render a microporous system responsive to electromagnetic stimuli. The incorporation of a diarylethene (DAE) derivative in the backbone of a polymer of intrinsic microporosity (PIM) produces a microporous system that exhibits photochromism as proven by UV–vis absorption and NMR studies. In the resulting DAE-PIM, surface area is not a fixed unalterable property but can be influenced by the external and nondestructive stimulus light in a reversible manner. Furthermore, in combination with Matrimid, free-standing membranes can be produced that display light-switchable diffusivity and permeability for carbon dioxide and oxygen. In this way, material scientists are offered the potential to employ only one system that can assume several states with different properties for each.
The adsorption behavior of Platinum nanoparticles was studied for the as-received catalyst (under inert gas), under hydrogen and CO atmosphere using our newly designed in-situ cell. X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) and Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) experiments were performed simultaneously with high data quality. Structural information and the type of adsorbate could be revealed via Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) analysis, Δμ X-ray Absorption Near Edge Structure analysis (Δμ XANES) and in-situ DRIFTS. The as-received catalyst showed sub-surface oxygen and O(n-fold). Under CO atmosphere only CO(atop) was found. Reversible adsorbate induced changes of the Pt nanoparticle structure were derived from changes in the Pt-Pt coordination number and the corresponding bond distance. Under reducing conditions (H2, CO) a significant increase in both values occurred. Temperature dependent desorption of CO revealed a gradual shift from Pt-CO to Pt-O. Reoxidation was clearly assigned to strong metal support interaction from the SiO2 support.
In coal-fired power plants using oxyfuel combustion process with carbon capture and sequestration, instead of air, a mixture of oxygen and recirculated flue gas is injected in the boiler. A series of steels were exposed to CO2-SO2-Ar-H2O gas mixtures at 600 °C for 1000 h to compare their high temperature corrosion behavior. During the corrosion process, carburization, decarburization and recrystallization were observed underneath the oxide scale depending on the gas mixture and alloy composition. The conditions that lead to carburization are not yet completely understood, but decarburization can be simulated using thermodynamic and kinetic models. In this work, the results of these simulations are compared with measured values for one of the alloys that displayed a decarburized region. Since the mobility of carbon in the scale is not known, two strategies were adopted: simulation of alloy-atmosphere contact; and estimation of the carbon flux to produce the observed decarburization. The second approach might give an insight on how permeable to carbon the scale is.
A new concept that comprises both time- and lateral-resolved X-ray absorption fine-structure information simultaneously in a single shot is presented. This uncomplicated set-up was tested at the BAMline at BESSY-II (Berlin, Germany). The primary broadband beam was generated by a double multilayer monochromator. The transmitted beam through the sample is diffracted by a convexly bent Si (111) crystal, producing a divergent beam. This, in turn, is collected by either an energy-sensitive area detector, the so-called color X-ray camera, or by an area-sensitive detector based on a CCD camera, in θ-2θ geometry. The first tests were performed with thin metal foils and some iron oxide mixtures. A time resolution of lower than 1 s together with a spatial resolution in one dimension of at least 50 µm is achieved.
This review article comprises of three parts. Firstly, reports of brake manufacturers on the beneficial impact of solid lubricants for pad formulations are surveyed. Secondly, since tribofilms were identified to play a crucial role in friction stabilization and wear reduction, the knowledge about tribofilm structures formed during automotive braking was reviewed comprehensively. Finally, a model for simulating the sliding behavior of tribofilms is suggested and a review on modelling efforts with different model structures related to real tribofilms will be presented. Although the variety of friction composites involved in commercial brake systems is very broad, striking similarities were observed in respect to tribofilm nanostructures. Thus a generalization of the tribofilm nanostructure is suggested and prerequisites for smooth sliding performance and minimal wear rates have been identified. A minimum of 13 vol.% of soft inclusions embedded in an iron oxide based tribofilm is crucial for obtaining the desired properties. As long as the solid lubricants or their reaction products are softer than magnetite, the main constituent of the tribofilm, the model predicts smooth sliding and a minimum of wear.
The thermal stability of the microstructure of a heat-resistant cobalt alloy, which consists of a γ solid solution strengthened with γ'-phase precipitates, has been studied. The temperature behavior of the dissolution of the hardening γ' phase and the kinetics of its coarsening at 700 and 800°C have been determined. It is found that, during prolonged annealing at 800°C, the γ' → β phase transformation occurs.
