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Tuesday, September 27, 2011, Saal E 9:25 AM Werkstoffe und Fertigung |
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Erhöhung der Abschmelzleistung beim Schweißen wasservergüteter hochfester Feinkornbaustähle für den Offshore-Einsatz |
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Knuth-Michael Henkel / Universität Rostock, Lehrstuhl Fügetechnik, Deutschland Robert Hein* / Fraunhofer IPA / AGP, Deutschland Martin-Christoph Wanner/ Fraunhofer IPA / AGP, Deutschland Andreas Dörge/ EEW-SPC GmbH, Deutschland Markus Bockelmann/ EEW-SPC GmbH, Deutschland |
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Aufgrund des weltweit steigenden Energiebedarfs und der zunehmenden Erschöpfung bereits erschlossener Öl- und Gasfelder in warmen und gemäßigten Klimazonen, dringt die Exploration und Erschließung neuer Felder immer weiter in arktische Offshore-Regionen vor. Zur wirtschaftlichen Erschließung werden hochfeste Feinkornbaustähle mit Mindeststreckgrenzen von 690 MPa und Tieftemperatureigenschaften mit ausreichenden Kerbschlagzähigkeiten bei -60 °C benötigt. Wesentliche Bauelemente hierzu sind längsnahtgeschweißte dickwandige Großrohre. Bisherige industrielle Herstellungsverfahren bieten nur eingeschränkte Kaltzähigkeitseigenschaften der Schweißverbindung. Die geforderten geringen Streckenenergien und das Vor- und Nachwärmprozedere schlagen sich bei diesem Werkstoff zudem in sehr zeitaufwendigen Abläufen nieder. Zur wirtschaftlichen Produktion müssen daher insbesondere die Schweißzeiten verkürzt werden bei Einhaltung der Zähigkeiten in der Schweißverbindung bei Tieftemperatur. Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts der EEW-SPC GmbH und des Fraunhofer Anwendungszentrums wurden Schweißverfahren zur wirtschaftlichen Herstellung dickwandiger Großrohre aus hochfesten wasservergüteten Feinkornbaustählen mit Tieftemperatureigenschaften unter Einhaltung der DNV Offshore-Norm entwickelt. Unter dem Aspekt einer möglichen Kaltrissanfälligkeit dieser Stähle wurden in dem Vorhaben Schweißgut und Wärmeeinflusszone einer ständigen Kontrolle auf Wasserstoffeintrag und etwaige auftretende Risse mittels Ultraschall unterzogen. Für die Versuchsschweißungen wurden Inverterstromquellen mit Balancenverschiebung kombiniert mit modifizierten Tandem-Verfahren in eine Matrix implementiert. Die Versuchsreihen zeigen den Einfluss unterschiedlicher Stahllegierungskonzepte sowie ausgewählter Draht/Pulver-Kombinationen auf die Tieftemperatureigenschaften von Schweißgut, Schmelzlinie und Wärmeeinflusszone. Aufgrund Vorgaben bezüglich der Prozeßfenster seitens des Anwenders sowie der Stahl- und Draht/Pulver-Hersteller wurden Parameterstudien für eine Erhöhung der Abschmelzleistung und eine Produktivitätssteigerung über die Schweißgeschwindigkeitssteigerung durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Drahtlegierungs- und Drahtdurchmesserkonzepte überprüft. Eine Verifizierung der Ergebnisse erfolgte unter werksnahen Voraussetzungen, um die Parameter und Erkenntnisse für die wirtschaftliche Verarbeitung der hochfesten wasservergüteten Feinkornbaustähle in der Produktion direkt umsetzen zu können. |