Entwicklung von Akzeptanzkriterien für Fehlstellen in Schweißverbindungen - TestPep Projekt -

Transkript

1 Titel Entwicklung von Akzeptanzkriterien für Fehlstellen in Schweißverbindungen - TestPep Projekt - Johannes Grieser; GmbH; Roetgen

2 Inhalt TestPEP Projekt Ziele Projektspezifikation Prüfverfahren Erste Ergebnisse Zusammenfassung

3 TestPEP Projekt Workpackage 4 des TestPEP-Projektes Von der EU im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogrammes gefördertes Vorhaben für kleine und mittelständige Unternehmen Projektbeginn: 1. Februar 2010 Dauer: 3 Jahre Umfang: Ziel: Entwicklung eines automatisierten, zerstörungsfreien Verfahrens zur Prüfung von Kunststoffrohr- Schweißverbindungen durch Ultraschall

4 Präzisierung der Ziele Entwicklung eines Ultraschall-Prüfsystems für die Untersuchung von PE Stumpf- und Heizwendel- Schweißverbindungen mit Durchmessern von 90 bis 1000 mm Bestimmung der Nachweisgrenzen zur Detektierung von Schweißfehlern für die entwickelte Ultraschall- Prüftechnik Bestimmung der kritischen Fehlergröße und der kritischen Kontamination für die untersuchten Schweißverbindungen

5 Befragung Projektstart: Befragung der Kunststoffrohrindustrie zu den Anforderungen an ein zerstörungsfreies Prüfsystem für Schweißverbindungen von Kunststoffrohrsystemen hinsichtlich Rohrwerkstoffe und Dimensionen Art der Schweißverbindungen Fittings und Formstücke Art von Schweißfehlern (z.b. Kontamination, Kaltschweißung) Verfügbarer Arbeitsraum für ein Prüfsystem (z.b. im Graben) Kosten für Prüfsystem und Inspektion

6 Auswertung der Befragung Rohrwerkstoffe: 82% gaben PE als wichtigsten Rohrwerkstoff an Deshalb wird ausschließlich PE im TestPEP Projekt untersucht PE80 PE100

7 Auswertung der Befragung Rohrdurchmesser: 72% gaben Rohrdurchmesser von 110 bis 1000 mm an Rohrdimension im TestPEP Projekt: DA 180 SDR 17,6 DA 225 SDR 11 DA 355 SDR 11 DA 450 SDR 17,6 DA 710 SDR 17,6 Wanddicken von ca. 10 bis 40 mm Prüfvorrichtung soll für Durchmesser von 90 bis 1000 mm geeignet sein

8 Auswertung der Befragung Schweißverfahrenen: 83% gaben Stumpfund Heizwendelschweißungen an Beide Schweißverfahren werden im TestPEP Projekt untersucht

9 Projektspezifikation Auszuführende Schweißverbindungen Polyethylen PE80 PE100 5 Rohrdimensionen 180 mm SDR 17,6 225 mm SDR mm SDR mm SDR 17,6 710 mm SDR 17,6 Schweißverfahren Heizelement-Stumpfschweißen Heizwendel-Muffenschweißen Referenzschweißungen ohne Fehler / Kontamination Schweißungen mit Fehler: Kaltschweißungen Einstecktiefe (Muffen) Kontaminierte Schweißungen: Talkum (leicht, mittel, stark) Sand (leicht, mittel, stark) Aluminiumscheiben (1 8 mm) Σ 189 Schweißverbindungen

10 Präparation von Schweißfehlern Aluminiumscheiben zur Simulation von Wassertropfen, Fingerabdrücken etc. Talkum zur Simulation von Staub zu geringe Einstecktiefe des Rohres Sand