Similar to the success story of digital photography a major upheaval has been observed in digital industrial radiology. This paper is split into 3 parts:
Part 1: Film Replacement and Backscatter Imaging: Computed radiography with phosphor imaging plates substitutes film applications. Digital Detector Arrays enable an extraordinary increase of contrast sensitivity in comparison to film radiography. The increased sensitivity of digital detectors enables the efficient usage for dimensional measurements and functionality tests substituting manual maintenance. The digital measurement of wall thickness and corrosion status is state of the art in petrochemical industry. Photon counting and energy discriminating detectors are applied up to 300 Kv provide increased thickness dynamic and material discrimination by synchronously acquisition of images of the high and low energy part of the spectrum. X-ray back scatter techniques have been applied in safety and security relevant applications with single sided access of source and detector. First inspections of CFRP in aerospace industry were successfully conducted with newly designed back scatter cameras. Numeric modeling is used to design X-Ray optics and inspection scenarios as well as conducting RT training.
Part 2: Computed tomography (CT)
Part 3: Micro Radiography and Micro CT.
Environmentally-assisted material degradation involves mass transport and mechanical processes interacting in the material. A well-known example is hydrogen-induced stress-corrosion cracking. One major challenge within this scope is the quantification of the coupling mechanisms in question. The computational modeling of environmentally-assisted cracks is the key objective of this investigation and realised within the theory of gradient-extended dissipative continua with lengthscales. The modeling of sharp crack discontinuities is replaced by a diffusive crack model based on the introduction of a crack phase-field to maintain the evolution of complex crack topologies. Within a thermodynamical framework allowing for mechanical and mass transport processes the crack phasefield is capable to model crack initiation and propagation by the finite element method. As complex crack situations such as crack initiation, curvilinear crack patterns and crack branching are usually hard to realise with sharp crack models, they can be assessed without the requirement of a predefined crack path within this method. The numerical modeling of a showcase demonstrates a crack initiation as well as a crack propagation situation with respect to the determination of stress-intensity factors; a crack deviation situation with a curvilinear crack path is modeled by the introduction of a geometrical perturbation and a locally enhanced species concentration.
Über das Korrosionsverhalten nichtrostender Stähle bei atmosphärischer Beanspruchung liegen umfangreiche Erfahrungen aus jahrzehntelangen praktischen Anwendungen weltweit vor. Systematische Auslagerungsversuche unter spezifischen Umgebungsbedingungen ergänzen diese Erfahrungen. Die daraus gewonnenen Daten erlauben die beanspruchungsgerechte Werkstoffauswahl. Unter vielen atmosphärischen Bedingungen sind die nichtrostenden Stähle bei freier Bewitterung, auch unter langzeit- oder dauerfeuchten Bedingungen vollständig korrosionsbeständig. Die Auswahl der nichtrostenden Stähle muss den jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst werden, um in jedem Fall sicherzustellen, dass der passive Zustand aufrechterhalten bzw. eine erneute Passivierung unter den Einsatzbedingungen möglich ist. Störungen der Passivschichtausbildung führen zu verminderter Korrosionsbeständigkeit mit den für nichtrostende Stähle typischen örtlichen Korrosionserscheinungen. Das Merkblatt gibt Hinweise zur Werkstoffauswahl, zur Oberflächenausführung, zur Konstruktion sowie zu Verarbeitung, Nachbehandlung und Reinigung.
Beton ist als Massenbaustoff vielseitig einsetzbar. Eine der neuesten Entwicklungen ist Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Seine besonderen Eigenschaften ermöglichen eine zusätzliche Funktionalisierung der Oberflächen, da annähernd beliebige Mikrostrukturen exakt abgeformt werden können. So lassen sich beispielsweise Fassadenelemente aus UHPC bereits bei ihrer Herstellung im Betonfertigteilwerk mit selbstreinigenden Oberflächen ausrüsten. Eine andere Möglichkeit ist eine Anwendung als Datenspeicher. Wie das Beispiel der Schallplatte aus UHPC zeigt, lassen sich Muster, die hier die Schallinformationen enthalten, exakt von einer Matrize kopieren.
Ob in der Automobilindustrie, beim Rohrleitungs- oder beim Kraftwerksbau – anspruchsvolle und hochwertige Fügeverbindungen entscheiden oft über die Qualität des Endproduktes. Um z. B. das Verzugsverhalten von Karosseriebauteilen vorab einschätzen zu können, setzen Hersteller auf die numerische Simulation der geschweißten Komponenten. Besondere Aufmerksamkeit gilt hier den Fügestellen. Da diese oft nur wenige Millimeter klein sind, kommen konventionelle Prüfverfahren wie der Zugversuch hier jedoch nicht ohne weiteres in Frage.
Forscher des Fraunhofer IPK untersuchen deshalb eine alternative Methode, um die negativen Begleiterscheinungen des thermischen Schweißens im Vorfeld am PC zu analysieren und nötige Gegenmaßnahmen ableiten zu können.
