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Weld strength for high temperature components design and operation

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Schweißen bei hohen Temperaturen

Die Notwendigkeit, den Wirkungsgrad von neuen Anlagen zur Stromerzeugung zu verbessern und die Lebensdauer von bereits bestehenden zu verlängern, war die treibende Kraft während des WELDON-Projekts. Im Rahmen dieses Projekts konnte herausgefunden werden, dass bei diesen Anlagen geschweißte Bauteile die Hauptversagensursache darstellen.

Industrielle Technologien

Eine verlässliche Wartung von Anlagen zur thermoelektrischen Stromerzeugung wäre ohne die moderne Bauweise von komplexen Rohrsystemen unmöglich. Neue Materialien, die bei hohen Temperaturen verwendet werden können, haben dazu beigetragen, den thermischen Wirkungsgrad zu herhöhen. Die Leistungsfähigkeit von Hochtemperaturkomponenten, die unter Druck stehen, wird allerdings durch das Kriechversagen von Anschlussstücken beeinflusst. Eines der Hauptziele des WELDON-Projekts war es, das Wissen über das Verhalten von geschweißten Bauteilen unter Kriechbedingungen zu erweitern. Experimentelle Versuchsmethoden wurden angewendet, um die Auswirkungen des Kriechens auf Schweißverbindungen und die Materialeigenschaften zu demonstrieren. Aus diesen Versuchen wurden zudem wichtige Daten für die Validierung von Methoden zur Lebensdauerabschätzung abgeleitet. Hierfür wurden echte Hochtemperaturkomponenten sowie realistische Modelle unter Betriebsbedingungen getestet. Mithilfe der Finiten-Elemente-Methode konnten komplexe Modelle erstellt werden, um die Bruchfestigkeit von geschweißten Proben vorherzusagen und um den Einfluss der Kriechverformung auf mit Druck beaufschlagte Rohre zu bewerten. Der Programmcode, der an der University of Nottingham (Vereinigtes Königreich) entwickelt wurde, ist eine Erweiterung eines kommerziellen Finite-Elemente-Programms mit benutzerdefinierten Subroutinen, durch die entsprechende Materialgesetzte aus der Kontinuumsschadensmechanik in die Berechnung mit einbezogen werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Kontinuumsschadensmechanik für die Identifizierung einer Materialermüdung und für die Bestimmung des Einflusses von Kriechvorgängen auf die Toleranz gegenüber bereits existierenden Defekten geeignet ist. Diese Modelle zur Vorhersage des Kriechverhaltens ermöglichen einen besseren Einblick in die Ursachen für einen Rückgang der Festigkeit von Schweißverbindungen und mögliche Fehlerarten. Zudem liefern sie, was wichtiger ist, eine quantitative Beschreibung von möglichen Lösungsansätzen. Indem das vorhandene Wissen über Schweißverbindungen erweitert wird, kann dazu beigetragen werden, dass die Angleichung von Entwicklungs- und Bewertungsverfahren vorangetrieben wird.

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