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Neutronentomographie zur Detektion von Wasserstoff in Zugproben
No full textDie wasserstoffunterstützte Schädigung von Komponenten und Bauteilen aus Stahl ist ein Phänomen, welches seit vielen Jahrzehnten bekannt ist und untersucht wird. Eine Vielzahl von Quellen (z.B. Schutzgas oder Feuchtigkeit beim Schweißen, Reinigung von Metallen in Säurebädern, galvanischer oder kathodischer Schutz) ermöglicht die Wasserstoffaufnahme in den Stahl. Der im Gitter gelöste oder an Wasserstoffhaftstellen (Versetzungen, Grenzflächen, Poren, etc.) getrappte Wasserstoff diffundiert aufgrund von Konzentrationsgradienten oder getrieben durch Spannungs- bzw. Dehnungsgradienten durch das vorliegende Gefüge, wo er in Kombination mit einwirkenden Beanspruchungen (äußere Last oder Eigenspannungen) eine lokale, signifikante Degradation der mechanisch-technologischen Eigenschaften bewirken kann.
Die dazu entwickelten und allgemein anerkannten Schädigungsmodelle gehen unter anderem von einem Einfluss des Wasserstoffs auf die Versetzungsentstehung und Versetzungsbeweglichkeit aus. Des Weiteren wird angenommen, dass Wasserstoff nicht nur durch Diffusion im Gitter transportiert wird, sondern auch an Versetzungen angehaftet ist und sich mit diesen im Falle plastischer Verformung mitbewegt.
Wasserstoff hat im Vergleich zu den meisten üblichen Legierungselementen von Stahl (Eisen, Chrom, Kohlenstoff) einen großen Wechselwirkungsquerschnitt für kalte und thermische Neutronen, was Neutronenradiographie und -tomographie zu geeigneten bildgebenden Verfahren zur lokalen Detektion von Wasserstoffakkumulationen in Stahl macht.
Elektrochemisch mit Wasserstoff beladene Zugproben aus supermartensitischem Stahl wurden vor und nach dem Zugversuch an der ANTARES beamline am FRM II polychromatisch radiographiert bzw. tomographiert. Die Bruchoberfläche der Probe wurde zusätzlich rasterelektronenmikroskopisch charakterisiert. Die Fraktographien der Bruchoberfläche in Verbindung mit den durch die Tomographie gewonnenen Informationen zu Wasserstoffansammlungen zeigen, dass nach dem Bruch auch in duktilen Versagensbereichen untypischerweise vermehrt Wasserstoff zu finden ist
Rapid solidification during welding of duplex stainless steels – in situ measurement of the chemical Concentration by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
No full textDuplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The aim of the work is to quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and to identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material. Spectra were recorded every 1.3 s at a spacing of approximately 2 mm. During the cooling process the location of the measurement was not changed. The LIBS method is proofed to be suitable for the quantitative representation of the chemical compositions during the welding process
In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad von Duplexstählen während des WIG-Schweißens
No full textDie Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen.
Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS.
Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht
Chemical Concentrations in the weld pool measured in situ by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) during GTAW
No full textDuplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). We could quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material
In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung
No full textDie Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen.
Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS.
Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht
Determination of hydrogen distributions in iron and steel using neutron radiography and tomography
No full textHydrogen in blistered iron visualized in 3D by neutron tomography
No full textPresented are neutron tomographies on hydrogen charged iron samples
Online weld analysis by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
No full textPrinciples of online weld inspection using laser-induced breakdown spectroscopy, inspection of stationary and bead-on-plate welds containing solidification cracks
In-situ ED-XRD und Radiographie während eines Zugversuchs an wasserstoffbeladenem Supermartensit
No full textDie Ergebnisse von in-situ Experimenten am Berliner Elektronenspeicherring (BESSY II) werden vorgestellt. Es wurden Zugversuche an wasserstoffbeladenen und wasserstofffreien supermartensitischen Proben durchgeführt und Diffraktionsspektren und radiographische Bilder aufgenommen. Die energiedispersive Röntgendiffraktion ermöglichte dabei die dehnungsinduzierte Phasenumwandlung von Restaustenit zu Martensit in-situ zu beobachten. Die Radiographiebilder der zerreisenden Probe gaben Einblicke in das Bruchverhalten in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt des Supermartensits
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