Die stetig zunehmenden Anforderungen an Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, sowie passive Sicherheit haben die Automobilindustrie vor Herausforderungen gestellt, die nur durch einen konsequenten Einsatz moderner hochfester Stahlwerkstoffe zu bewältigen sind. Obgleich eine generelle Eignung dieser Stähle für das Widerstandspunktschweißen (WPS) gegeben ist, kann es durch verschiedene externe Einflüsse im betrieblichen Umfeld zur Rissbildung in der Schweißverbindung kommen. Der Einfluss dieser Risse auf die mechanischen Eigenschaften ist derzeit nicht hinreichend genau erfasst, so dass häufig die Vorgabe einer rissfreien Schweißverbindung besteht. Die Kenntnis der Rissanfälligkeit der verarbeiteten Materialkombinationen sowie von ungünstigen Schweißparametern ist daher für viele Unternehmen von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Im Rahmen des FOSTA Projekts P921 „Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der Rissanfälligkeit von hochfesten Stählen beim Widerstandspunktschweißen“ wurde ein Ansatz zur Bestimmung der Rissanfälligkeit von WPS-Verbindungen hochfester Stähle entwickelt. Mittels einer hydraulischen Vorrichtung unter Zugbelastung wurden geschweißte, rissbehaftete Proben optisch ausgewertet. Das Verfahren ist geeignet, um ein Werkstoffranking bezüglich der Rissanfälligkeit beim Widerstandspunktschweißen für Werkstoffe aufzustellen.
Heat treated 9%Ni steel is considered the most suitable and economic material for construction of large-size liquefied natural gas (LNG) storage tanks which operate at cryogenic temperatures (-196°C). Strength above 700 MPa as well as a minimum impact value of 60 J are required to ensure reliable operation of the LNG tanks at operating temperature. Conventional arc welding processes, including shielded metal arc welding, gas metal arc welding, gas tungsten arc welding and submerged arc welding, are currently used in construction of LNG tanks. Ni based filler wire is the preferred filler metal of choice in LNG tank construction. The main problem with this choice is the lower mechanical properties, particularly tensile strength of the weld metal. To compensate, the wall thickness needs to be excessively thick to ensure the strength of the welded structures. Ni based filler material is expensive and a large quantity is needed to fill the multi-pass weld grooves. These factors significantly add to the cost in the fabrication of LNG storage tanks. For these reasons, exploration of new welding technologies is a priority. A big potential can be seen in laser based welding techniques. Laser beam welding results in much smaller fusion zone with chemical composition and mechanical properties similar to that of the base material. Laser welding is a much faster process and allows for a joint geometry which requires less filler material and fewer welding passes. The advantages of laser welding can help to overcome the problems pointed out above. Trials of autogenous laser welding, laser cold-wire welding and hybrid laser-arc welding conducted on the 9%Ni steel are presented in this paper. Chemical composition of the weld metal as well as effects of welding parameters on the weld formation, microstructure and tensile strength is discussed. Filler wire penetration depth as well as character of its distribution in the narrow laser welds was examined using EPMA - electron probe microanalysis.
Molybdenum disulfide (MoS₂) is a well-known solid lubricant for tribosystems running in vacuum or dry gases. Problems arise due to its sensitivity to humidity, which is a drawback for its application under ambient conditions. However, by using a physical vapor deposition (PVD) process, deposition parameters can be optimized not only to gain a coatings structure with favorable frictional properties but also to minimize the sensitivity to attack by water molecules. Therefore, an improved tribological behavior even under moist conditions can be achieved. MoS₂coatings are also candidates for being applied at cryogenic temperatures. They already have proven their suitability, e.g., for sliding support elements between superconducting magnets of the nuclear fusion-experiment Wendelstein 7-X. However, these coatings were exclusively produced for this particular application and the utilization for more common tribosystems may be precluded due to cost considerations. In view of a wider range of applications, pure and Cr containing PVD-MoS₂ coatings with an optimized structure were tested under varying environments including hydrogen gas and cryogenic temperatures. Results of the most promising variant are presented in this paper.
Laser beam processes are increasingly used in the field of additive manufacturing.
Prominent methods are either powderbed-based like Laser Metal Fusion (LMF), or utilizing a powder nozzle like Laser Metal Deposition (LMD). While LMF allows the manufacturing of complex structures, build rate, part volumes and material flexibility are limited. In contrast, LMD is able to operate with high deposition rates on existing parts, and materials can be changed easily during the process. However LMD shape complexity is limited. Utilizing their respective strengths, a combination of these two additive technologies has the potential to produce complex parts with high deposition rates and increased material flexibility. In this paper, combined manufacturing with additive technologies LMF and LMD is described. Its benefit for industry with emphasis on turbomachinery is shown. As reality test for the innovation, an industrial turbine blade is manufactured.
