Peneliti Colorado School of Mines menggunakan neutron untuk mempelajari penghilang stres akibat las dalam infrastruktur energi terbarukan


Peneliti Colorado School of Mines menggunakan neutron untuk mempelajari penghilang stres akibat las dalam infrastruktur energi terbarukan

  • Peneliti mahasiswa pascasarjana Colorado School of Mines (kiri) Ben Schneiderman dan Tim Pickle menggunakan neutron di Reaktor Isotop Fluks Tinggi ORNL untuk mengukur tegangan sisa dalam lasan yang digunakan untuk membuat tangki penyimpanan energi terbarukan.

    Kredit: ORNL / Genevieve Martin

    Peneliti mahasiswa pascasarjana Colorado School of Mines (kiri) Ben Schneiderman dan Tim Pickle menggunakan neutron di Reaktor Isotop Fluks Tinggi ORNL untuk mengukur tegangan sisa dalam lasan yang digunakan untuk membuat tangki penyimpanan energi terbarukan.

  • Sampel baja tahan karat 347 H setebal 2 inci yang dilas. Pelat-pelat tersebut digabungkan menggunakan teknik pengelasan multi-lintasan yang melibatkan 40 lintasan untuk mengelasnya bersama. Instrumen Neutron Residual Stress Mapping Facility memungkinkan tim mempelajari tegangan sisa las dengan membombardir sampel seberat 90 pon dengan neutron, yang memungkinkan mereka untuk melihat bagaimana material berperilaku pada skala atom.

    Kredit: ORNL / Genevieve Martin

    Sampel baja tahan karat 347 H setebal 2 inci yang dilas. Pelat disambung menggunakan teknik pengelasan multi-lintasan yang melibatkan 40 lintasan untuk mengelasnya. Instrumen Neutron Residual Stress Mapping Facility memungkinkan tim mempelajari tegangan sisa las dengan membombardir sampel seberat 90 pon dengan neutron, yang memungkinkan mereka untuk melihat bagaimana material berperilaku pada skala atom.


Pengelasan merupakan bagian penting dari manufaktur, dan kunci untuk membuat pengelasan bebas retak bergantung pada kemampuan untuk memahami bagaimana pengelasan disatukan atom demi atom.

Sebelum pandemi COVID-19, mahasiswa pascasarjana di Center for Welding, Joining and Coatings Research of Colorado School of Mines, Tim Pickle dan Ben Schneiderman, menggunakan neutron di Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) Departemen Energi (DOE) untuk meningkatkan kemampuan pemahaman itu. Mereka adalah bagian dari proyek yang didukung oleh divisi SunShot DOE dan National Renewable Energy Laboratory (NREL). Tujuannya adalah untuk menyelidiki kinerja pengelasan yang digunakan untuk membangun tangki penyimpanan energi panas yang besar di pusat pembangkit tenaga surya — fasilitas dengan jaringan cermin yang luas yang digunakan untuk mengumpulkan energi matahari, beberapa di antaranya berukuran beberapa juta kaki persegi.

“Apa yang kami coba lakukan adalah membandingkan perbedaan profil tegangan antara dua pendekatan manufaktur, dengan dan tanpa perlakuan panas pasca-pengelasan, yang digunakan untuk membuat tangki penyimpanan,” kata Pickle. “Kami juga mencoba memvalidasi model elemen hingga yang dapat digunakan oleh NREL dan calon produsen untuk membantu mereka menentukan prosedur pengelasan dan perlakuan panas pasca-pengelasan terbaik untuk mengurangi dan menemukan solusi untuk masalah retak.”

Secara khusus, tim tersebut sedang mempelajari retak relaksasi stres (SRC) —sepekaan las terhadap retak seiring waktu karena faktor-faktor seperti tekanan internal dan suhu tinggi. Kelelahan termal yang disebabkan oleh tegangan bolak-balik antara ruangan dan suhu yang sangat tinggi juga dapat menyebabkan SRC. Setiap logam mengalami perubahan suhu selama proses pengelasan, tegangan baru akan ditambahkan. Perubahan atau deformasi yang bertahan lama tersebut, yang disebut tegangan sisa, dapat berdampak besar pada kinerja pengelasan selama servis.

Tangki penyimpanan adalah struktur besar dengan lebar sekitar 100 kaki dan tinggi 30 kaki. Mereka digunakan untuk menyimpan bahan garam cair yang dipanaskan dan dicairkan untuk menyimpan energi yang ditangkap oleh panel surya. Saat energi dibutuhkan, garam cair dipompa ke dalam sistem uap yang mendidihkan air, yang kemudian memutar turbin yang menghasilkan listrik.

Pada dasarnya, tangki dibuat dengan menggulung pelat baja tahan karat besar ke dalam silinder. Ujung-ujungnya kemudian digabungkan bersama menggunakan pengelasan jahitan, yang membutuhkan banyak lapisan logam las untuk mengisi ruang di antara sambungan las.

“Ketika area pengelasan pada sambungan dinding berubah dari suhu kamar menjadi di atas 550 atau 600 derajat Celcius, hal itu menimbulkan tekanan di sekitar pengelasan,” kata Pickle. “Kami ingin tahu apakah kami dapat mengurangi tegangan tarik dengan menggunakan perlakuan panas pasca-pengelasan sebelum pengelasan digunakan, untuk memperpanjang umur pengelasan dan mengurangi mekanisme retak yang menurut kami sedang terjadi. Untuk melakukan itu, kami perlu mengukur tegangan sisa. “

Neutron adalah alat yang ideal untuk memeriksa tegangan sisa karena mereka menembus material dalam-dalam untuk mengungkap perubahan atom dalam struktur internal material. Menggunakan instrumen HIDRA (sebelumnya Neutron Residual Stress Mapping Facility) di ORNL’s High Flux Isotope Reactor, tim melakukan eksperimen pada pelat baja tahan karat 347 H setebal 2 inci yang digabungkan menggunakan las “40 lintasan” — las terdiri dari 40 manik las individu total untuk memadukan kedua ujungnya bersama-sama.

“Pendekatan yang kurang canggih untuk mengukur tegangan melibatkan pengeboran lubang pada logam dan mengukur bagaimana material berubah bentuk di sekitar lubang, karena beberapa tegangan sisa dihilangkan dengan pengeboran. Namun, itu akan membatasi kami untuk hanya dapat mengukur tegangan sisa di lokasi terbatas, belum lagi ketebalan baja dalam eksperimen ini akan membuatnya semakin sulit, ”kata Schneiderman.

“Untuk mendapatkan gambaran lengkap tentang tegangan, kita perlu melihat tiga arah regangan utama dari tepi pelat ke garis tengah las sebagai fungsi dari ketebalan pelat, yang dapat diukur oleh neutron. Teknik ini telah berkembang ke titik di mana menggunakan neutron untuk membuat pengukuran semacam ini telah tersedia secara lebih luas bagi peneliti mahasiswa pascasarjana seperti kami, yang benar-benar membantu kami melakukan penyelidikan berkualitas tinggi untuk menginformasikan masalah SRC. ”

HFIR adalah DOE Office of Science User Facility. ORNL dikelola oleh UT-Battelle LLC untuk DOE’s Office of Science, pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat. Kantor Sains DOE sedang bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https://energy.gov/science.—oleh Jeremy Rumsey

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author