Projekt 1.2

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Laser Ultraschall als Werkzeug für die Charakterisierung von Mikrostrukturen

Das Teilprojekt 1.2 befasst sich mit der berührungslosen Detektion und Charakterisierung von Defekten sowie der Untersuchung der Mikrostruktur in Metallen mit Hilfe von Laserultraschall. 
Dabei ist das Ziel diese Technologie und ihre Anwendungen aus dem Labor in das industrielle Umfeld zu bringen und dadurch den Mehrwert für die industriellen Forschungspartner zu sichern.
Laserultraschall ist eine zerstörungsfreie, berührungslose Methode. Damit ist eine Prüfung und Charakterisierung von folgenden Punkten möglich:
  • Detektion und Charakterisierung von Defekten im Inneren und an der Oberfläche von Bauteilen (z.B. Rissdetektion, Schweißnahtprüfung, Detektion von Einschlüssen,…)
  • Prüfung der Geometrie ( z.B. Platten-Dicke,…)
  • Charakterisierung der elastischen Eigenschaften und der Anisotropie (Richtungsabhängigkeit der mechanisch technologischen Eigenschaften hervorgerufen durch Umformprozesse wie den Warmwalz- oder den Schmiedeprozess)
  • Charakterisierung der Mikrostruktur (z.B. Bestimmung der Härtetiefe oder eine durch den Schmiedevorgang gegebene Veränderung in der Kornstruktur…)
Die Berührungslosigkeit ermöglicht den Einsatz auch direkt im Produktionsprozess, bei Anwendungen an heißen Materialien und bei Werkstücken, bei denen Koppelmittel verboten sind, da Rückstände davon die Weiterverarbeitung negativ beeinflussen könnten. Mit Laserultraschall kann eine heutzutage oft geforderte „Null Fehler Produktion“ erreicht werden. Diese Technologie hilft einerseits den Produktionsprozess besser verstehen zu können und Rohstoffe zu sparen bzw. sofort wiederverwenden zu können, andererseits kann garantiert werden, dass sicherheitskritische Bauteile fehlerfrei ausgeliefert werden. In diesem Projekt wird diese Technologie für drei Anwendungsfälle eingesetzt:
  • Defektdetektion in Metallen:
    • Mit dem Ziel der Inline, bzw. produktionsbegleitenden Prüfung von heißen Materialien. Defektbeispiele sind: Risse, Poren, nichtmetallische Einschlüsse,
  • Mikrostrukturcharakterisierung:
    • Als zusätzliche Information zur Bestimmung der Kornstruktur wird eine „in situ“ Beobachtung der Strukturveränderung während eines thermomechanischen Prozessablaufs möglich (Gleeble©).
    • Messtechnische Erfassung der Kornstrukturveränderung (Rekristallisation und Kornwachstum) im Verlauf des Schmiedeprozesses.
  • Charakterisierung von inneren Spannungen:
    • Qualitative Charakterisierung von Eigenspannungen in Metallen. Damit sollen Aussagen (integral über die Probendicke) über Änderungen im Spannungsniveau und im Spannungszustand in Folge variabler Prozessbedingungen ermöglicht werden (z.B. variable Walzgeschwindigkeiten oder Walztemperaturen).
Um die Projektziele effizient zu verfolgen, werden die physikalischen Wechselwirkungseffekte zwischen der Schallausbreitung und der Mikrostruktur im Labor unter idealisierten Bedingungen studiert. Damit wird ein Basiswissen für die eigentliche Anwendung der Laserultraschalltechnologie in der industriellen Umgebung generiert, aus dem die in der Praxis zu erwartende Systemeigenheiten leichter verifiziert und richtig interpretiert werden können. Zusätzlich wird der von der RECENDT und FILL patentierte Laserultraschalldetektor für jede einzelne Anwendungen angepasst und optimiert. Dies betrifft die eigentliche Funktionalität, sowie die Einsatzfähigkeit in industriellen Umgebungen.