Polymer Testing - Editorial
(2016)
Ein wesentliches Grundbedürfnis ist die Sicherheit, d. h. die Gewissheit, in einer sicheren Umgebung zu leben und zu arbeiten. Die existenzielle Sicherheit ist eine notwendige Voraussetzung zur Befriedigung aller weiteren notwendigen Bedürfnisse. Auch die Technik ist ohne Sicherheit nicht denkbar. Trotz aller Bemühungen kommt es aber immer wieder zu Unfällen, aus welchen Gründen auch immer. Eine Strategie, Unfälle zu verhindern bzw. deren Eintrittswahrscheinlichkeit zu minimieren ist es, zwischen einem Objekt mit einem hohen Gefährdungspotenzial und seiner Nachbarschaft, Barrieren zu errichten, z. B. durch eine schützende Isolierung, Sicherheitsabstände oder durch eine Erdüberdeckung. Die erdgedeckte Verlegung von Pipelines ist Stand der Technik. Über die Überdeckungshöhen scheint es jedoch verschiedene Auffassungen zu geben. Im folgenden Beitrag werden dazu einige Beispiele vorgestellt.
In einer Artikelserie stellen wir die neue Instandhaltungs-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) vor. Im zweiten Teil geht es um Betonersatz- und Oberflächenschutzsysteme sowie Rissfüllstoffe. Es werden als Folge des EuGH-Urteils vom Oktober 2014 zukünftig keine Anforderungen an Bauprodukte mit dem Nachweis über allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse gestellt. Stattdessen werden auf Basis der Anforderungen individueller Bauwerke notwendige Merkmale von Bauprodukten für die Instandsetzung definiert. Außerdem wird Teil 3 der neuen Instandhaltungs-Richtlinie "Ausführung der Instandsetzung und Überwachung" vorgestellt. Neu ist hier die Einführung von Überwachungsklassen, die sich aus der Art des instand zu setzenden Betonbauteils (standsicherheitsrelevant oder nicht) und der auszuführenden Arbeiten ergeben, zum Beispiel Instandsetzung oder Verstärkung. Am Ende dieses Artikels wird kurz der 4. Teil der neuen Instandhaltungs-Richtlinie erläutert.
Mit Veröffentlichung der europäischen Normenreihe EN 1504 in den Jahren 2004 bis 2008 mussten in Deutschland die bisherigen nationalen Regelungen für die Instandsetzung von standsicherheitsrelevanten Betonbauteilen angepasst werden. Im vorliegenden Entwurf der neuen Instandhaltungs-Richtlinie wurden die Hinweise zur Planung und Durchführung von Instandsetzungsmaßnahmen aus der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb von 2001 entsprechend überarbeitet und aufgrund neuer Erkenntnisse ergänzt. Außerdem wurde das Regelwerk um Gesichtspunkte der Instandhaltung erweitert, sodass die Aspekte Wartung, Inspektion und Verbesserung nun in Anlehnung an DIN 31051 berücksichtigt werden. Zudem wurden Regelungen aus der ZTV-ING sowie der ZTV-W übernommen. Im ersten Teil dieses Artikels geben wir einen Überblick über die Gliederung und wesentliche neue Inhalte wie die Ausweitung der Instandsetzungsprinzipien.
We discuss the dynamics of ultrashort pulsed laser excitation in bulk optical silica-based glasses (fused silica and borosilicate BK7) well-above the permanent modification threshold. We indicate subsequent structural and thermomechanical energy relaxation paths that translate into positive and negative refractive index changes, compression and rarefaction zones. If fast electronic decay occurs at low excitation levels in fused silica via self-trapping of excitons, for carrier densities in the vicinity of the critical value at the incident wavelength, persistent long-living absorptive states indicate the achievement of low viscosity matter states manifesting pressure relaxation, rarefaction, void opening and compaction in the neighboring domains. An intermediate ps-long excited carrier dynamics is observed for BK7 in the range corresponding to structural expansion and rarefaction. The amount of excitation and the strength of the subsequent hydrodynamic evolution is critically dependent on the pulse time envelope, indicative of potential optimization schemes.
Durch faseroptische Sensoren können Bauteile im Einsatz kontinuierlich überwacht und frühzeitig Informationen über Materialveränderungen gewonnen werden. Mittels einer magnetostriktiven Aktorschicht, welche den Sensor umhüllt, kann nun auch die korrekte Sensorfunktion jederzeit kontrolliert werden. Als Aktorschicht eignet sich galvanisch abgeschiedenes reines Nickel oder Nickel-Eisen in der Zusammensetzung 50:50. Um diese haftfest mit dem Sensor zu verbinden wurde ein ECD/PVD-Kombinationsschichtsystem entwickelt. Die mechanischen Eigenschaften der ECD-Schicht können sowohl mit einer auf die Fasergeometrie angepassten instrumentierten Eindringprüfung als auch einem 2-Punkt-Biegeversuch bestimmt werden.
