de.wedoany.com-Bericht: Am 1. Juli wurde die weltweit erste, von China selbst entwickelte Forschungsvorrichtung für in-situ Neutronenbeugung beim Unterwasserschweißen am Technische Materialien-Spektrometer der China Spallation Neutron Source in Betrieb genommen und das erste in-situ Beobachtungsexperiment des Unterwasserschweißprozesses erfolgreich durchgeführt. Die Vorrichtung wurde vom Team um Professor Wang Zhenmin der South China University of Technology gemeinsam mit den Teams um Li Xiaohu und Du Wenting vom China Spallation Neutron Source Science Center entwickelt und von Zhenhai Intelligent Technology (Zhuhai) Co., Ltd. hergestellt.
Unterwasserschweißen ist eine der Schlüsseltechnologien für die in-situ Fertigung und Wartung großer Unterwasserstrukturen wie Kernkraftwerken, Offshore-Windkraftanlagen, Schiffen und Öl- und Gaspipelines und stellt die Hauptmethode für Notfall- und dauerhafte Reparaturen von Unterwasserstrukturen dar. Mit der zunehmenden Erschließung der Meere gewinnt die Bedeutung der Unterwasserwartung wichtiger maritimer Infrastruktur zunehmend an Bedeutung. Bisher stützte sich das Unterwasserschweißen hauptsächlich auf die Methode der „Probenentnahme nach dem Schweißen", bei der nach Abschluss des Schweißens Proben entnommen und zur Analyse ins Labor zurückgebracht werden. Liao Haipeng, ein Kernmitglied des Teams, erklärte, dass diese Methode aufgrund fehlender Prozessdaten die spezifischen Umgebungsvariablen, die die Schweißqualität beeinflussen, nur schwer identifizieren könne, was dazu geführt habe, dass das Verständnis der Branche für Probleme wie die Gefügeentwicklung von Unterwasserschweißnähten, Rissbildung und Verformungsversagen lange Zeit auf ex-situ Vermutungen nach dem Schweißen angewiesen sei.
Um diese Einschränkung zu überwinden, schlug das Team die Entwicklung einer Forschungsvorrichtung für in-situ Neutronenbeugung beim Unterwasserschweißen vor, mit dem Ziel, in einer Laborumgebung eine Beobachtungsvorrichtung mit starker Durchdringungsfähigkeit aufzubauen, die durch Simulation einer realen marinen Unterwasserumgebung eine in-situ Beobachtung des Schweißprozesses ermöglicht. Du Wenting erklärte, dass die in-situ Beobachtung die dynamischen Veränderungen der Mikrostruktur des Materials während des Schweißprozesses in Echtzeit überwachen und darauf aufbauend ein geschlossenes System etablieren könne, das von den Anforderungen an die Schweißnahteigenschaften rückwärts zu den Prozessparametern führt.
Nach mehr als drei Jahren intensiver Forschung gelang es dem Team nacheinander, technische Herausforderungen wie die Herstellung von Unterwasserschweißungen unter extremen Bedingungen und die synchrone Kopplung der in-situ Schweißvorrichtung mit großen Spektrometern zu bewältigen. Das Team setzte innovativ schweres Wasser (D₂O) anstelle von normalem Wasser (H₂O) zur Simulation der Unterwasserumgebung ein, entwarf einen Eintrittskanal für den Neutronenstrahl, der den Strahlentransport ohne Störung durch das Wasser ermöglicht, entwickelte eine neue in-situ Beobachtungsstrategie zur Erfassung der Mikrostrukturentwicklungsgesetze an verschiedenen Positionen und in mehreren Richtungen und passte die selbst entwickelte Unterwasser-Schweißausrüstung präzise an das Technische Materialien-Spektrometer an, wodurch die weltweit erste in-situ Forschungsvorrichtung für Unterwasserschweißen entstand.
Wang Zhenmin erklärte, dass sich die Vorrichtung auf die dynamische Entwicklung der Mikrostruktur und des Eigenspannungsfeldes während des Unterwasserschweißprozesses konzentriert und erstmals den Echtzeit-Kopplungsmechanismus von Spannung und Phasenumwandlung unter mehrfachen komplexen thermischen Zyklen beim Unterwasserschweißen aufdeckt. Dies könne direkte experimentelle Belege für die Optimierung von Unterwasserschweißprozessen und die Sicherheitsbewertung von Schweißnahtstrukturen liefern. Während des Entwicklungsprozesses nutzte das Team die Vorteile der hohen Durchdringungsfähigkeit und hohen Auflösung der Neutronenbeugung, um eine dynamische in-situ Beobachtung der mikrostrukturellen Entwicklung im Schweißbad beim Unterwasserschweißen zu realisieren, wodurch die Einschränkungen der traditionellen ex-situ Analyse nach dem Schweißen überwunden und die dynamische Erstellung eines präzisen Abbildungsmodells „Prozess-Gefüge-Eigenschaften" ermöglicht wurde. Dieses Ergebnis kann eine zentrale technologische Unterstützung für die Schweißfertigung und Reparatur großer, hochleistungsfähiger Unterwasserstrukturbauteile bieten und den Wandel des Unterwasserschweißens von einer erfahrungsbasierten „Kunst" zu einer datengetriebenen „Wissenschaft" vorantreiben.