11 Prüfungen Prüfverfahren Zerstörungsfreies Verfahren (NDE) 1) Stumpfschweißungen 2) Muffenschweißungen Ultraschallprüfung 12 Mechanische Prüfungen Zugversuch an Probekörpern mit Rundkerbe 1 (EN ) Schälversuch 2 (EN ) Kohäsionsbruchprüfung 2 von PE-Elektroverbindungen Crushing Decohesion Test (ISO 13955) Zeitstandprüfungen Zugversuch 1 an Heizelement-Stumpfschweißungen (DVS ) 3 Zugversuch 2 an Muffenschweißungen (DVS Bb1) 3 Whole pipe tensile creep rupture test 12 (pren : 2012) Innendruckprüfung 12 (ISO 1167) 3) EN

12 Zeitstand-Zugprüfung Hebelarm Zeiterfassung Last Prüfmedium Prüfbecken Zeitstand-Zugproben Pumpe / Heizung

13 Probenentnahme aus Muffe DVS Bb1 Probennahme Vorprobe

14 Probenpräparation Muffe Vorprobe Rohr Heizwendel Probekörper für Zeitstand- Zugversuch Anschweißen von Rundstäben

15 Bruchversagen F Fitting Fitting Muffe Pipe Rohr Bruch in der Drahtebene* Bruch in der Fügeebene F *Heizwendelebene

16 Bruchflächen Bruch in der Heizwendelebene ( Sand, mittel ) Bruch in der Fügeebene ( Talkum, stark )

17 ZZV Stumpfschweißung Probengeometrie und Prüflasten DA-Rohr SDR Prüflast* 180 mm 17,6 ca. 500 N 225 mm 11 ca N 355 mm 11 ca N 450 mm 17,6 ca N 710 mm 17,6 ca N *σ = 3 N/mm² b/s = 1,5 Sprödbruch außerhalb der Fügeebene Ø710x40,3

18 Erste Ergebnisse Heizelement-Stumpfschweißung PE 80-Rohr DA 180 SDR 17,6 Keine Kontamination / Fehler Prüfbedingungen: Temperatur: 90 C Spannung: 3 N/mm² Medium: 2 % NM5 Standzeit [h] Geom. Mittelwert [h] Bemerkung 452,8 Brüche 547,7 452,4 außerhalb 549,0 307,6 der Fügeebene

19 Erste Ergebnisse Heizwendel-Muffenschweißung PE 80-Rohr DA 180 SDR 17,6 Keine Kontamination / Fehler Prüfbedingungen: Temperatur: 90 C Spannung: 3 N/mm² Medium: 2 % NM5 Standzeit [h] Geom. Mittelwert [h] Bemerkung 30,4 36,9 Brüche außerhalb der 37,2 33,4 Fügeebene in der Heizwendelebene der Muffe 26,6 37,4

20 Akzeptanzkriterien Entwicklung von Akzeptanzkriterien Zulässige Fehlergröße / Kontamination Einfluss auf die Langzeiteigenschaften Fehlergröße / Kontamination Fügeebene Fügeebene Drahtebene Nahtkante (Keine Kontamination / Fehler) Referenzschweißung Standzeit 33,4 h 452,4 h

21 Zusammenfassung Ziel des TestPEP Projekt ist die Entwicklung einer automatisierten Ultraschall-Prüfvorrichtung für PE Stumpf- und Heizwendelmuffen- Schweißverbindungen Die Bestimmung von zulässigen Fehlergrößen / Kontaminationen (Akzeptanzkriterien) ist die Basis zur Bewertung von Schweißverbindungen mittels Ultraschallprüftechnik Die Festlegung der Akzeptanzkriterien zur Bewertung der Langzeiteigenschaften von Schweißverbindungen erfolgt ausschließlich durch Zeitstandprüfungen

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen unter TestPEP - The research leading to these results has received funding from the European Union s Seventh Framework Programme managed by REA-Research Executive Agency ([FP7/ ]) under grant agreement no [ ]

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24 Anhang

25 Titel Entwicklung von Akzeptanzkriterien für Fehlstellen in Schweißverbindungen - TestPep Projekt - Johannes Grieser; GmbH; Roetgen