An unprecedented organocatalytic enantioselective vinylogous Michael addition/Henry cyclization cascade is presented for the synthesis of highly substituted tetrahydrofluoren-9-ones 3 employing novel 1,3-indandionederived pronucleophiles 1a−g and nitroalkenes 2. Following a very simple protocol, a wide range of products were obtained in good to excellent yields and with excellent enantioinduction (43−98% yield, up to 98% ee). The reaction proceeded with excellent diastereocontrol despite the simultaneous generation of four stereogenic centers. Surprisingly, when 2-(1-phenylethylidene)-1H-indandione (1h) was used as a pronucleophile, no cyclization was observed, and only Michael addition adducts 4a−x were furnished in very good yields and excellent enantioselectivities.
Catalysts based on nickel oxide are some of the most active catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline media. However, preparing catalytic coatings with high surface area and good accessibility of the active sites remains challenging.
We present a new approach for the synthesis of homogeneous and binder-free nickel oxide coatings comprising a highly accessible ordered mesopore structure. The synthesis is achieved via evaporation induced self assembly utilizing PEOPB-PEO triblock copolymers as pore template and a chemical complex of Ni2+ and citric acid as precursor. Excessive crystallization behaviour of NiO is avoided by thermal conversion of the precursor into an amorphous Ni carbonate intermediate, followed by transition of the carbonate into the metal oxide.
We present a comprehensive analysis of the obtained materials in terms of morphology, crystallinity, surface area, composition, and OER activity of differently calcined catalysts. Retaining a low crystallinity and high surface area during the Synthesis proofs to be the most important factor in obtaining a highly active OER catalyst.
Die Anwendung der additiven Fertigung nimmt stark zu. Eine neue Designfreiheit erlaubt es hier den Konstrukteurinnen und Konstrukteuren, die Bauteilfunktion in den Vordergrund der Entwicklungen zu stellen. Leichtbaustrukturen sowie Funktionsintegration machen es möglich, vormals Bauteile aus vielen Einzelkomponenten jetzt in einem einzigen Bauteil zu vereinigen. Experten am Fraunhofer IPK qualifizieren das Laser-Pulver-Auftragschweißen für die additive Fertigung und legen dabei besonderen Wert auf die Automatisierung des Verfahrens.
Die Auswirkung des Prüfrasters nach der DGZfP Richtlinie US 07:2014 auf die Auffindwahrscheinlichkeit von Reflektoren wird untersucht. Hierzu werden Simulationsrechnungen durchgeführt, mit dem Ziel, die Abhängigkeit der Unterbewertung von Größe und Tiefenlage von Reflektoren in Bezug auf das Prüfraster zu ermitteln und experimentell zu überprüfen. In zwei Simulationsreihen wird der Einfluss des Prüfrasters auf die Suche von Anzeigen und auf die Bewertung von Anzeigen ermittelt und bewertet. Auf Basis der Simulationsrechnungen wird eine POD-Analyse mit dem Ziel durchgeführt, die Auffindwahrscheinlichkeit von Reflektoren in Bezug zur Rastergüte Rn zu setzten und die Nachweisgrenze zu ermitteln.
Manganese alloyed stainless steels represent a cost-effective alternative to conventional CrNi- stainless steels due to strong fl uctuations of the market prices for nickel seen during the last years. In CrMnNi steels, nickel is partially replaced by lower-cost manganese and small amounts of nitrogen for stabilization of the austenitic phase. This also brings benefi ts regarding the mechanical properties, as it results in an increased material strength. Laser beam welding of such materials was investigated for direct comparison with Standard CrNi steels. Main emphasis was laid on fi nding adequate process parameters to achieve a stable welding process and obtain a good weld quality. Two different laser sources, a 4.4 kW Nd:YAG and a 5 kW CO2 laser, were used to weld 1.5 mm stainless steel sheets in continuous wave mode. A high-Mn austenitic (1.4376) and a lean duplex (1.4162) steel, as well as the standard austenitic (1.4301) and duplex (1.4362) grades were selected as test materials. Both butt and lap joint confi gurations were studied. Experiments were carried out systematically, varying the welding speed, laser power and focal point position in order to determine adequate process windows. The infl uence of the shielding gas type and fl ow rate on the process stability and the weld quality were investigated. The effects of weld edge preparation on the weld appearance and quality levels attained were also examined. The obtained welded joints were subjected to radiographic tests for detection of internal imperfections. Also a metallurgical characterization of the samples regarding the resulting phase composition or balance and hardness depending on the welding process parameters was conducted. Furthermore, tensile and potentiodynamic tests were performed to evaluate the mechanical and corrosion properties, respectively. The results provide an insight into the advantages and limitations of the laser beam welding process for joining high-manganese alloyed stainless steels. Conditions for the production of defect-free and corrosion-resistant welds having good mechanical properties could be determined.
