Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Induktionswärmetechnik als praxisrelevantes Vor- und Nachbehandlungsverfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Unterwasserschweißen von Feinkornstählen mit erhöhtem Kohlenstoffäquivalent

Der Ausbau erneuerbarer Energien bedingt einen steigenden Bedarf an Offshore-Windenergieanlagen. Die Nachfrage nach immer größeren und leistungsfähigeren Anlagen erfordert zunehmend den Einsatz höherfester Stählen im Bereich der Offshore-Strukturen. Im Reparaturfall sind diese unter Wasser (UW) bisher kaum qualitätsgerecht und wirtschaftlich schweißbar.

Bei Schweißungen an Luft wird die, durch hohe Kohlenstoffäquivalente (CEV) begründete, eingeschränkte Schweißbarkeit durch Wärmebehandlungsprozesse kompensiert. In nasser Umgebung sind Wärmebehandlungen bisher nicht praxisrelevant umgesetzt worden. Somit sind schweißtechnische UW-Reparaturen, welche meist von KMU durchgeführt werden, nicht möglich.

Zur Wärmebehandlung des Schweißbereiches bietet die Induktionstechnik ein hohes Potential. Allerdings sind die erreichbaren Effekte unbekannt. Es liegen keine Richtlinien für den UW-Einsatz vor, an welchen sich die KMU orientieren könnten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Anwendbarkeit dieses leicht handhabbaren und gut zugänglichen Wärmebehandlungsverfahrens für den UW-Bereich zu qualifizieren und die Randbedingungen für dessen praktischen Einsatz, sowie die Wirksamkeit zu untersuchen.

Durch den Einsatz eines handelsüblichen Mittelfrequenzinduktors wird die Wirksamkeit einer Vor- und Nachwärmung an verschiedenen Stahlgüten (CEV > 0,4) ermittelt. Hierbei soll gezielt die Veränderung des Gefüges in der Schweißzone charakterisiert und die Reduktion des kaltrissunterstützenden diffusiblen Wasserstoffs sowie der Eigenspannungszustand analysiert werden. Sind die Randbedingungen für eine erfolgreiche Wärmebehandlung der Schweißnaht definiert, wird das Verfahren mit Tauchern (im PA) erprobt und eine Umsetzung in die Praxis vorangetrieben. Als Ziel soll ein von Tauchern sicher anzuwendendes Wärmebehandlungsverfahren stehen, welches die schweißtechnische Reparatur höherfester Stähle im UW-Bereich ermöglicht und somit neue Arbeitsfelder und Marktsegmente für KMU erschließt.

Ergebniszusammenfassung:

Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

- Die Wärmeeinbringung durch Induktion unter Wasser wurde ermittelt.

- Eine Wasserstoffreduktion um bis zu 34 % wurde durch Nachwärmung erreicht.

- Eine Senkung der Härte in der WEZ eines S460N (CEV = 0,51%) um bis zu 50 HV0,2 auf wurde erreicht. Damit kann die Härte in der WEZ des untersuchten S460N auf das Niveau eines S355J2+N (CEV = 0,43%) reduziert werden.

- Die sichere Anwendbarkeit der Induktionsanlage im Unterwasserbereich wurde in Zusammenarbeit mit der BGHM geprüft.

- Eine Betriebsanweisung wurde erstellt und von der BGHM bestätigt.

- Es wurden erfolgreiche Praxistests der Technologie durch Taucher durchgeführt.

- T-Stöße aus dem kaltrissgefährdeten Werkstoff S460N (CEV = 0,51%) wurden durch Anwendung der Induktionstechnik erfolgreich ohne Unternahtrisse von Tauchern geschweißt.

- Das Handling wurde als „einfach und praktikabel“ beschrieben.

Der Projektfortschritt und die gewonnenen Ergebnisse wurden regelmäßig im Rahmen der Sitzungen des projektbegleitenden Ausschusses sowie bei den Sitzungen des Fachausschusses V4 „Unterwassertechnik“ der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS präsentiert. Zudem wurden die Forschungsergebnisse in vielfältiger Weise der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Zu den erfolgten Transfermaßnahmen zählen Publikationen sowie Veröffentlichungen auf fachspezifischen Konferenzen und Tagungen. Die Übernahme der Ergebnisse in die akademische Lehre verspricht zudem eine Breitenwirksamkeit und Nachhaltigkeit der in dem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse und Ergebnisse.