Institut für Materialprüfung. Werkstoff- und Schadenuntersuchungen

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1 Institut für Materialprüfung Werkstoff- und Schadenuntersuchungen 1

2 Aufgabengebiet -Werkstoffuntersuchung im Labor und auf der Baustelle -Verfahrens-, Arbeits- und Schweißerprüfungen -Lebensdaueruntersuchungen -Schadensuntersuchungen -Bauteilversuche -Beratung zu und Durchführung von zerstörungsfreien Prüfungen -Übernahme von Prüfaufsichtstätigkeiten 2

3 Ressourcen, Anerkennungen 2 Institute Hamburg 19 Ma Hannover 11 Ma 2 Gruppen ZfP Hamburg 9 Ma Hannover 9 Ma Bodenradar Hamburg 2 Ma - breit gefächertes Qualifikationsprofil der Mitarbeiter - Spezialisierung auf bestimmte Aufgabenbereiche (z.b. Korrosion) - Personalqualifikation ZfP nach DIN EN 473 in allen Verfahren Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC TÜV CERT - Zertifizierungsstelle für ZfP Personal Anerkennung als unabhängige Prüfstelle nach Art. 13 DGRL 3

4 zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Oberflächenprüfung Farbeindringmethode Magnetpulverprüfung Durchstrahlungsprüfung stationär / mobil Ultraschallprüfung Bodenradarmessung (HH) 4

5 Standortsicherung durch Georadar / Bodenradar Erkundung des Bauuntergrundes für z.b. -Neubauvorhaben -zur Leitungsortung -zur Blindgängerortung -Feststellung von Veränderungen im Bodenbereich (z.b. Grundwasserabsenkung) 5

6 mechanisch-technologische Prüfungen Zug- und Warmzugversuch - Prüfkraft von 1 kn bis 1000 kn - Prüftemperatur von C bis C Biegeversuch - Prüfkraft von 1kN bis 400 kn 6

7 mechanisch-technologische Prüfungen Kerbschlagbiegeversuche - Arbeitsvermögen 150 J und 300 J - Prüftemperatur von C bis 750 C - instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch Härteprüfung Brinell, Vickers, Rockwell, Shore 7

8 metallographische Untersuchungen Untersuchungen bei höherer Vergrößerung - Stereolichtmikroskop bis V = 5 : 1 bzw. 30 : 1 - Lichtmikroskopie bis V = 1000:1 - Rasterelektronenmikroskopie bis ca. V = :1 Digitale Bildverarbeitung Lichtmikroskopische Aufnahme einer Schweißverbindung mit: Härteverlauf Härteprüfung im Labor: Vickershärteprüfung HV 0,3 bis HV 30 (teilautomatisiert) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Oberfläche 8

9 metallographische Untersuchungen Metallanalyse Stationäres optisches Emmisionsspektrometer für Fe-, Cu-, Ni-, und Al-Basislegierungen Brennfleck ca. 3-5 mm Durchmesser Mobiles optisches Emmisionsspektrometer (Belec) für Fe- und Ni-Basislegierungen (kein P, S) Röntgenflureszenzverfahren ( ab Element 21) 9

10 Sonstige Untersuchungen Druck- und Berstversuche - P max = 4000 bar - Prüftemperatur bis C Dichtheitsprüfungen - He-Lecktest (stationär und mobil) - Druckabfallmethode - Bubbletest 10

11 Sonstige Untersuchungen Experimentelle Spannungsanalyse (DMS-Messung an Schweißnähten) Korrosionsuntersuchungen z.b. Elektrochemische Messungen IK-Test Stromdichte-Potentialkurven Impedanzspektroskopische Messungen (Messzelle zur Ermittlung von Stromdichte- Potentialkurven nach ASTM G 61) 11

12 Lebensdaueruntersuchungen Baustellenmetallograhie (Gefügeabdrücke) Geometrische Messungen Härteprüfung (mobil) Mobile Werkstoffanaysen OES und Röntgenfureszensverfahren 12

13 Hintergrund: TRD 508 Zusätzliche Prüfungen an Bauteilen, berechnet mit zeitabhängigen Festigkeitskennwerten Auszug: 2.2 Vorzusehende Maßnahmen bei hochbeanspruchten Bauteilen: - u.a. Messungen zur Feststellung der Geometrie, z.b. Wanddicken- und Unrundheitsmessungen - Messungen zur Feststellung der bleibenden Dehnung, - Oberflächengefügeuntersuchungen - Rechnerische Verfolgung der Erschöpfung Maßnahmen nach Erreichen der Gesamterschöpfung - (1) Prüfung der betroffenen Bauteile auf Zeitstandschädigung und auf Schädigung durch Lastwechselbeanspruchung 13

14 Merkmale des fortschreitenden Kriechprozesses VdTÜV Merkblatt Dampfkessel /6 Klasse 0: Gefügezustand ohne thermisch bedingte Gefügeveränderungen. Klasse 1: Gefüge zeitstandbeanspruchter Bauteile ohne Mikroporen. Klasse 2: Gefüge nach fortgeschrittener Zeitstandbeanspruchung mit vereinzelten Mikroporen. Im Falle der Bewertung in den Klassen 1 und 2 werden üblicherweise keine weiteren Maßnahmen ergriffen Klasse 3: Gefüge mit Anzeichen beginnender Zeitstandschädigung in Form von Mikroporenketten. (d.h. ein Weiterbetrieb ist in der Regel mit verkürzten Prüfintervallen möglich) Klasse 4: Gefüge mit fortgeschrittener Zeitstandschädigung in Form von Mikrorissen mit gegenüber der Gefügeklasse 3 verstärktem Verdacht auf Schädigung im Sinne der TRD 508, Abschn (Je nach Schädigungsbild ist nur noch ein Übergangsbetrieb bis zur Reparatur möglich) Klasse 5: Gefügeschädigungen in Form von Makrorissen (mit einer Länge von mehreren Millimetern). Die Risse können durch eine Prüfung mit magnetischem Streuflußverfahren zweifelsfrei nachgewiesen werden. Sie können eine unmittelbare Gefährdung für das Bauteil im Sinne der TRD 508, Abschn. 5 darstellen. (Ein Weiterbetrieb ist daher in der Regel nicht möglich) 14

15 Schematische Darstellung des Kriechverhaltens Schematische Darstellung des Kriechverhaltens (Dehnrate in Abhängigkeit von der Zeit) mit schematisierten Gefügebildern der einzelnen Gefügeklassen (Quelle : Ergänzungsband zum Hochschulpraktikum Schadensanalyse, Ingenieurdienst f. sichere Technik GmbH Verlagswesen) 15

16 Lebensdaueruntersuchungen Fotodokumentation mit Lage der Prüfstellen 16

17 Lebensdaueruntersuchungen Präparation der Prüfstelle 17

18 Lebensdaueruntersuchungen Präparation der Prüfstelle ( Aufbringen der Folie) 18

19 Lebensdaueruntersuchungen Präparation des Oberflächengefügeabdruckes 19

20 Lebensdaueruntersuchungen Ergebnisse der metallographischen Oberflächengefügeuntersuchungen Bauteil : HD-Leitung Prüfstelle :01 (Pos.2) HD-Austrittflasche an Stutzen Werkstoff :10 CrMo 9 10 Betriebsbedingungen*:530 C, 136 bar, h Bild (fig.) 1 :Lichtmikroskopische Aufnahme der Wärmeeinflußzone - HD-Austrittflasche Gefügeklasse : 3b (nach VdTÜV-Merkblatt /6 und VGB-Richtlinie TW 507) 20

21 Lebensdaueruntersuchungen (Geometrische Messungen) Bauteil : Werkstoff : 13 CrMo 4 4 Abmessung : ä mm Biegeradius R m : 229 mm Betriebsdruck : 80 bar Betriebstemperatur : 500 C Betriebstunden : ca h FD-Leitung RA10 Bogen vor Hänger U6 Strömungsrichtung Biegedruckseite Messebene 1 Messebene 2 Biegezugseite Messenene 3 Messebene 4 Messebene 5 s 3 s 2 s 4 d 2 d 1 s 1 Durchmesser Unrundheit Wanddicke max. Erschöpfung Messebene u = 100 Umfang U nach FDBRd 1 d 2 2 ( d0max d0min) s 1 (9 ) s1 s 2 (12 ) s2 s 3 (3 ) s3 s 4 (6 ) s 4 Berechnungsmodel * [mm] [mm] [mm] d0max + d0min [mm] [%] [mm] [%] [mm] [%] [mm] [%] [%] 1 535,0 169,0 168,9 0,1% 15,0 7,1% 13,9-0,7% 15,1 7,9% 14,3 2,1% 19, ,0 169,0 169,3 0,2% 14,8 5,7% 15,0 7,1% 15,3 9,3% 14,5 3,6% 9, ,0 169,9 169,5 0,2% 14,9 6,4% 15,4 10,0% 15,6 11,4% 14,2 1,4% 8, ,8 170,0 169,4 0,4% 15,6 11,4% 15,4 10,0% 15,3 9,3% 14,9 6,4% 7, ,3 170,1 169,0 0,6% 15,7 12,1% 15,1 7,9% 15,6 11,4% 14,2 1,4% 14,0 21

22 Lebensdaueruntersuchungen (ambulante Härteprüfung) Härtewerte HV TIV 5 Mittelwert HV TIV 5 Grundwerkstoff W E Z S c hw e iß g u t W E Z EsK Eintritt alt Wärmeeinflußzone EsK Eintritt alt S ch m e lzlinie Bauteil : HD Einspritzkühler 2 linke Kesselseite (Prüfstelle 11) Naht : EsK Eintritt alt an EsK Rohr neu Werkstoff : 13 CrMo 4 4 Schweißgut

23 Schadensuntersuchungen Probenentnahmeplan - Zugprobe - Kerbschlagbiegeprobe - Bruchflächen - Schliffproben 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! Printmedien - Prospekt IfM - Flyer IfM Führung durch das IfM 24