In einem Forschungsvorhaben wurde der Einfluss von fertigungsbedingten Spalten von bis zu 3 mm auf das Tragverhalten der Widerstandspunktschweißverbindungen aus Stählen am Beispiel von HX340LAD+Z (Werkstoffnummer 1.0933), HCT780X+Z (1.0943), HCT980C (1.0955) und 22MnB5+AS140 untersucht. Neben spaltabhängigen Schweißbereichen wurden auch statische Festigkeit, dynamische Festigkeit sowie Schwingfestigkeit betrachtet. Schließlich wurden ein Prozesssicherheitskoeffizient sowie eine Prozess-Festigkeits-Kenngröße abgeleitet, mit deren Hilfe der Anwender das Verhalten der Punktschweißverbindungen unter Spalteinfluss beurteilen kann.
Im Rahmen des EU-Forschungsvorhabens [H]house wurden Holz, Lehm und Naturfasern in Bezug auf Feuchtesorption und Schadstoffe untersucht und mit konventionellen Materialien verglichen. Weiter entwickelte Innenwandsysteme und Innendämmungen wurden ebenfalls untersucht. Auf dieser Basis wurden Holz- und Lehm-Bausysteme ohne Lüftungsanlage entwickelt und angewendet.
Impiego di un dispositivo per il vuoto locale di tipo mobile nell'applicazione del processo laser.
(2016)
Lo sviluppo del pennacchio di vapore durante la saldatura laser
di metalli con direzioni di propagazione lungo l'asse del
fascio laser comporta una riduzione della potenza del laser
assorbita nel keyhole. Questi effetti negativi possono essere
notevolmente attenuati mediante l'applicazione di una ridotta
pressione ambientale, diminuendo così l'interazione
tra il fascio laser ed i prodotti dell'evaporazione, condizione
che favorisce la stabilità del processo di saldatura e si traduce
in una maggiore profondità di penetrazione. Una tecnica
convenzionale utilizza il principio della camera a vuoto, simile
a quello utilizzato per la saldatura a fascio elettronico.
L'applicazione di questa tecnica è limitata dalle dimensioni
della camera e riduce quindi i vantaggi di questo approccio,
particolarmente per componenti di grandi dimensioni. Abbiamo
dimostrato la possibilità di applicazione del vuoto in
forma localizzata con apparecchiature mobili, che consentono
di generare una pressione ridotta solo in una piccola zona
attorno al keyhole. Utilizzando un dispositivo di chiusura
appositamente progettato per la pressione, di tipo mobile,
che può essere spostato lungo l'asse del giunto è possibile ottenere
una pressione assoluta di circa 200 mbar. Questo è
sufficiente per aumentare la profondità di penetrazione di
circa il 50%. I campioni di acciaio grado S355 sono stati
saldati con una potenza laser incrementale da 5 kW a 12
kW a pressione atmosferica e confrontati con quelli saldati
a pressione ambiente di 200 mbar. La valutazione della sezione
longitudinale ha rivelato un aumento della profondità
di penetrazione dei giunti di circa il 35%. Inoltre, sono stati
eseguiti test di saldatura in configurazione di giunti testa a
testa con lamiere di 15 mm di spessore con diverse potenze
associate al fascio laser eseguiti a pressione atmosferica ed
a pressione ambiente ridotta di circa 200 mbar. L'aumento
nella profondità di penetrazione fino al 40% è relativo alla
pressione ridotta. In particolare, basse velocità di saldatura
con pressione ridotta si sono rivelate particolarmente vantaggiose
in termini di aumento della penetrazione.
Atemluftflaschen aus Faserverbundwerkstoffen werden im Feuerwehrbetrieb hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch sichere Bereich dieser Behälter ist jedoch heutzutage noch nicht einschätzbar. Deshalb haben es sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Austausch mit der Bergischen Universität Wuppertal zur Aufgabe gemacht, die Auswirkungen dieser Betriebslasten zu untersuchen. Die Erkenntnisse dieser Untersuchungsreihe werden genutzt, um einzuschätzen, ob es sicherheitstechnisch notwendig ist, besondere thermische Betriebsbedingungen in normativen Prüfkriterien zu berücksichtigen.
In einem ersten Schritt wurden Typ-III-Atemluftflaschen der Berliner Feuerwehr Umgebungsbedingungen des typischen Belastungsprofils der Brandbekämpfung (130 °C bis 250 °C, 10 Minuten) ausgesetzt, um die Erwärmung des Behältermaterials zu erfassen. Da die Größe der bestrahlten Oberfläche in einem Brandeinsatz nicht bekannt ist, erfolgte zusätzlich eine Variation der Strahlungsexposition. Strömungsprozesse, die in einem Brandeinsatz den Behälter von innen kühlen, wurden in diesem ersten Untersuchungsabschnitt noch nicht betrachtet.
