Volume 50, Issue 10

Kurzfassung In der Filmradiografie kann durch den Einsatz von Metallfolien und Metallfolienkombinationen der Bildkontrast verbessert werden. Die Mechanismen zur Erzeugung der latenten Röntgenbilder und deren Sichtbarmachung für das menschliche Auge sind in Speicherfolien nicht mit denen in einem Röntgenfilm identisch. Demzufolge lassen sich die in den Normen zur Filmradiografie veröffentlichten Empfehlungen zum Einsatz von Metallfolien und zur Auswahl der Röhrenspannung nicht unmittelbar auf die Computer-Radiografie zur Schweißnahtprüfung übertragen. Die Qualität digitaler Röntgenbilder wird von der Bildunschärfe und dem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) bestimmt. Während die Norm EN 14784-1 handhabbare Verfahren zur Bestimmung der inneren Unschärfe und des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) beschreibt, sind die in EN 14784-2 vorgegebenen Vorgehensweisen zur Kontrastverbesserung durch die Vorgaben zur geeigneten Röhrenspannung und Metallfoliendicke für die Schweißnahtprüfung nicht ausreichend dargelegt. Um die Parameter zur Verbesserung der Bildqualität von CR-Systemen für den Fall der radiografischen Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten zu optimieren, wurden systematische Untersuchungen zum Einfluss eines Kupfer-Vorfilters, von Bleifolien-Speicherfolien-Kombinationen und der Röhrenspannung auf den Bildkontrast von Stahlstufenaufnahmen durchgeführt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden Empfehlungen zum Einsatz der Metallfilter und -folienkombinationen sowie zur Auswahl geeigneter Röhrengrenzspannungen für die Speicherfolientechnik zur Optimierung der Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten abgeleitet.

Kurzfassung Die radiografische Bildqualität in ihrer klassischen Definition hängt von Kontrast, Rauschen und Unschärfe ab. Diese Parameter werden normalerweise mit Bildgüteprüfkörpern (BPK) bestimmt. Die Streustrahlung reduziert im Allgemeinen immer die Bildqualität in der Radiografie. Verschiedene Einflussgrößen werden unter Berücksichtigung von Techniken, wie Film-Radiografie, Computer-Radiografie mit Speicherfolien und digitale Radiographie mit Matrixdetektoren, analysiert. In Lehrbüchern und Standards werden das Streuverhältnis k und verschiedene Kontraste definiert. Für digitale Medien werden zusätzliche Parameter wie das Signal-Rausch-Verhältnis SNR und das Kontrast-Rausch-Verhältnis CNR eingeführt. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Streustrahlung aus dem Messobjekt und dem Detektor bestehend aus Kassette bzw. Gehäuse und sensitiver Detektorschicht auf die Bildqualität ermittelt. Die numerische Modellierung wird eingesetzt, um die Streustrahlung und die Primärstrahlung aus dem Objekt separat zu bestimmen. Die Streustrahlung aus dem Objekt und Detektor erzeugen eine Abbildung des Objektes, die dem Primärstrahlungsbild überlagert ist, wobei das Streubild eine höhere Unschärfe aufweist. Dieser Effekt hängt von der Fehlergröße, dem Abstand zwischen Detektor und Objekt und der Zwischenfilterung ab.

Cold neutrons have a wavelength that is in the same range as the d hkl spaces for polycrystalline metal materials. Therefore imaging of polycrystalline materials with monochromatic cold neutrons provides a unique contrast due to coherent Bragg scattering. Here, we present investigations of metallic materials with energy-selective neutron radiography around the Bragg-edges for polycrystalline materials. Polychromatic and monochromatic radiographic measurements of welded composite materials are shown. The results give interesting insights into the manufacturing process.

Kurzfassung Röntgenstrahlen und Neutronen sind zueinander komplementäre Sonden, die sich in vielen Bereichen der Werkstoffforschung gegenseitig ergänzen. Neutronen zeichnen sich im Besonderen durch eine sehr hohe Sensitivität gegenüber Magnetfeldern aus. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass diese Eigenschaft auch für die Bildgebung genutzt werden kann. In Verbindung mit der teilweise hohen Eindringtiefe von Neutronen ist es dadurch möglich, magnetische Feldverteilungen im Inneren massiver Materialien (wie zum Beispiel in Metallen) zwei- und dreidimensional zu visualisieren und zu quantifizieren. Auch Stromdichteverteilungen in elektrischen Leitern können auf diese Weise indirekt über das Magnetfeld untersucht werden. Dies ermöglicht die Erschließung neuer Anwendungsbereiche in der Werkstoffforschung. Einige Beispiele hierfür werden in diesem Artikel vorgestellt.

Kurzfassung In Synchrotronanwendungen wird die Beugung an Einkristallen als Standardmethode benutzt, um aus dem hochintensiven breitbandigen Spektrum gewünschte Photonenenergien zu selektieren. Je ein Experiment am Synchrotron und an einer Wolframröhre zeigt die Abbildung zahlreicher Reflexe eines Si-Einkristalls auf einen Flächendetektor. Im Fall paralleler Synchrotronstrahlung wird der Strahlquerschnitt für jeden Reflex verzerrt und monochromatisch abgebildet. Im Vergleich dazu wird die simultane örtliche und spektrale Aufspaltung einzelner Reflexe bei divergenter polychromatischer Primärstrahlung aus einer Röntgenröhre diskutiert. Potenziale für den Einsatz von Einkristallen in Laboranwendungen werden aufgezeigt.

