Ralf Mohrmann, IWM Freiburg
In konventionellen Kraftwerken werden durch die Erhöhung der Dampfparameter (Druck, Temperatur) der Wirkungsgrad gesteigert und die Kohlendioxidemission reduziert. Die erhöhten Temperaturen beschleunigen die Zunderbildung (Oxidation). Deshalb werden für die Wärmetauscherrohre (Heizfläche) austenitische Werkstoffe verwendet. Die restlichen Anlagenteile werden wie bisher aus martenitischen Werkstoffen hergestellt. Die Übergänge werden mit Schweißverbindungen realisiert.
Das Projektziel ist die Qualifizierung einer geeigneten Schweißverbindung.
Das Betriebsverhalten von geschweißten Verbindungen zwischen martensitischen und austenitischen Rohren sollte sowohl experimentell als auch numerisch simuliert werden. Die starken Unterschiede in der thermischen Ausdehnung der verwendeten Werkstoffe ist die Ursache für hohe Beanspruchungen im Bereich dieser Verbindungen.
Die Schweißverbindungen werden mit der Finiten-Element-Methode simuliert. Die folgende Abbildung zeigt eine Nahtgeometrie.
Die zeitliche Entwicklung der Beanspruchung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Ein Zwischenergebnis nach 10 betriebsähnlichen Zyklen:
Die numerische Simulation ermöglicht die Auswahl eines geeigneten Schweißverfahrens und die Optimierung der gewählten Schweißnahtgeometrie. Die numerische Simulation wird mit experimentellen Ergebnissen verifiziert.