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Tuesday, September 15, 2015, Saal Petersburg 4:30 PM Schiffbau II |
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Fremdbeanspruchte Kaltrißwiderstandsprüfung und Wasserstoffgehaltsermittlung beim Mehrlagen-UP-Schweißen höherfester Offshorestähle |
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Knuth-Michael Henkel / Universität Rostock, Lehrstuhl Fügetechnik, Deutschland Tobias Hinz* / EEW SPC GmbH, Deutschland Florian Schwuchow/ EEW SPC GmbH, Deutschland |
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Die Fertigung und Installation von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) zur Nutzung der regenerativen Windenergie rückt aus stahlbaulicher und schweißtechnischer Sicht auch deshalb zukünftig in den Vordergrund, da mit größeren Entfernungen zur Küste überdurchschnittliche Erträge zu erzielen sind, die Anlagen allerdings mit höheren Turbinenleistungen und Beanspruchungen konzipiert werden müssen. Die bisherige Anwendung der überwiegend normalfesten Stähle reicht daher zukünftig nicht mehr aus, außerdem entwickelt sich in den letzten Jahren ein Trend zu leichteren und besser handhabbaren Konstruktionen. Die Materialersparnis darf sich jedoch nicht auf Standsicherheit sowie Festigkeit der Struktur auswirken. Für diese Zielsetzung wird daher im OWEA-Tragstrukturbau die Anwendung niedriglegierter hochfester Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen bis zu 690 MPa forciert. Werkstoffe dieser Festigkeitsklassen stellen einige Herausforderungen an die schweißtechnische Verarbeitung in Verbindung mit strukturoptimierten Bauweisen und effizienten, prozesssicheren und qualitativ hochwertigen Schweißverbindungen dar. So haben thermische und thermomechanische Einflüsse beim mehrlagigen Unterpulverschweißen großen Einfluss auf die Qualität der Fügeverbindung. Die Vermeidung der wasserstoffinduzierte Kaltrißbildung spielt hier unter schweiß- und produktionstechnischen sowie Kostengesichtspunkten eine entscheidende Rolle, das existierende Regelwerk zur sicheren Bewertung der Kaltrißgefahr in der dickblechverarbeitenden Industrie erscheint jedoch nicht praktikabel genug. Unter den Rahmenbedingungen der UP-Mehrlagen- und Mehrdrahtprozesse in der Tragrohr-Monopilefertigung mit unterschiedlichen Wärmenachbehandlungszyklen wurden systematische experimentelle und analytische Untersuchungen an normal- und höherfesten Stählen zur Ermittlung der residualen und diffusiblen Wasserstoffkonzentrationen mittels Warmextraktionsmethode an ca. 2000 Proben durchgeführt. Die Wasserstoffhöchstwerte lagen mit den regelwerkbasierten kostenintensiven Wärmenachbehandlungen deutlich unter dem geforderten Minimum vorhandener Vorschriften (z.B. SEW 088). Daraufhin wurde der Weg der Kaltrißprüfung mittels fremdbeanspruchten Implanttest nach DIN EN ISO 17642-3 beschritten. Unter variablen UP-Schweißparametern konnten mittels Einschweißplatte, zylindrischer Implantprobe und hydraulischer Lastaufbringung kritische Spannungen ermittelt werden, die im Verhältnis zur Streckgrenze ein direktes Maß für die Risssicherheit darstellen. Die Korrelationen zu den ermittelten Wasserstoffgehalten werden vorgestellt und praktische Auswirkungen auf die Schweiß- und Nachwärmungsprozeßgestaltung diskutiert. |