Kurzfassung Röntgenstrahlung eignet sich besonders gut zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Werkstoffen. Mit ihrer Hilfe lassen sich z.B. Risse und Poren in Werkstoffen erkennen. Die Risserkennbarkeit ist jedoch von der Rissgröße im Vergleich zum Auflösungsvermögen des Detektors abhängig. Risse, Poren oder Einschlüsse können in Radiogrammen nur dann erkannt werden, wenn sie größer sind als das Detektorelement, das die Röntgenstrahlen registriert. Das hier vorgestellte neuartige Synchrotron-Refraktions-Computertomografie-Verfahren ist jedoch in der Lage, auch Risse zu erkennen, deren Größe weit unterhalb des Auflösungsvermögens des Detektors liegt. Das Verfahren basiert auf dem bisher wenig genutzten Phänomen der Kleinwinkelstreuung durch Brechung von Röntgenstrahlen an den inneren Grenzflächen mikroskopisch strukturierter Objekte. Durch den Vergleich zwischen absorptionsbasierter und refraktionsbasierter Computertomografie-Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung an einer geschädigten Faserverbundprobe wird das Potenzial der Synchrotron-Refraktions-Computertomografie demonstriert.

Kurzfassung Röntgentopografische Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass die Streueigenschaften eines Probekörpers ortsaufgelöst erfasst werden. Somit vereinen sie die Vorzüge der bildgebenden Eigenschaft der Radiografie mit der Strukturselektivität der Rönt—genanalyse. Sowohl die Röntgen-Weitwinkelstreuung als auch die Röntgen-Kleinwinkelstreuung (bzw. -Beugung und -Refraktion) werden topografisch für die Materialcharakterisierung eingesetzt. Die Topografieverfahren und Untersuchungsbeispiele an modernen Werkstoffen (kohlefaserverstärkte Komposite, Keramiken) werden dargestellt. Schließlich wird ein Beispiel für die Anwendung der Röntgenrefraktions-CT gegeben.

Combined measurements of bulk and plate wave velocities are used to infer the complete matrix of elastic constants for orthotropic CFRP laminates. A direct estimate of Young's moduli in principal axes of the composite is deduced from the low-frequency values of the s 0 -wave velocities in these directions. The non-contact ultrasonic evaluation of the in-plane anisotropy of Young's modulus in CFRP is implemented by air-coupled measurements of the a 0 -wave dispersion extrapolated to a static case. A strong variation of elastic anisotropy as a function of frequency is measured for both s 0 - and a 0 -waves. A simple phenomenology presented enables a rapid quantification of frequency variation of plate wave anisotropy in composites. The relation between elastic wave anisotropies and inherent material elasticity is discussed for bulk, surface, and plate waves.

Kurzfassung Ein effektives Wassermanagement ist ein wichtiger Aspekt in der Entwicklung von Brennstoffzellen hinsichtlich Langzeitstabilität und Optimierung der Leistungsfähigkeit. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Gasdiffusionslage, die für die gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase auf die elektrochemisch aktive Schicht (Katalysator) sorgen soll. In diesem Beitrag werden gemeinsame Forschungsaktivitäten des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (Entwicklung bildgebender Verfahren) sowie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW, Entwicklung von Brennstoffzellen) vorgestellt. Im Rahmen dieser Kooperation werden die Entstehung, die Verteilung und der Transport von flüssigem Wasser, kurz das Wassermanagement, unter Betriebsbedingungen untersucht. Mittels Synchrotronradiografie und -tomografie werden kleinste Wassercluster in der Gasdiffusionslage detektiert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Modifikation und einer gezielten Auswahl der eingesetzten Materialien.

Kurzfassung Moderne Leichtbaustrukturen (Luftfahrt, Eisenbahn, Automotive) aus Faserverbundwerkstoffen (FVW) sind hohen mechanischen und klimatischen Beanspruchungen ausgesetzt. Aussagen über die Lebensdauer und Funktionssicherheit der FVW-Bauteile können eher aus Untersuchungen der mikromechanischen Eigenschaften gewonnen werden als aus der globalen Festigkeit. Die Röntgenrefraktionstopografie ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung von inneren Oberflächen in Werkstoffen. Angewendet auf FVW lassen sich Aussagen über die Faserorientierungen, die Fertigungsqualität sowie über Faser-Matrix-Ablösungen und Matrixrisse infolge mechanischer Beanspruchung gewinnen. Nachfolgend wird ein neues Verfahren zur Bestimmung des Zwischenfaserbruchversagens am komplexen Laminat vorgestellt. Hierbei wird das Röntgenrefraktionsverfahren “online” bei Zug-Belastung der Probe angewendet.

Kurzfassung Eigenverstärkte Faser- oder Bändchenverbunde auf Polypropylenbasis liegen als Einstoffsysteme vor und kommen ohne materialfremde Verstärkungsfasern aus. Durch die Temperatursensitivität ihrer hohen makromolekularen Orientierung bieten sie ein großes Potential zur prozessinduzierten Erzeugung eines neuartigen funktionalen Eigenschaftsgradienten. Dieser wird durch eine partielle Maskierung unterschiedlicher PP-Textilhalbzeuge in einer vorgeschalteten Infrarot-Vorheizstation beim Heißpressen erzeugt. Die Wirksamkeit der gezielt eingebrachten Gradierung wird anhand der Impakteigenschaften der Verbunde mittels Hysteresismessungen ortsaufgelöst charakterisiert und diskutiert.

Kurzfassung Wir stellen einen allgemeinen Formalismus zur Datenfusion in der Merkmalsebene vor, in der durch geeignete Blendensetzung eine Bildfilterung als Merkmalsextraktion für eine anschließende Pixelinversion und erneute Abbildung vorgenommen wird. Die Ergebnisse, die als Beispiel aus Phasenbildern der Lockin-Thermografie extrahiert wurden, zeigen selektiv bestimmte Werkstoffeigenschaften oder Defekte.