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Tuesday, September 26, 2017, Saal M 9:00 AM Offshore |
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Wirtschaftlicheres Fertigen von Offshore-Gründungsstrukturen durch streckenenergieneutrales UP-Schweißen mit Kaltdrahtzufuhr |
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Oliver Brätz* / Universität Rostock,
Lehrstuhl Fügetechnik, Mecklenburg-Vorpommern Paul Breinlinger/ EEW Special Pipe Constructions GmbH, Mecklenburg-Vorpommern Knuth-Michael Henkel/ Universität Rostock, Lehrstuhl Fügetechnik, Mecklenburg-Vorpommern |
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Erhöhte Maschinenleistungen von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) zur Effizienzsteigerung von Offshore-Windparks erfordern größere Dimensionen der Anlagenkomponenten und insbesondere auch entsprechend angepasste Gründungsstrukturen. Die ansteigenden Bauteildimensionen beim Design von Monopile-Gründungstrukturen als Tragrohre von OWEA führen zu einem erhöhten schweißtechnischen Fertigungsaufwand. Derzeitige Monopiles weisen bereits Rohrdurchmesser von bis zu 10 m bei Rohrlängen von über 100 m auf. Die Wanddicken betragen bis zu 120 mm. Um weiterhin international wettbewerbsfähig zu bleiben, wird bei den Großrohrproduzenten eine prozesssichere Produktivitätssteigerung angestrebt. Für die Längs- und Rundnähte wird derzeit das Hochleistungsschweißverfahren UP-Mehrdraht eingesetzt. Übliche Möglichkeiten zur Abschmelzleistungssteigerung beim UP-Schweißen in der Fertigung dickwandiger Strukturen bedingen zumeist eine stärkere thermische Belastung der Grundwerkstoffe im Schweißnahtbereich durch höhere Streckenenergien. Um die Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Grundwerkstoffes zu gewährleisten, ist die maximal zu verwendende Streckenenergie limitiert. Beim ihrem Überschreiten sind kostenintensive bruchmechanische Untersuchungen (z.B. CTOD) zum Nachweis der Schweißeignung bzw. der geforderten Zähigkeit im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone erforderlich. Es wurde das UP-Mehrdrahtschweißen mit zusätzlicher Mehrdraht-Kaltdrahtzufuhr durch nicht bestromte Massivdrähte untersucht, um eine Effizienzsteigerung durch Entkopplung von Abschmelzleistung und eingesetzter Streckenergie zu erzielen. Eine positive metallurgische Beeinflussungen der Schmelzenerstarrung wurde durch optimierte Unterkühlung und legierungstechnische Modifikation mittels andersartigem Kaltdrahtes erreicht. Mittels fraktionell faktorieller Versuchsplanung (Screening) wurden zunächst Sensitivitätsanalysen durchgeführt, um die Abhängigkeit der geometrischen Zielgrößen von den Prozessparametern beim UP-Kaltdrahtschweißen statistisch zu analysieren. Zunächst wurden die Prozessmodifikationen energetisch durch eine kalorimetrische Bestimmung des thermischen Wirkungsgrades untersucht. Anschließend wurden die relevanten Varianten mittels lichtmikroskopischer, quantitativer Metallographie, spektrometrischer Elementanalysen und mechanisch-technologischer Kennwertermittlungen charakterisiert. Für praxisrelevante großvolumige Längsnahtbeispiele konnten Produktivitätssteigerungen von über 20 % durch Reduzierung von Schweiß- und Nebenzeiten prozesssicher erzielt werden. |