Es konnte gezeigt werden, dass der Aluminium-Liner einer Typ-III-Atemluftflasche einen erheblichen Einfluss auf die Temperaturverteilung im Behältermaterial ausübt. Die hohe Leitfähigkeit des Aluminiums führt bei Verringerung der bestrahlten Behälteroberfläche zu hohen Temperaturgradienten innerhalb der Behälterwand. Die Materialtemperaturen in der Atemluftflasche konnten für das Belastungsprofil der Brandbekämpfung auf ein typisches Temperaturintervall eingegrenzt werden. Die Grenzen liefern Aussagen zur exponierten Behälteroberfläche und liegen zwischen einseitiger und Vollbestrahlung.
A reversed phase high performance liquid chromatography coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometer (HPLC-ICP-MS) approach in combination with isotope dilution analysis (IDA) for the separation and parallel quantification of nanostructured and ionic silver (Ag) is presented. The main focus of this work was the determination of the ionic Ag concentration. For a sufficient stabilization of the ions without dissolving the nanoparticles (NPs), the eluent had to be initially optimized. The determined Ag ion concentration was in a good agreement with results obtained using ultrafiltration. Further, the mechanism of the NP separation in the HPLC column was investigated. Typical size exclusion effects were found by comparing results from columns with different pore sizes. Since the recovery rates decreased with increasing Ag NP size and large Ag NPs did not elute from the column, additional interactions of the particles with the stationary phase were assumed. Our results reveal that the presented method is not only applicable to Ag NPs, but also to gold and polystyrene NPs. Finally, IDA-HPLC-ICP-MS experiments in single particle mode were performed to determine the particle cut-off size. The comparison with conventional spICP-MS experiments resulted in a similar diameter and particle size distribution.
In this study, the feasibility of using non-contact Infrared thermography as a potential tool to monitor the CMT welding process is explored. The presence of internal defects such as porosity, lack of filler material deposition and formation of improper weld bead produce perturbations in the surface temperature which can be identified using an Infrared thermography technique. We present recent results obtained from online monitoring of the the dissimilar joining using CMT weld brazing of Aluminum and Steel using a transmission mode measurement approach. The effect of loss of zinc coating on the weldability of the cold metal transfer joining of aluminum to galvanised steel was investigated. A correlation between measured online thermal indications with the weld anomalies is successfully attempted and the results are compared with the conventional post-weld NDT inspection methods.
The detection and characterization of surface cracks in steel specimens prior to damage is a technologically and economically highly significant task and is of utmost importance when it comes to safety-relevant structures. In steel production where steel billets at high temperatures have to be inspected while moving a number of well-established NDT methods cannot be applied. Laser thermography however is a promising candidate to serve as a fast, non-contact and remote tool in this case. We present a study that shows that the crack detection capabilities of laser thermography can be extended also to specimens at high temperature. A combination of inductive and laser heating allows to systematically study the contrast formation as well as the optimization of the important measurement parameters. The experiments are accompanied by FEM simulations that provide a better insight of the physical correlations and support the experimental developments. The aim of these studies is to develop a system with high inspection speed and detection performance to be in-line operated under the hostile environment of steel production lines.
A significant number of German concrete motorway pavements have shown damage only a few years after construction. The alkali-silica-reaction (ASR) is often one of the reasons for this damage. German guidelines and regulations focus on the optimisation of the concrete composition to avoid damage due to ASR. Moreover, diverse research projects have dealt with the development and optimisation of ASR performance test methods with and without external alkali supply. However, the influence of other parameters on the occurrence and intensity of a damaging ASR had not yet been taken into account. Such parameters include, e.g., insufficient curing and the modifications of concrete’s porosity due to the use of slip form pavers. Likewise, the increased traffic loading had not yet been considered. The Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) assesses these parameters and processes in a number of projects. These projects aim primarily to increase the durability of the concrete pavements, in particular by improving preventive measures that may be taken before or after the construction of concrete pavements. This paper gives a short overview of BAM’s projects concerning ASR in concrete pavements. Furthermore, results regarding the influence of the cyclic traffic loading on ASR are presented.
Die Richtlinie 2014/28/EU für zivile Explosivstoffe verlangt die Verwendung einer eindeutigen Identifizierung jedes einzelnen Explosivstoffs. Das schon 2008 durch die Richtlinie 2008/43/EG eingesetzte Verfahren, ergänzt durch eine Empfehlung der Federation of European Explosives Manufacturers (FEEM), hat im Laufe der Implementierung verschiedene Probleme und Fragen aufgeworfen. Einige Probleme technischer Natur bezüglich der Code-Inhalte werden hier dargestellt. Dabei geht es um Abweichungen von den Vorgaben, die die Verarbeitung dieser eindeutigen Kennzeichnung erschweren. Es zeichnet sich jedoch auch ab, dass sich die Probleme allmählich verringern werden.
Zusammenfassend wird aufgrund der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen die Aussage getroffen, dass die Fluorpolymere FKM und FVMQ die beständigsten Dichtungswerkstoffe in Biokraftstoffen und Heizöl B10 im Temperaturbereich bis 70 °C sind. In E10 und E85 kann keiner der Dichtungswerkstoffe bei 70 °C als beständig bewertet werden. Diese Erkenntnisse können vielen Wirtschaftszweigen ein Innovationspotential bieten und ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern.
