Zerstörungsfreier Prüfnachweis von Werkstoffveränderungen in zeitstandbeanspruchten Kraftwerkskomponenten - Machbarkeitsstudie

Projektnummer 269

Stähle zeigen bei höheren Beanspruchungstemperaturen ein zeitabhängiges Dehnungsverhalten. Die Schädigung der Werkstoffe erfolgt unter dieser Beanspruchung über Kriechporenbildung und deren Zusammenwachsen zu Mikrorissen. Die Menge und Ausbildung der Kriechporen, die sich experimentell ermitteln lassen, stellen ein Maß der Schädigung dar.

Derartig beanspruchte Bauteile weisen jedoch noch ein sehr großes Lebensdauerpotenzial auf, das im Regelfall nicht ausgeschöpft wird. Der Grund ist, dass Unsicherheiten bei der Beurteilung der Werkstoffeigenschaften und der tatsächlichen Betriebsbeanspruchungen sowie in den angewandten Berechnungsmethoden bestehen, die nur eine eingeschränkte Vorhersage der Restlebensdauer ermöglichen.

Im Rahmen des VGB-Forschungsprogramms werden Forschungsvorhaben durchgeführt, die auf eine bessere Ermittlung von Betriebsparametern wie z. B. der Temperatur, der Bauteilbeanspruchung sowie der Werkstoffeigenschaften zielen und damit zur Reduzierung solcher Unsicherheiten beitragen.

Will man aber das Lebensdauerpotenzial der Bauteile ausschöpfen, müssen zur Gewährleistung der Sicherheit und Verfügbarkeit darüber hinaus geeignete Überwachungs- und Prüfverfahren zur Verfügung stehen.

Derzeit werden im Rahmen wiederkehrender Prüfungen im Wesentlichen mit Hilfe der Bauteilmetallografie (Replica-Technik) die irreversiblen Gefügeveränderungen in Form von Kriechporen nachgewiesen. Andere gesicherte zerstörungsfreie Prüfverfahren stehen nicht zur Verfügung.

In diesem Vorhaben ist daher geplant, verschiedene zerstörungsfreie Verfahren miteinander zu verknüpfen. Hierbei handelt es sich neben der klassische Replica-Technik um die Mehrfrequenzwirbelstromprüfung (MPA) und das vom IZFP entwickelte, so genannte 3MA-Verfahren (Mikromagnetische Multiparameter Mikrostruktur- und Spannungsanalyse). Darüber hinaus sollen zur Vergrößerung der Datenbasis vergleichende Prüfungen mit Hilfe der bereits in früheren Vorhaben geförderten Ultraschall-Laminografie durchgeführt werden.

Die Arbeiten sollen an betriebsbeanspruchten und bereits ausgebauten Kraftwerkskomponenten (auch Schadensbauteilen) - darunter auch Bauteile aus der KOMET650-Versuchsanlage - durchgeführt werden. Über die Zeitstandschädigung dieser Bauteile liegen bereits Informationen aus wiederkehrenden Prüfungen oder Schadensuntersuchungen des VGB vor.

Ziel dieser Machbarkeitsstudie ist zunächst die Ermittlung der Aussagefähigkeit zerstörungsfreier Prüfmethoden bezüglich der Früherkennung von Zeitstandschädigungen in Form von Kriechporen in den warmfesten Stählen der Kraftwerkstechnik. In Abhängigkeit von den erzielten Ergebnissen soll gegebenenfalls ein weiter führendes Untersuchungsprogramm entwickelt werden.

Mit den in diesem Vorhaben geplanten Arbeiten werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dem Kraftwerksbetreiber ein leistungsfähiges Werkzeug an die Hand zu geben, das ihn in die Lage versetzt, eine schnelle und kostengünstige zerstörungsfreie Überwachung der Bauteilqualität durchzuführen.

Das Projekt wird vom Werkstofflabor des VGB-PowerTech e.V., koordiniert.

Beteiligte Forschungsstellen sind:

Der Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" begleitet die Untersuchungen.

Die Projektergebnisse werden im Herbst 2007 erwartet.