26 Inhalt TestPEP Projekt Ziele Projektspezifikation Prüfverfahren Erste Ergebnisse Zusammenfassung

27 TestPEP Projekt Workpackage 4 des TestPEP-Projektes Von der EU im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogrammes gefördertes Vorhaben für kleine und mittelständige Unternehmen Projektbeginn: 1. Februar 2010 Dauer: 3 Jahre Umfang: Ziel: Entwicklung eines automatisierten, zerstörungsfreien Verfahrens zur Prüfung von Kunststoffrohr- Schweißverbindungen durch Ultraschall

28 Präzisierung der Ziele Entwicklung eines Ultraschall-Prüfsystems für die Untersuchung von PE Stumpf- und Heizwendel- Schweißverbindungen mit Durchmessern von 90 bis 1000 mm Bestimmung der Nachweisgrenzen zur Detektierung von Schweißfehlern für die entwickelte Ultraschall- Prüftechnik Bestimmung der kritischen Fehlergröße und der kritischen Kontamination für die untersuchten Schweißverbindungen

29 Präzisierung der Ziele Entwicklung einer Fehlererkennungs- und Fehlerbeurteilungssoftware, die ein Bestanden/Nicht Bestanden -Ergebnis ausgibt ( rot/grün -Anzeige) Bau eines Prototypen Feldversuche zur Bewertung des Prototypen

30 Befragung Projektstart: Befragung der Kunststoffrohrindustrie zu den Anforderungen an ein zerstörungsfreies Prüfsystem für Schweißverbindungen von Kunststoffrohrsystemen hinsichtlich Rohrwerkstoffe und Dimensionen Art der Schweißverbindungen Fittings und Formstücke Art von Schweißfehlern (z.b. Kontamination, Kaltschweißung) Verfügbarer Arbeitsraum für ein Prüfsystem (z.b. im Graben) Kosten für Prüfsystem und Inspektion

31 Antworten 72 Antworten aus insgesamt 10 Ländern (71 Antworten davon aus Europa) von Rohstoffherstellern Rohrherstellern Anbietern von Schweißausrüstung Schweißinstituten und Ausbildungsstätten Versorgern und Netzbetreibern

32 Auswertung der Befragung Rohrwerkstoffe: 82% gaben PE als wichtigsten Rohrwerkstoff an Deshalb wird ausschließlich PE im TestPEP Projekt untersucht PE80 PE100

33 Auswertung der Befragung Rohrdurchmesser: 72% gaben Rohrdurchmesser von 110 bis 1000 mm an Rohrdimension im TestPEP Projekt: DA 180 SDR 17,6 DA 225 SDR 11 DA 355 SDR 11 DA 450 SDR 17,6 DA 710 SDR 17,6 Wanddicken von ca. 10 bis 40 mm Prüfvorrichtung soll für Durchmesser von 90 bis 1000 mm geeignet sein

34 Auswertung der Befragung Schweißverfahrenen: 83% gaben Stumpfund Heizwendelschweißungen an Beide Schweißverfahren werden im TestPEP Projekt untersucht

35 Auswertung der Befragung Fittings: Verbinden der Rohre im HS-Stumpfschweißverfahren oder durch Heizwendelschweißmuffen Prüfvorrichtung soll für Reduzierungen T-Stücke Bögen geeignet sein

36 Auswertung der Befragung Mindestabstand (Arbeitsraum) um die Rohrverbindung % Antworten: % Antworten [%] Percentage of responses % % % mm 54 % 200 mm % 3 Less < 50 than 50mm mmm mmm mmm > 500mm+ mm Minimum working distance around pipe joint Abmessungen der Prüfvorrichtung

37 Auswertung der Befragung Schweißfehler / Kontamination: Schweißfehler: Kaltschweißungen Einstecktiefe (Muffen) Kontaminationen: feinkörnige Partikel Talkum ( 45 µm) grobkörnige Partikel Sand ( µm) flächige Fehler Aluminiumscheiben (D = 1 8 mm, 25 µm)

38 Präparation von Schweißfehlern Aluminiumscheiben zur Simulation von Wassertropfen, Fingerabdrücken etc. Talkum zur Simulation von Staub zu geringe Einstecktiefe des Rohres Sand

39 Projektspezifikation Auszuführende Schweißverbindungen Polyethylen PE80 PE100 5 Rohrdimensionen 180 mm SDR 17,6 225 mm SDR mm SDR mm SDR 17,6 710 mm SDR 17,6 Schweißverfahren Heizelement-Stumpfschweißen Heizwendel-Muffenschweißen Referenzschweißungen ohne Fehler / Kontamination Schweißungen mit Fehler: Kaltschweißungen Einstecktiefe (Muffen) Kontaminierte Schweißungen: Talkum (leicht, mittel, stark) Sand (leicht, mittel, stark) Aluminiumscheiben (1 8 mm) Σ 189 Schweißverbindungen

40 Prüfungen Prüfverfahren Zerstörungsfreies Verfahren (NDE) 1) Stumpfschweißungen 2) Muffenschweißungen Ultraschallprüfung 12 Mechanische Prüfungen Zugversuch an Probekörpern mit Rundkerbe 1 (EN ) Schälversuch 2 (EN ) Kohäsionsbruchprüfung 2 von PE-Elektroverbindungen Crushing Decohesion Test (ISO 13955) Zeitstandprüfungen Zugversuch 1 an Heizelement-Stumpfschweißungen (DVS ) Zugversuch 2 an Muffenschweißungen (DVS Bb1) Whole pipe tensile creep rupture test 12 (pren : 2012) Innendruckprüfung 12 (ISO 1167)

41 Zerstörungsfreies Verfahren Ultraschallprüfung von Heizwendel-Muffenschweißungen Ultraschallprüfkopf (Phased-Array) Wasserspalt Dichtung Muffe Heizwendel Rohrwand

42 Erkennung von Kaltschweißungen in E-Muffen Referenzschweißung Niedriger Wärmeeintrag

43 Zerstörungsfreies Verfahren Ultraschallprüfung von Heizelement-Stumpfschweißungen Tandem TOFD Time-of-flight diffraction Beugungslaufzeittechnik Creeping wave (Kopfwelle) Kombination verschiedener Techniken zur Detektierung senkrechter Fehlstellen

44 Ultraschallprüfung von Heizelement-Stumpfschweißungen Prototype TOFD Scan von in der Fügeebene platzierten Aluminiumscheiben

45 Schwenkvorrichtung Design der modularen Schwenkvorrichtung Muffenschweißung Stumpfschweißung

46 Gehäuse Kompaktes Gehäuse der Schutzart IP67 ( staubdicht, dicht vor eindringendem Wasser beim Eintauchen ) PC-Board mit SSD Datenspeicher (100 GB) Remote Schnittstelle für externen PC Akkulaufzeit von 6 Stunden Gewicht: 4kg Größe: 320 x 240 x 100 mm

47 Zeitstand-Zugprüfung Hebelarm Zeiterfassung Last Prüfmedium Prüfbecken Zeitstand-Zugproben Pumpe

48 Probenentnahme aus Muffe DVS Bb1 Probennahme

49 Stopfen Muffe Heizwendel Rohr

50 Probenpräparation Stopfen Probekörper für Zeitstand- Zugversuch Anschweißen von Rundstäben

51 Bruchversagen Fitting Fitting Muffe Pipe Rohr Bruch in der Drahtebene* Bruch in der Fügeebene *Heizwendelebene

52 Bruchflächen Bruch in der Heizwendelebene ( Sand, mittel ) Bruch in der Fügeebene ( Talkum, stark )

53 ZZV Stumpfschweißung Probengeometrie und Prüflasten DA-Rohr SDR Prüflast* 180 mm 17,6 ca. 500 N 225 mm 11 ca N 355 mm 11 ca N 450 mm 17,6 ca N 710 mm 17,6 ca N *σ = 3 N/mm² b/s = 1,5 Sprödbruch außerhalb der Fügeebene

