Neutroner sigter mod at forbedre integriteten i uens metalsvejsninger

Når svejsere smelter metaller sammen, de bruger ikke altid metaller med lignende sammensætning. Tit, uens svejsning er påkrævet for at skabe den mest formidable struktur.

Daryush Aidun, professor i mekanisk og luftfartsteknik ved Clarkson University, er kommet til Oak Ridge National Laboratory's (ORNL's) High Flux Isotope Reactor (HFIR) for at studere resterende spændinger i uens metalsvejsninger. Brug af Neutron Residual Stress Mapping Facility (NRSF2), HFIR strålelinje HB-2B, Aiduns mål er bedre at forstå, hvordan og hvor spændinger fordeles i uens svejsninger for at forbedre deres strukturelle integritet.

"Uensartede svejsninger opstår, når du svejser materialer fra to forskellige legeringssystemer, " sagde Aidun. "Fordi disse materialer har forskellige egenskaber, denne type svejsning kan producere betydelig restbelastning, kendt som resterende stress.

"Svejsning af forskellig metal er nu ved at blive meget vigtig for petrokemiske industrier og kraftindustrier på grund af økonomiske incitamenter. Vi skal vide, hvor spændinger - især trækspændinger - er fordelt i disse svejsninger, og hvordan vi kan minimere dem."

I sit eksperiment på NRSF2, Aidun studerer spændingsniveauer i rustfrit stål og stål med lavt kulstofindhold før og efter de er svejset sammen.

"Når vi siger stål og rustfrit stål, vi taler virkelig om to forskellige metaller, " sagde Aidun. "De har forskellige termofysiske egenskaber, hvilket spiller en afgørende rolle for deres svejsbarhed til hinanden. Særligt påvirket er deres varmeledningsevne og termiske udvidelseskoefficient med hensyn til resterende spændinger."

Fordi neutroner er meget gennemtrængende, de er især nyttige til denne forskning. "Røntgenstråler er gode til at se en millimeter eller to inde i et materiale, men neutroner kan trænge flere millimeter dybere, " sagde Paris Cornwell, en videnskabelig medarbejder ved HFIR, der hjalp Aidun med sit eksperiment. "Dette giver os mulighed for at indsamle flere data og se, hvad der sker dybt inde i en svejsning."

Virkningen i den virkelige verden af ​​denne type forskning er vidtrækkende, siger Aidun. "Hvis du f.eks. svejser rør – sig selv noget som Trans-Canada Oil Pipeline – kan du ende med at svejse uens metaller på et tidspunkt. Du skal vide, hvor disse resterende spændinger er koncentreret. Ellers, du risikerer at skabe en svag svejsning og står over for et muligt strukturelt svigt."