Die drei technischen Regeln zu Gasen sind ergänzt und grundlegend überarbeitet worden. Die Neufassungen der TRGS 407 "Tätigkeiten mit Gasen - Gefährdungsbeurteilung" und der TRBS 3145/TRGS 745 "Ortsbewegliche Druckgasbehälter - Füllen, Bereithalten, innerbetriebliche Beförderung, Entleeren" sind bereits im Gemeinsamen Ministerialblatt veröffentlicht und können auf der Internetseite der BAuA heruntergeladen werden. Die Neufassung der TRBS 3146/TRGS 746 "Ortsfeste Druckanlagen für Gase" wurde im Ausschuss für Gefahrstoffe und im Ausschuss für Betriebssicherheit verabschiedet und ihre Veröffentlichung wird in den nächsten Wochen erwartet. Aufgabe der neuen technischen Regeln für Gase war es, die Lücken, die durch das Außerkrafttreten des umfangreichen bisherigen Regelwerks für Gase (insbesondere TRG, TRB und TRAC) entstanden waren, mit einem neuen, schlankeren und an der Gefährdung orientierten Regelwerk zu schließen. Die 2013 und 2014 veröffentlichten ersten Fassungen der drei technischen Regeln waren allerdings noch zu vervollständigen. Die bisher noch nicht eingearbeiteten Regelungen zu Acetylen, zu Füllanlagen für ortsfeste Druckanlagen für Gase sowie einige spezifische Regelungen zu Flüssiggas sind nun in die technischen Regeln zu Gasen integriert worden. Außerdem wurde die Überarbeitung genutzt, um Rückmeldungen aus der Praxis, insbesondere zur Aufstellung von ortsbeweglichen Druckgasbehältern, in die Neufassungen einfließen zu lassen. Die umfangreichen Ergänzungen führten dann auch zu einer Neustrukturierung der technischen Regeln, die vor allem der Verbesserung der Anwenderfreundlichkeit dienen soll. Der vorliegende Beitrag stellt die neugefassten Technischen Regeln zu Gasen vor und geht dabei insbesondere auf die aktuellen Ergänzungen und Änderungen ein.
Niobium carbide for wear protection - tailoring its properties by processing and stoichiometry
(2016)
Niobium carbide is a hardly explored carbide but its functional profile shows a high potential for wear protection and tribological applications, which are currently dominated by tungsten carbide. Surprisingly little information is available on niobium carbide (NbC). Niobium carbide can be either synthesized by carbothermal conversion of Nb2O5 or be metallurgically grown and leached out. Furthermore, NbC hardmetal grades can be bonded by all known metallic binders and processed and sintered in exactly the same way as WC-based hardmetals. Niobium is today largely available. NbC can be efficiently produced, provides comparably low friction in many relevant tribo-contacts and displays low wear. NbC and Nb2O5 have so far no REACH classification related to human toxicology and are not listed as substances of very high concern contrary to WO3 and Co3O4. This contribution demonstrates the key characteristics of NbC and discusses its sustainability and reliable value chain.
Der Stand der Technik beim digitalen Filmersatz in der Gussteilpruefung in Giessereien wird betrachtet.Eine Reihe von Normen fuer den Ersatz des Roentgenfilms durch neue digitale Detektoren wurde in den letzten Jahren veroeffentlicht. Die verschiedene Fehlertypen werden mit Fehlerkatalogen bewertet, die ebenfalls digital verfuegbar sind. Die Bildverarbeitung gestattet eine einfachere Bewertung der Anzeigen. Eine automatische Bewertung von Gussteilen durch den Computer erlaubt vollautomatische Anlagen, die 10 000 Teile pro Tag pruefen.
The sliding behaviors of two simplified tribofilms with amorphous structure consisting either of SiO₂ molecules or C atoms were simulated by molecular dynamics modeling. The objective was to identify mechanisms explaining the experimentally observed lubricating properties of the two amorphous films. The impacts of layer thickness, normal pressure, temperature and different substrate materials were studied systematically, while the sliding velocity was kept constant at 30 m/s. While the layer thickness was not critical, all the other parameters showed special effects under certain conditions. Normal pressure impeded void formation and could even eliminate voids if applied at high temperature. Stick-slip sliding was changed to smooth sliding at high temperature due to void healing. Considering the carbon film, high friction forces and shearing of the entire film was observed with diamond substrates, whereas interface sliding at low friction forces and an amorphous layer of iron mixed with carbon was observed if the supporting substrates consisted of α-Fe. Both films show a decrease of friction forces and smooth sliding behavior at elevated temperature, corresponding well to the tribological behavior of and advanced nanocomposite sliding against a steel disc under severe stressing conditions when high flash temperatures can be expected.