Ultraschall-Laminografie zum Nachweis von Zeitstandschädigung

Projektnummer 208

Kraftwerkskomponenten wie Frischdampfleitungen, heißgehende Zwischenüberhitzer, sowie die Hochdruckdampfturbine werden im Hochtemperaturbereich betrieben und zeigen nach Betriebszeiten von > 100.000 Stunden Schädigungen in Form von Mikroporen an den Korngrenzen. Dieser Prozess beschleunigt sich mit steigender Betriebszeit und führt zur Bildung von Rissen, die die Komponente zerstören können. Die deutsche Dampfkessel-Verordnung (TRD) verlangt deshalb nach 100.000 Stunden Betriebszeit eine rechnerische Erschöpfungsanalyse und häufig eine Strukturuntersuchung auf Werkstoffschädigung. Letzteres ist eine aufwendige metallographische Prozedur an einer vorher bestimmten Stelle der Komponente. Aufgrund der aufwendigen Technik beschränkt man sich heute auf wenige Stellen in der Größe von Quadratmillimetern, ohne genaues Wissen über die Stelle der maximalen Schädigung. Der untersuchte Bereich ist nicht unbedingt charakteristisch für die maximale Schädigung der Komponente.

Betreiber und Überwacher sind deshalb seit langem an einem zerstörungsfreien Prüfverfahren interessiert, mit dem schnell, preiswert und mit hoher Sicherheit die maximal geschädigte Stelle gefunden und analysiert werden kann. In der Vergangenheit wurden magnetische Verfahren und die Auffindung von Poren mittels Ultraschall-Impuls/Echoverfahren sowie Laser-Thermographie ohne Erfolg untersucht. Ein von der VGB-FORSCHUNGSSTIFTUNG gefördertes und an der Technischen Universität München entwickeltes Verfahren nutzt Ultraschall-Oberflächenwellen zur Bestimmung der Änderung des Elastizitätsmoduls als Folge der Kriechschädigung zur Bestimmung dieser Schädigung aus.

Im Rahmen dieses Vorhabens sind entscheidende gerätetechnische Verbesserungen entwickelt und Messungen an betriebsbeanspruchten Rohrleitungsbauteilen durchgeführt worden. Die bisherigen Ergebnisse sind erfolgversprechend, jedoch wird eine größere Datenbasis benötigt, die im Anschlussprojekt an realen Bauteilen ermittelt werden soll.

Hierbei sollen insbesondere die physikalischen Eigenschaftsänderungen, die sich während der Betriebszeit ergeben, durch Labormessungen an Probenmaterial verifiziert werden.