Новости космоса и технологий. » Химия » Исследователи используют нейтроны для изучения снятия напряжения, вызванного сваркой, в инфраструктуре возобновляемых источников энергии

Исследователи используют нейтроны для изучения снятия напряжения, вызванного сваркой, в инфраструктуре возобновляемых источников энергии

Опубликовал: Admin, 24-10-2020, 01:01, Химия, 41, 0

Исследователи используют нейтроны для изучения снятия напряжения, вызванного сваркой, в инфраструктуре возобновляемых источников энергии

Сварка является неотъемлемой частью производства, и ключ к созданию сварных швов без трещин зависит от способности понять, как сварной шов создается атом за атомом.

Перед пандемией COVID-19 аспиранты Центра исследований сварки, соединений и покрытий при Колорадской горной школе Тим Пикл и Бен Шнайдерман использовали нейтроны в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE) для улучшения это понимание. Они являются частью проекта, поддерживаемого подразделением SunShot Министерства энергетики США и Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL). Цель состоит в том, чтобы исследовать характеристики сварных швов, используемых для создания больших резервуаров для хранения тепловой энергии на концентрирующих солнечных электростанциях - объектах с обширной сетью зеркал, используемых для сбора солнечной энергии, некоторые занимают площадь в несколько миллионов квадратных футов.

«Мы пытаемся сравнить различия в профилях напряжений между двумя производственными подходами, с термообработкой после сварки и без нее, которые используются для создания резервуаров для хранения», - сказал Пикл. «Мы также пытаемся проверить модель конечных элементов, которая может использоваться NREL и потенциальными производителями, чтобы помочь им определить лучшие процедуры сварки и термообработки после сварки, чтобы смягчить и найти решения для проблем с растрескиванием».

В частности, команда изучает релаксация напряжений растрескивание (SRC) - склонность сварных швов к растрескиванию с течением времени из-за таких факторов, как внутреннее напряжение и высокие температуры. Термическая усталость, вызванная переменным напряжением в помещении и чрезвычайно высокими температурами, также может способствовать возникновению SRC. Каждый раз, когда температура металла изменяется в процессе сварки, добавляется новое напряжение. Эти длительные изменения или деформации, называемые остаточными напряжениями, могут иметь большое влияние на характеристики сварного шва во время эксплуатации.

Резервуары для хранения представляют собой большие сооружения шириной около 100 футов и высотой 30 футов. Они используются для хранения расплавленной соли, которая нагревается и сжижается для хранения энергии, улавливаемой солнечными панелями. Когда требуется энергия, расплавленная соль закачивается в паровую систему, которая кипятит воду, а затем вращает турбину, вырабатывающую электричество.

По сути, резервуар изготавливается путем скатывания больших пластин нержавеющей стали в цилиндр. Затем концы свариваются друг с другом с помощью сварных швов, для чего требуется несколько слоев сварочного металла, чтобы заполнить пространство между сварными швами.

«Когда температура сварных швов на стыках стен повышается от комнатной до 550–600 градусов по Цельсию, вокруг сварного шва возникают напряжения», - сказал Пикл. «Мы хотим знать, можем ли мы снизить растягивающее напряжение с помощью термообработки после сварки до того, как сварной шов будет введен в эксплуатацию, чтобы продлить срок службы сварного шва и уменьшить механизм растрескивания, который, как мы думаем, происходит. Для этого нам необходимо для измерения остаточных напряжений ».

Нейтроны - идеальный инструмент для исследования остаточного напряжения, потому что они глубоко проникают в материалы, чтобы выявить атомные изменения во внутренней структуре материала. Используя прибор HIDRA (бывший центр нейтронного картирования остаточных напряжений) в реакторе изотопов с высоким потоком ORNL, команда провела эксперименты на 2-дюймовых пластинах из нержавеющей стали 347 H, которые были соединены с использованием 40-проходного сварного шва - большой сварной шов, состоящий из 40 отдельных сварных швов, соединяющих два конца вместе.

«Менее сложные подходы к измерению напряжения включают сверление отверстий в металле и измерение того, как материал деформируется вокруг отверстия, так как часть остаточного напряжения снимается при сверлении. Однако это ограничивает нас возможностью измерения только Остаточных напряжений. В ограниченных местах, не говоря уже о том, что толщина стали в этом эксперименте сделала бы его еще более трудным », - сказал Шнайдерман.

«Чтобы получить полное представление о напряжении, нам нужно посмотреть на три основных направления деформации от края пластины до центральной линии сварного шва в зависимости от толщины пластины, которую мы можем измерить с помощью нейтронов. Технология эволюционировала до такой степени, что нейтроны используются для Сделать такой вид измерения стал более доступным для аспирантов-исследователей, таких как мы, что действительно помогает нам проводить более качественные исследования для решения проблемы SRC ».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии