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CheMin 1 Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 1 Einfluss von Wärmestromdichte und Eigenschaften des Schweißguts auf die Abzehrung von Schweißungen Thomas Herzog Dominik Molitor Wolfgang Spiegel www.chemin.de Einfluss von Wärmestromdichte und Eigenschaften des Schweißguts auf die Abzehrung von Schweißungen Thomas Herzog Dominik Molitor Wolfgang Spiegel www.chemin.de

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 1

Einfluss von Wärmestromdichte und Eigenschaften des Schweißguts

auf die Abzehrung von Schweißungen

Thomas Herzog

Dominik Molitor

Wolfgang Spiegel

www.chemin.de

Einfluss von Wärmestromdichte und Eigenschaften des Schweißguts

auf die Abzehrung von Schweißungen

Thomas Herzog

Dominik Molitor

Wolfgang Spiegel

www.chemin.de

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2Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 2

Korrosion und Korrosionsschutz durch Auftragsschweißung

VerdampferRohrwand

ÜberhitzerEinzelrohre

Meist Alloy 625,auch 686,

Tests mit 50, 59, 72, 82, 622, 690,

Nimo T u.v.m.

Meist Alloy 625,zunehmend 686,Tests mit oben

genannten

Auftragschweißung: MIG-, MAG- oder CMT-Verfahren

Korrosion Korrosionsschutz

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3Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 3

Korrosion des Korrosionsschutzes

Salze wandern in die Überlappungenund lösen Korrosion aus;

„Stoffstrom“

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4Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 4

Korrosion des Korrosionsschutzes

Korrosion entlang der Überlappungbei spiralförmiger Rundnaht und bei Fallnahtschweißung in der Wärmeeinflusszone

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5Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 5

Aufmischung des Grundwerkstoffs in Nickelbasislegierungen

GW 16Mo3 (1.5415) k.A. 0,12-

0,20 ≤0,35 0,40-0,90 ≤0,025 ≤0,040 k.A. ≤0,30 ≤0,30 Bal 0,25-

0,35 - ≤0,30 - k.A. k.A. S≤0,020

Grundwerkstoff (Grenzwerte der DIN10216-2):

k.A.: keine AngabeBal: Rest-: nicht vorgesehen

Alloy 625 von verschiedenen Herstellern/ Lieferanten (Analysen):

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6Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 6

http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0306/fig3.gif

Hauptphase(γ-Phase)

dendritischNebenphasenfüllen den interdendritischen Raum

Dendriten freigeätzt,Foto mit REM

Schliffbild,Foto mit REM

ca. 10 µm

SchmelzeSchmelze Kristallisation der Phasen (Schmelze/ Fest)Kristallisation der Phasen (Schmelze/ Fest) FestFest

TypischesAlloy 625

0,03 Si0,009 C

TypischesAlloy 625

0,03 Si0,009 C

Modifiz.Alloy 625

0,03 Si0,038 C

Modifiz.Alloy 625

0,03 Si0,038 C

Modifiz. Alloy 6250,038 Si0,008 C

Modifiz. Alloy 6250,038 Si0,008 C

γNbC

Laves

γNbC

Laves

γNbCγ

NbC

γNbCM6CLaves

γNbCM6CLaves

Entmischung bei der Erstarrung: Phasenbildung durch Aufmischung Si und C

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7Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 7

Dendriten

NickelEisen

Chrom

Dendriten

NickelEisen

Chrom

Entmischung bei der Erstarrung: Generelle Tendenzen der Elemente

Interdendriten

KohlenstoffStickstoffSiliziumMolybdänNiob

Interdendriten

KohlenstoffStickstoffSiliziumMolybdänNiob

50 µm

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8Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 8

Schweißfolge A Schweißfolge B

Legierung Si Mn Cr Mo Ni Co Nb Ti Al Cu Fe Sonstige

Analyse Oberfläche A 0,1 0,0 18,7 8,4 54,6 --- 3,6 0,2 0,5 0,1 13,5 W 0,3

Analyse Oberfläche B 0,1 0,1 20,2 8,6 60,5 --- 3,8 0,1 1,7 0,1 4,6 W 0,3Alloy 625WNr. 2.4831 ≤0,50 ≤0,50 20,0-23,0 8,00-10,0 ≤60,0 3,00-

4,5087) ≤0,40 ≤0,40 ≤0,50 ≤5,00 ≤0,50

Korrosionsphänomene A:

Allgemeine Abzehrung,

geringe Muldenkorrosion,

keine selektive Korrosion entlang der Überlappung

Korrosionsphänomene B:

Allgemeine Abzehrung,

mehr Muldenkorrosion als bei A,

selektive Korrosion entlang der Überlappung

Einfluss der Eisen-Aufmischung << Einfluss der Gefügestruktur

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9Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 9

Diffusion durch Wärmeeinbringung, Wärmeeinflusszone

Wärmeeinflusszonen:• in der Pendelung• unter dem Rand der Raupe...und Topografie der Oberfläche

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 10

http://satgeo.zum.de/satgeo/quicklooks/kueste_06.htm

Wärmestrom kann man mit einem Flusslauf vergleichen…

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 11

Feuerfest

Membran-wand

R1R2

R2 > R1

Übertragen auf den Wärmestrom im Kessel…

hoch

niedrig

q.

WD WD: Wasser-Dampf-Temperatur

RG RG: Rauchgas-Temperatur

. qÜ: übertragene Wärmestrom-dichte (q = )

... Q A

R: Wärmewiderstand

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 12

Wärmestromdichteverteilung in unverschmutzten, gecladdeten VD-Rohren

a) Grundwerkstoff: ideal 5 mmCladding: 1,5 bis 3 mm

b) Grundwerkstoff: ideal 5 mmCladding: ideal 2 mm

Cladding

Stahl

Werkstoffgrenze

q [kW/m²].

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 13

Raupe unter der überlappenden Raupe:...immer eine Wärmeeinflusszone...beim einlagigen Cladding mit Überlappung <50% ist sie artfremd geschweißt (weiß auf schwarz)

Wärmestrom leitet den Stoffstrom:...mit der Wärme werden flüchtige Salze

(mit höheren Dampfdrücken) zu den Überlappungen gelenkt

Verdampferwand - Korrosion und Wärmestrom

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 14

Korrosion der Rohrflanken,die „zum Feuer schauen“.

Bsp.: Alloy 625, zweilagiges WerkscladdingEisengehalt < 5%, 300°C VD-Temperatur

Ehemalige

AbgezehrteRohroberfläche

Verdampferwand - Korrosion und Wärmestrom

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 15

Überhitzerrohr - Korrosion und Wärmestrom

Ort verstärkter Korrosionversetzt zur Anströmposition…

Belag

ÜH-Rohr

…an der Position des erhöhten Wärmeflusses

hoch

niedrig

q.

Bsp.: Spiralförmig gecladdetes Rohr (Alloy 686), Eisengehalt < 5%, 400°C ÜH-Temperatur

RG-Strömung

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 16

WEZ

WEZ

Schweißverbindungen – Wärmestrom und Korrosion

WEZ

Schweiß-naht

hoch

niedrig

q.

Vorauseilende Korrosion der Wärmeeinflusszone (WEZ)

WEZ

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 17

Zusammenfassung

Stoffstrom Wärmestrom Materialeigenschaften

...bei ungünstiger Kombination: Korrosion

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1Kraftwerktechnisches Kolloquium Dresden, 18.-19.10.2011 18

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit…