Enorme offshore-constructies zoals booreilanden en windturbines zijn ontworpen om de talloze straffen te weerstaan ​​die oceanen ondergaan. Echter, overuren, alleen het zoute water zelf kan de duurzaamheid van de lassen van een constructie aanzienlijk verminderen.

Daarom gebruiken professoren Michael Joachim Andreassen van de Technische Universiteit van Denemarken (DTU) en Zhenzhen Yu van de Colorado School of Mines neutronenanalyse bij het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE's) om een ​​meer geavanceerde methode van lassen met krachtige lasers. Neutronen hebben zeer penetrerende eigenschappen - meer dan röntgenstralen - en kunnen bijna elk materiaal op een niet-destructieve manier onderzoeken.

De Neutron Residual Stress Mapping Facility (NRSF2) bij ORNL's High Flux Isotope Reactor - een DOE Office of Science User Facility - stelt onderzoekers in staat om de kwaliteit van hun lassen op atomaire schaal te bestuderen. De bevindingen van het team kunnen leiden tot snellere, meer kosteneffectieve productiemethoden, en aanzienlijk sterker, langduriger laswerk.

"We bestuderen restspanningen in echt enorme structuren, " zei Andreassen, "Vooral supersized monopiles - enorme stalen cilinders die de onderwaterfunderingen voor windturbines vormen. We willen kijken naar de relatie tussen restspanning en variërende diktes in de staalplaten die in de bouw worden gebruikt, door twee verschillende lasmethoden te vergelijken."

In het algemeen, restspanningen zijn spanningen die in de structuur van de las blijven nadat de aangebrachte belastingen of drukken zijn verwijderd. In sommige gevallen, restspanningen kunnen leiden tot voortijdige storingen zoals scheuren of lekken. Ze kunnen worden veroorzaakt door verschillende factoren, zoals temperatuurschommelingen, blootstelling aan schadelijke chemicaliën, of metaalmoeheid, veroorzaakt door herhaaldelijk uitgeoefende belastingen.

De stalen platen die gebruikt worden om monopiles te bouwen kunnen tot 130 millimeter dik zijn, zei Andreassen. Ze worden meestal aan elkaar gelast met behulp van een traditionele methode die ondergedompeld booglassen wordt genoemd, waar elektrische bogen worden gebruikt om de verbindingsmaterialen te smelten. Daarin, de gesmolten naad van de las, of lasbad, is voortdurend "ondergedompeld, " of bedekt, in een korrelige stroom van verschillende verbindingen die worden gebruikt om de las te ondersteunen en te beschermen tegen atmosferische verontreinigingen.

Er zijn verschillende voordelen aan ondergedompeld booglassen. Onder andere, de techniek produceert minder onzuiverheden, vonken, en giftige dampen dan vergelijkbare methoden. Echter, zegt Andreasen, er zijn aanzienlijke lasten, te.

"Je moet veel materiaal verwijderen om de las te maken, en voeg daarna vulmateriaal toe. Het kost veel om de materialen te verwijderen en toe te voegen, en op het einde, je hebt echt een enorme groef met veel geïntroduceerde restspanningen, " hij legde uit.

Van nature, hoe meer trekrestspanningen er zijn, hoe gevoeliger een las zal zijn voor falen.

"De hybride laser-booglastechniek introduceert een meer gerichte warmtebron die ons in staat stelt om reststress te verminderen, " zei Yu. "In de oceaan, zout water zorgt uiteindelijk voor corrosie, en als u een hoge trekspanning heeft, hoe sneller corrosie optreedt en hoe groter de kans dat breuken of scheuren zich door gelaste gebieden voortplanten."

Neutronen geven een buitengewoon gedetailleerd beeld van hoe de atomen zich diep in de lassen gedragen, het vergelijken van restspanningen van zowel de ondergedompelde boog als hybride laser-boogmonsters. De neutronenmetingen laten eventuele veranderingen in restspanning zien, aangezien Andreassen en Yu de stalen plaatmonsters vergroten van 10 naar 20, 40, en 60 millimeter dik.

"De reden dat we neutronen leuk vinden voor dit onderzoek, is omdat het de enige techniek is die door de stalen platen kan dringen om ons een volledig profiel van de restspanning te geven, " zei Yu. "We zullen de neutronengegevens gebruiken en vergelijken met simulatiewerk van Michael's groep die we direct kunnen toepassen op de feitelijke structuur."