2017年10月27日
巨大的海上建筑，如风力涡轮机和石油钻塔，被设计用来承受海洋带来的无数挑战。然而，随着时间的推移，仅仅是盐水本身就能显著降低结构焊接的耐久性。
Yu Zhenzhen教授(左)和Michael Joachim Andreassen在ORNL的高通量同位素反应堆中使用中子来研究海上水下风力涡轮机基础焊接中可能发生的残余应力。图片来源:Genevieve Martin/美国能源部橡树岭国家实验室
这就是为什么丹麦技术大学的Michael Joachim Andreassen教授和科罗拉多矿业学院的Zhenzhen Yu教授在能源部使用中子分析橡树岭国家实验室以证实一种更先进的高功率激光焊接技术。中子具有极强的穿透性——比x射线更强——可以以非破坏性的方式探测几乎任何材料。
在ORNL的高通量同位素反应堆的中子残余应力绘图设施-美国能源部科学用户设施办公室-使研究人员能够在原子尺度上调查他们的焊接质量。欧洲杯线上买球该团队的发现可能导致更快、更划算的生产技术，以及相当强的，更持久的焊接。
我们正在研究巨大结构中的残余应力，尤其是超大的单柱——形成风力涡轮机水下基础的巨大钢瓶。我们想通过比较两种不同的焊接方法，看看残余应力与建筑用钢板厚度的变化之间的关系。
丹麦技术大学的Michael Joachim Andreassen说
一般来说，残余应力是在施加的载荷或压力被消除后仍然留在焊缝结构中的应力。在某些情况下，残余应力会导致过早的故障，如泄漏或裂缝。它们可能是由多种因素引起的，例如接触有害化学物质、温度波动或金属疲劳，这些都是由频繁使用的负载引起的。
Andreassen说，用于建造单体桩的钢板厚度可达130毫米。它们通常是用传统的埋弧焊技术焊接在一起的，用电弧熔化连接材料。欧洲杯足球竞彩在其中，焊缝的熔缝，或焊缝池，不断“淹没”，或覆盖在几种化合物的颗粒焊剂，用于支持焊缝和保护它免受大气中的污染物。
埋弧焊有一系列的优点。除此之外，与类似方法相比，这种方法产生的火花、杂质和有毒气体更少。然而，Andreassen说，也有很大的负担。
“你必须移除很多材料来进行焊接，然后添加填充材料。移除和添加材料的成本很高，最终，你会得到一个巨大的沟槽，其中有很多引入的残欧洲杯足球竞彩余应力。”他解释说。
自然地，残余拉伸应力越多，焊缝就越容易失效。
激光-电弧焊混合焊接技术引入了一种更集中的热源，可以减少残余应力n海洋和海水最终会造成腐蚀，如果你有高程度的拉伸残余应力，腐蚀发生得越快，断裂或裂纹通过焊接区域传播的可能性就越大。
科罗拉多矿业学院的Yu Zhenzhen说
中子提供了一个非常全面的画面，原子是如何在焊接深处的行为，比较来自埋弧焊和混合激光电弧样品的残余应力。当Andreassen和Yu将钢板样品的厚度从10毫米提高到20毫米、40毫米和60毫米时，中子测量显示了残余应力的任何变化。
“我们在这项研究中使用中子的原因是，这是唯一一种可以穿透钢板的技术，从而为我们提供残余应力的完整剖面，”Yu说。“我们将使用中子数据，并将其与迈克尔小组的模拟工作进行比较，我们可以直接应用于实际结构。”
HFIR是美国能源部科学用户设施办公室。欧洲杯线上买球UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL。欧洲杯线上买球科学办公室是美国物理科学基础欧洲杯线上买球研究的最大支持者，它正在努力研究当今一些最紧迫的挑战。