Angewandte Physik
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Die additive Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein komplexes, aber zugleich auch effizientes Verfahren, bei dem Werkstoff, Bauteilgeometrie und Schweißprozess gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ziel dieser Studie war es, einen Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der generierten Schichtgeometrie zu ermitteln. Dazu wurden definierte Referenzkörper mit einem robotergestützten Schweißsystem additiv gefertigt und hinsichtlich Schichthöhe, Wandstärke und Mikrostruktur analysiert. Fokus der Untersuchung waren sowohl konventionelle als auch für die WAAM-Fertigung speziell entwickelte hochfeste Schweißzusatzwerkstoffe. Die geometrischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile lassen sich insbesondere durch die Faktoren Drahtvorschubgeschwindigkeit und Schweißgeschwindigkeit gezielt einstellen. Jedoch können diese Parameter nicht beliebig variiert werden, auch aufgrund der rheologischen Eigenschaften der Zusatzwerkstoffe. Zu hohe Streckenenergien führen zu lokalen Überhitzungen und Fehlstellen in der generierten Schicht. Undefinierte Fließ- und Erstarrungsvorgänge im überhitzten Bereich erschweren die maßhaltige Fertigung. Deshalb wird bei speziellen WAAM-Schweißdrähten das Fließverhalten gezielt modifiziert, sodass es über einen größeren Temperaturbereich hinweg konstant ist. Erst die Kenntnis über die komplexen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie ermöglicht die Erzeugung exakter Schichtmodelle für die additive Fertigung. Dies bildet die Grundlage für die Bearbeitung weiterer Fragestellungen auf dem Gebiet der additiven Fertigung mit hochfesten Zusatzwerkstoffen und insbesondere deren Anwendung in modernen hochfesten Bauteilen.
Im hier vorliegenden Bericht wurde im Rahmen einer umfassenden Literaturrecherche der nationale und internationale Stand von Wissenschaft und Technik hinsichtlich Behälterkonzepten und Behälteranforderungen erfasst. Dabei wurde eine umfangreiche Dokumentensammlung zusammengestellt und sortiert, die als Quellenbasis für alle weiteren Arbeiten zur Verfügung steht. Die Auswertung der gesammelten Informationen resultiert in einem Überblick über internationale Behälterentwicklungen sowie einer detaillierten Übersicht über die Behälterkonzepte und die ihnen zugrundeliegenden Anforderungskataloge aus elf fortgeschrittenen Endlagerprogrammen.
Der Bericht zum Arbeitspaket 3 baut auf den Ergebnissen der internationalen Recherche (AP1) sowie der Zusammenstellung der Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für die Endlagerbehälter (AP2) auf. Die Anforderungen an die Behälter – regulatorische, betriebliche sowie solche aus der Standortgeologie und den Einwirkungen und Prozessen, denen die Behälter ausgesetzt sind – werden hergeleitet und systematisch dargestellt.
Die für das Endlagersystem zu betrachtenden Nutzungsphasen werden aus den regulatorischen Anforderungen hergeleitet und charakterisiert. Die Einwirkungen auf die Behälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen sowie die sich für die Erfüllung der Sicherheitsfunktionen des Behälters als Teil des Endlagersystems ergebenden Behälterfunktionen werden ebenfalls wirtsgesteins- und zeitphasenabhängig betrachtet. Schließlich werden aus den Einwirkungen auf die Behälter und den Anforderungen an die Behälterfunktionen auch quantifizierbare Behälterfunktionen für alle drei potenziellen Wirtsgesteine abgeleitet.
The ability to track electrode degradation, both spatially and temporally, is fundamental to understand performance loss during operation of lithium batteries. X-ray computed tomography can be used to follow structural and morphological changes in electrodes; however, the direct detection of electrochemical processes related to metallic lithium is difficult due to the low sensitivity to the element. In this work, 4-dimensional neutron computed tomography, which shows high contrast for lithium, is used to directly quantify the lithium diffusion process in spirally wound Li/SOCl2 primary cells. The neutron dataset enables the quantification of the lithium transport from the anode and the accumulation inside the SOCl2 cathode to be locally resolved. Complementarity between the collected neutron and X-ray computed tomographies is shown and by applying both methods in concert we have observed lithium diffusion blocking by the LiCl protection layer and identified all cell components which are difficult to distinguish using one of the methods alone.
Kombinierte faseroptische Messungen in Bohrlöchern helfen bei der Detektion von Kleinstleckagen
(2020)
Seit November 2019 läuft ein breit angelegtes und vom BMWi gefördertes ZIM-Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der IAB'Weimar gGmbH, der GKSO GmbH & Co. Projekt KG, der DEEP.KBB GmbH sowie der Rembe Consulting PartG mbB. Ziel des Forschungsvorhabens sind sowohl die Lokalisierung als auch die Quantifizierung insbesondere sehr kleiner Leckagen in einer Bohrlochverrohrung durch die Nutzung faseroptischer Messtechnik. Durch Messdatenkopplung und den Wegfall bewegungsbedingter Nachteile einer Messsonde werden wesentlich präzisere Ergebnisse zur Bewertung der Bohrlochintegrität als üblich
erwartet.
First the acceptance rates resulting from the analysis of different minimum burst ratios and standards are displayed and explained. Especially the problems resulting from a further reduction if the minimum burst ratio are shown.
For a better understanding of these results the process of analysing the acceptance rate is explained in detail. This contains the alleged contradiction between safety of samples due to its scatter while the rejected sample provides a higher mean strength.
Then the importance of batch testing is explained and leads to the recommendation to have a strong interaction between provided mean strength and requested maximum of production scatter.
Network modifier ions can decisively influence properties and structure of low melting alkali-zinc-borate glasses and thus cause complex effects on the liquid phase sintering of silver-glass metallization pastes. This effect was studied for X2O-ZnO-B2O3 (X = Li, Na, Rb) glasses for silver-glass metallization pastes. Viscosity and the glass transition temperature, Tg, were measured with rotational viscometry and dilatometry. Dried model pastes with 30 vol% LZB, NZB or RZB glass were prepared for sintering studies by means of heating microscopy measuring the silhouette area shrinkage of uniaxially pressed powder compacts during heating at 5 K/min. For comparison, the silhouette area shrinkage of pure glass and silver powder compacts were determined. Glass-silver wetting was investigated during heating of bulk glass cylinders placed on silver substrates. Glass RZB turned out to have the lowest viscosity among the glasses under study. Its glass transformation temperature, Tg, was found at 444 °C and it caused the lowest sintering onset for its glass and paste powder compacts. Slightly increased values of Tg were found for NZB and LZB (468 °C and 466 °C, respectively) and a slightly retarded sintering was found for both paste powder compacts. These results indicate that liquid phase sintering of silver-glass pastes under air atmosphere is mainly influenced by glass viscosity.
High power laser beam welding has been already introduced in ship building industry since last two decades and is characterized by higher performance as conventional arc welding technologies through its higher welding speed, penetration depth and therefore higher productivity. Moreover, high quality weld joints are achievable thanks to a stronger automatization degree and better repeatability of the process. A further advantage of the laser beam welding is a manufacturing of parts with very low distortion according to much lower heat input, so that rework amount can be reduced significantly. Nevertheless, there are still some unresolved problems limiting the range of application of the technology in part manufacturing within ship building industry, restricted by development and application of new materials or new design of ship vessels.
The present contribution deals with some novel aspects of laser beam welding technology allowing to widen this range significantly. One of the possibilities is to increase the weld seam thickness for single pass laser or laser-hybrid welding is to apply contactless EM-support system based on generation of the Lorentz force counteracting the liquid metal drop out. Also, application of laser-hybrid welding technology for welding novel materials like cold resistant steel X8Ni9 used for construction of LNG tanks brings technological and design advantages comparing to conventional welding technologies by using of a similar alloyed filler wire instead of expensive Ni-based filler material. Finally, it is shown how the application of computational techniques can be used to helps to improve the quality of laser welded joints and avoid the critical weld failure by optimization of the welding process parameters.
Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) are a universal phenomenon and can be generated on almost any material by irradiation with linearly polarized radiation. This chapter reviews the current state in the field of LIPSS, which are formed in a “self-ordered” way and are often accompanying materials processing applications. LIPSS can be produced in a single-stage process and enable surface nanostructuring and, in turn, adaption of optical, mechanical, and chemical surface properties. Typically, they feature a structural size ranging from several micrometers down to less than 100 nm and show a clear correlation with the polarization direction of the light used for their generation. Various types of LIPSS are classified, relevant control parameters are identified, and their material-specific formation mechanisms are analyzed for different types of inorganic solids, i.e., metals, semiconductors, and dielectrics. Finally, technological applications featuring surface functionalization in the fields of optics, fluidics, medicine, and tribology are discussed.
To improve the predictive capability of long-term stress relaxation of elastomers during thermo-oxidative ageing, a method to separate reversible and irreversible processes was adopted.
The separation is performed through the analysis of compression set after tempering. On the Basis of this separation, a numerical model for long-term stress relaxation during homogeneous ageing is proposed. The model consists of an additive contribution of physical and chemical relaxation.
Computer simulations of compression stress relaxation were performed for long ageing times and the results were validated with the Arrhenius treatment, the kinetic study and the time-temperature superposition technique based on experimental data. For chemical relaxation, two decay functions are introduced each with an activation energy and a degradative process. The first process with the lower activation energy dominates at lower ageing times, while the second one with the higher activation energy at longer ageing times. A degradation-rate based model for the evolution of each process and ist contribution to the total system during homogeneous ageing is proposed. The main advantage of the model is the possibility to quickly validate the interpolation at lower temperatures within the range of slower chemical processes without forcing a straight-line extrapolation.