54 Erste Ergebnisse Heizelement-Stumpfschweißung PE 80-Rohr DA 180 SDR 17,6 Keine Kontamination / Fehler Prüfbedingungen: Temperatur: 90 C Spannung: 3 N/mm² Medium: 2 % NM5 Standzeit [h] Geom. Mittelwert [h] Bemerkung 452,8 Brüche 547,7 452,4 außerhalb 549,0 307,6 der Fügeebene

55 Erste Ergebnisse Heizwendel-Muffenschweißung PE 80-Rohr DA 180 SDR 17,6 Keine Kontamination / Fehler Prüfbedingungen: Temperatur: 90 C Spannung: 3 N/mm² Medium: 2 % NM5 Standzeit [h] Geom. Mittelwert [h] Bemerkung 30,4 36,9 Brüche außerhalb der 37,2 33,4 Fügeebene in der Heizwendelebene der Muffe 26,6 37,4

56 Akzeptanzkriterien Entwicklung von Akzeptanzkriterien Zulässige Fehlergröße / Kontamination Einfluss auf die Langzeiteigenschaften Fehlergröße / Kontamination Fügeebene Nahtkante, Drahtebene (Keine Kontamination / Fehler) Referenzschweißung Standzeit (log) 33,4 h 452,4 h

57 Zusammenfassung Ziel des TestPEP Projekt ist die Entwicklung einer automatisierten Ultraschall-Prüfvorrichtung für PE Stumpf- und Heizwendelmuffen- Schweißverbindungen Die Bestimmung von zulässigen Fehlergrößen / Kontaminationen (Akzeptanzkriterien) ist die Basis zur Bewertung von Schweißverbindungen mittels Ultraschallprüftechnik Die Festlegung der Akzeptanzkriterien zur Bewertung der Langzeiteigenschaften von Schweißverbindungen erfolgt ausschließlich durch Zeitstandprüfungen

58 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen unter TestPEP - The research leading to these results has received funding from the European Union s Seventh Framework Programme managed by REA-Research Executive Agency ([FP7/ ]) under grant agreement no [ ]

59 Anhang

60 TestPEP Konsortium: Zusammenschluss von Firmen und Verbänden aus 7 europäischen Ländern, u.a. 5 Industrieverbände 4 Hersteller / Produzenten 2 Versorger 4 Forschungsstätten

61 Industrieverbände: EWF (Portugal) European Federation for Welding, Joining and Cutting AEND (Spanien) Asociacion espaňola de ensayos no destructivos AIPnD (Italien) Associazione Italiana Prove non Distruttive PIG (GB) Pipeline Industry Guild SMART Group (GB) Surface Mount and Related Technologies Pipeline Industries Guild

62 Hersteller/Produzenten: Vermon (Frankreich) Ultraschall-Sondenköpfe Isotest Engineering (Italien) Ausrüstung für zerstörungsfreie Prüfungen (Ultraschall, Röntgen) M2M (Frankreich) Ausrüstung für zerstörungsfreie Prüfungen (Ultraschall) Plasflow (GB) Schweißverbindungen, Fittings, Kunststoffbauteile

63 Versorger: E.ON Ruhrgas (Deutschland) International tätige Gasgesellschaft / Versorger British Energy (GB) Electricité de France - EDF Strom- und Gasversorger

64 Forschungsstätten: TWI (UK) Britisches Schweißinstitut - Projektkoordinierung Kaunas University of Technology (Litauen) EDF Ultraschallanwendungen, Signalverarbeitung Consorzio Catania Ricerche (Italien) Oberflächenanalyse nicht metallischer Werksstoffe (Deutschland) Zeitstandprüfungen