Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prüfkonzept zur Detektion von rissbehafteten Schweißnähten an Offshore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie

Rissbehaftete Schweißnähte in Offshore-Gründungsstrukturen (z. B. Windenergieanlagen) stellen ein großes sicherheitsrelevantes und wirtschaftliches Problem dar, da sie direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Strukturen haben. Mit zunehmender Betriebsdauer steigt die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung an. In Bezug auf die aktuell bedeutend werdende Laufzeitverlängerung des Investitionsgutes sind zuverlässige Prüfungs-, Wartungs- und Reparaturkonzepte erforderlich. Um eine wirtschaftliche und technisch einwandfreie Reparatur ermöglichen zu können, sind hierzu belastbare Informationen über Rissgeometrie, Lage und Größe erforderlich. Zurzeit besteht kein einheitliches Prüfkonzept, um eine sichere Detektion von unter Wasser liegenden, rissbehafteten Schweißnähten an Offshore-Strukturen gewährleisten zu können. Prüfung, Wartung und Instandhaltung sind typischerweise den Tätigkeitsfeldern von KMUs zuzuordnen. Ziel ist es, den KMUs ein Prüfkonzept an die Hand zu geben, mit welchem sie Risiken auf sicherheitstechnischer und finanzieller Ebene verringern können, welche im Fall des Versagens erhebliche Schäden herbeiführen könnten.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein umfassendes Prüfkonzept zur sicheren Detektion von Fehlern im Schweißnahtbereich an Offshore-Strukturen unter Wasser erstellt. Zudem soll durch eine Kombination der Ultraschall- und Wirbelstromprüftechnik, entsprechend der definierten Prüfanforderungen und unter Berücksichtigung der Randbedingungen, eine gemeinsame Prüfeinheit entwickelt werden. Mit der Konzeptionierung dieser Prüfeinheit sollen die Totzonen beider Einzelverfahren kompensiert werden, sodass ein empfindlicher Nachweis der Fehler im Wurzel- und Oberflächenbereich der Schweißnaht sichergestellt werden kann.

Zum Projektabschluss werden Prüfrichtlinien zur Inspektion von UW-Schweißnähten mittels der kombinierten WS-US-Prüftechnik formuliert, die zukünftig in Prüfvorschriften und Merkblätter des Unterwasserschweißens umgesetzt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Das in Form eines kompakten Handbuchs vorliegende Prüfkonzept entstand aus Ergebnissen und Erkenntnissen welche im IGF-Vorhaben Nr. 20869 N „Prüfkonzept zur Detektion von rissbehafteten Schweißnähten an Offshore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie“ erarbeitet bzw. gewonnen wurden. Das Ziel war es, Ermüdungsrisse im gesamten Volumen dickwandiger Schweißnähte (z.B. an Windenergieanlagen) sicher unter den vorherrschenden Umgebungsbedingungen unter Wasser zu detektieren und zu bewerten. Hierfür wurde eine Prüfeinheit entwickelt, um eine simultane Wirbelstrom- als auch Phased Array Ultraschallprüfung in nasser Umgebung zu ermöglichen und somit die Fehlerentdeckungswahrscheinlichkeit als auch die Prüfdauer im Vergleich zu der einzelnen Anwendung der jeweiligen Prüftechnik zu reduzieren. Die Untersuchungen fanden im Labor und in einer realitätsnahen Umgebung (Tauchbecken durch Industrietaucher) statt.

Dieses Prüfkonzept stellt eine Erweiterung des in Normen und der wissenschaftlichen Literatur beschriebenen Stand der Technik da. Es soll eine Unterstützung bei der Erstellung konkreter Prüfanweisungen in den im folgenden beschriebenen Geltungsbereich darstellen. Das Prüfkonzept gilt für dickwandige Stumpfnähte z.B. an Grobblechen aus typischen Baustählen wie S235 oder S355. Die Prüfaufgabe liegt insbesondere in der Detektion und Bewertung von Ermüdungsrissen, die typischerweise in der Wärmeeinflusszone der Schweißverbindung initiieren.

Zudem konnte eine neue Methode zur Erzeugung von Referenzfehlern für Risse erarbeitet werden. Die Nuten werden dabei erosiv mittels Wasserstrahl erzeugt. Die resultierende Form ähnelt der Form eines realen Risses im Vergleich zu erodierten oder gesägten Nuten am ehesten. Diese neue Möglichkeit hilft insbesondere KMU zur Erzeugung realitätsnaher Referenzfehler zur Charakterisierung und Bewertung ihres Prüfsystems.