Prüfbarkeit von dickwandigen Bauteilen aus Nickelbasislegierungen und Schweißverbindungen mit zerstörungsfreien Prüfmethoden (COORETEC, TD-1)

Projektnummer 296

Die Umsetzung neuer Technologien zur Wirkungsgradsteigerung in Hochleistungskraftwerken beruht in erster Linie auf der deutlichen Anhebung der Dampfparameter Druck und Temperatur. Für diesen Beanspruchungsbereich sind die bisher verwendeten Werkstoffe nur bedingt geeignet, so dass in zunehmendem Maße Nickelbasislegierungen eingesetzt werden müssen.

Neben den verbesserten Werkstoffeigenschaften an sich ist auch die ausreichende Detektierbarkeit von Fehlstellen in dickwandigen Komponenten aus Nickelbasislegierungen für die Herstellung, die sichere Inbetriebnahme und den sicheren Betrieb von entscheidender Bedeutung.

Um dies zu gewährleisten werden im COORETEC-Teilvorhaben TD-1 „Prüfbarkeit von dickwandigen Bauteilen aus Nickelbasislegierungen und Schweißverbindungen mit zerstörungsfreien Prüfmethoden“ Arbeiten zur Erprobung und Weiterentwicklung von geeigneten zerstörungsfreien Ultraschall-Prüftechniken durchgeführt. Durch die Schaffung einer wissenschaftlich fundierten Datenbasis für Verfahrensgrenzen sollen außerdem verlässliche Aussagen über die Anwendbarkeit, Zuverlässigkeit und die Vertrauensgrenzen von bisher üblichen sowie von verbesserten Prüftechniken in der Anwendung auf Bauteile mit Schweißnähten aus Nickelbasislegierungen ermöglicht werden.

Bei der Ultraschallprüfung sind nach derzeitigem Kenntnisstand die gleichen Probleme zu erwarten wie bei austenitischen Schweißnähten; bei den zu untersuchenden Wanddicken von 80-100 mm voraussichtlich in erschwerter Form. Das wesentliche Problem liegt in der akustischen Anisotropie der Schweißnähte, durch die die Ausbreitung von Ultraschallwellen unübersichtlich und oft nicht mehr vorhersagbar wird. So kommt es nicht nur an den Korngrenzen, sondern auch im Bereich der Schmelzlinie zu Rückstreuungen sowie Reflexionen, Brechungen und Wellenabspaltungen.

Die für austenitische Werkstoffe und Schweißverbindungen entwickelten Prüf- und Analysetechniken (z. B. Gruppenstrahler, SAFT) sollen daher im Rahmen des Vorhabens an diesen dickwandigen Nickelbasislegierungen und deren Schweißverbindungen erprobt und weiterentwickelt werden.

Das Vorhaben wird in der Zeit vom 1. September 2006 bis zum 31. Oktober 2009 vom Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA) durchgeführt.

Die Forschungsinstitute führen gemeinsam die Erprobung von vorhandenen Verfahren anhand von definierten Prüfkörpern durch. IZFP und BAM arbeiten an der Weiterentwicklung und Verbesserung der Verfahren und führen die Erprobung mit einer Feststellung der Verfahrensgrenzen durch. Die MPA Stuttgart koordiniert die Bereitstellung und Verteilung geeigneter Prüfkörper und beschäftigt sich mit der Umsetzung der Ergebnisse in der Fehlertolerierung und -bewertung mittels bruchmechanischer Methoden sowie der Verifizierung der ZfP-Ergebnisse.

Die beteiligten Herstellerunternehmen,

bringen das industrielle Know-how bezüglich der bei der Herstellung und Abnahme von Bauteilen durchzuführenden Prüfungen ein und beteiligen sich an der Herstellung der Prüfkörper.

Die beteiligten Kraftwerksbetreiber,

definieren die Anforderungen und Erfahrungen aus der Anwendung der zerstörungsfreien Prüfverfahren im langzeitigen Betrieb und beteiligen sich an der Erprobung der Verfahren.

Die industriellen Partner begleiten das Projekt in einem von VGB koordinierten Lenkungskreis und bewerten die ermittelten Ergebnisse.

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des COORETEC-Forschungsprogramms zu 50 % aus Mitteln des deutschen Wirtschaftsministeriums finanziert (Förderkennzeichen 0327705Q, 0327705R und 0327705S); die Industriefinanzierung wird zu 80 % von den beteiligten Kraftwerksbetreibern und zu 20 % von den beteiligten Herstellerunternehmen aufgebracht.