Technischer Stand beim Schweißplattieren

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– Verfügbarkeitssteigerung – das Ziel der Korrosionsschutzmethodik –

Arne Manzke

1. Historische Entwicklung des Schweißplattierens (Cladding) ...303

2. Verfahrensbeschreibung Cladding ...303

2.1. Voraussetzungen für eine optimale Schweißplattieroberfläche ...304

2.2. Qualitätssicherungsmaßnahmen ...305

2.3. Einfluss von Schweißdraht, Schutzgas und Schweißposition ...306

2.4. Der Lagenaufbau ...308

2.4.1. Einlagiges Schweißplattieren ...308

2.4.2. Einlagig/Zweilagiges Schweißplattieren ...309

2.4.3. Zweilagiges Schweißplattieren ...309

3. Innovationen in der Schweißtechnik - CMT ...310

3.1. Entwicklung der CMT-Technik ...310

3.2. Verfahrensbeschreibung der CMT-Schweißtechnik ...311

3.3. Der CMT-Prozess im Vergleich ...312

3.4. Anwendung der CMT-Technik für das Schweißplattieren ...312

4. Schweißplattierung mit Schichtdicke 1 mm - eine Alternative zum Flammspritzen? - ...313

4.1. Flammspritzen ...313

4.2. Cladding mit 1 mm Schichtdicke ...314

5. Konstruktive Ausführungen, neuester Stand ...315

5.1. Konstruktive Ausführung von Ausbiegungen ...315

5.2. Konstruktive Ausführung von Abdichtungen in plattierten Bereichen ...317

6. Zusammenbauvarianten von plattierten Bauteilen ...318

7. Fachgemäße Behandlung von plattierten Bauteilen ...321

8. Neue Erkenntnisse - neue Anforderungen - geänderte optimierte Ausführung der Schutzschicht im Herbst 2013 ...322

Korrosion | Werkstoffe

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9. Cladding 2.0 ...324

10. Verfügbarkeitssteigerung ...325

11. Zusammenfassung ...326

12. Literatur ...328 Die energetische Verwertung von Abfällen in MVA, Bio- und Ersatzbrennstoffanlagen führt bekanntermaßen zu Korrosionsphänomen an den üblicherweise verwendeten Materialgüten wie z.B. 16Mo3, P265GH, 13CrMo45, usw. Besonders bei hoher Werk- stofftemperatur führen die im Abgas freigesetzten Elemente Chlor und Schwefel zu extremen Abzehrungen durch Hochtemperatur-Chlorkorrosion und Salzschmelzen- korrosion. Die Begrenzung der Abgastemperaturen, sowie Abgaszusammensetzung und die Betriebsweise können dazu beitragen Korrosionsmechanismen zu minimieren.

Dies schließt jedoch die Erhöhung des Wirkungsgrades und somit die Steigerung der Stromproduktion aus und bietet nicht wirklich eine deutliche Schadensminderung.

Daher ist es unerlässlich werkstoffseitige Vorkehrungen zu treffen. Neben anderen Maßnahmen hat sich das Schweißplattieren (Cladding) herausgestellt – bietet doch dieses Verfahren die Möglichkeit die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, um gleichzeitig die Vorteile (Festigkeit, Schweißbarkeit, Verformbarkeit, Preis) der üblichen Stahlmaterialien zu nutzen. In den nachfolgenden Kapiteln werden die einzelnen Schweißplattierverfahren sowie konstruktive Möglichkeiten beschrieben und die einzelnen Vor- und Nachteile erläutert.

Aufgrund vielfältiger Korrosionsschadensanalysen der letzten Jahre sind neue Er- kenntnisse bezüglich der Einflussgrößen auf die Lebensdauer von Schutzschichten gewonnen worden. Die daraus konsequent abgeleiteten neuen Anforderungen sind bereits veröffentlicht worden. [3, 4]

Folglich ist eine Anpassung der Schutzschicht an die neuen Anforderungen zwingend notwendig, dieser Prozess wird kontinuierlich vorangetrieben.

Eine Kombination aus kostengünstigen, individuell auf die Anlage abgestimmten Korrosionsschutzmodellen bietet neue Möglichkeiten, um eine kostengünstige, aber trotzdem qualitativ hochwertige und korrosionsbeständige Lösung zu generieren.

In der jüngsten Vergangenheit rückte die Steigerung der Verfügbarkeit insbesondere in den Kesselanlagen der energetischen Verwertung mehr und mehr in den Fokus.

Die Verfügbarkeitssteigerung ist häufig vor allem im Rahmen von Revisionen an Bestandskesseln ein priorisiertes Ziel. Hintergrund ist die wirtschaftliche Beurteilung eines Standortes/einer Kesselanlage im Vergleich zu anderen (moderneren) Anlagen.

Die Schweißplattierung mit Nickelbasiswerkstoffen stellt als ausgereifte Technologie ihre Eignung als geeignetes Instrument zur Verfügbarkeitssteigerung in Kesseln einmal mehr unter Beweis.

Dieser Thematik ist Punkt 10 gesondert gewidmet.

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1. Historische Entwicklung des Schweißplattierens (Cladding)

Die Problematik der Korrosion und der Erosion in Abfallverbrennungsanlangen besteht schon seitdem Abfallverbrennungsanlagen gebaut und betrieben werden.

Vor Einführung der Abfalltrennung sowie den verschärften Bedingungen der 17. BImSchV konnten die eingesetzten Werkstoffe für Heizflächen (St35.8, 16Mo3, 13CrMo45, und 10CrMo9 10) unter Berücksichtigung von Korrosionszuschlägen die geforderten Standzeiten erfüllen.

Der erhöhte Kunststoffanteil im Abfall und der damit verbundene Anstieg des Heizwertes, sowie das in der 17. BImSchV geforderte höhere Temperaturniveau haben dazu geführt, dass an korrosionsexponierten Stellen der Abfallverbrennungsanlagen die ursprünglichen Werkstoffe (St35.8, 16Mo3, 13CrMo45, und 10CrMo9 10) den geforderten Standzeiten nicht mehr genügen konnten. Die kürzeren Standzeiten hatten einen erheblichen Sanie- rungsaufwand zur Folge. Dies betraf sowohl Alt- als auch Neuanlagen.

In den USA begegnete man dieser Problematik bereits in den siebziger Jahren mit der Schweißplattierung von korrosionsbeanspruchten Bereichen mit dem Werkstoff 2.4831 – auch unter der Verkaufsbezeichnung Thermanit 625 bekannt. Dieses Verfahren in Verbindung mit dem Schweißzusatzwerkstoff hatte sich dort bestens bewährt, obwohl Informationen über Abfallzusammensetzung, Heizwert und sonstigen Beanspruchungs- kriterien nicht vorlagen.

Erste Versuche, mittels Auftragsschweißung Heizflächen vor Korrosion zu schützen, wurden in Deutschland 1993 unternommen. In der Abfallverbrennungsanlage Burgkirchen wurde ein Testfeld einer Schweißplattierung mit Thermanit 625 (1 m²) im Verdampfer oberhalb der Bestampfung installiert. Nach 8.000 Betriebsstunden konnte keine Korrosion (Abzehrung) festgestellt werden. Der Beweis war erbracht, dass durch Auftragsschweißung die Korrosion wieder beherrschbar ist.

Versuchsfelder im Überhitzerbereich in den Abfallverbrennungsanlagen Mannheim, Ludwigshafen, Frankfurt und der AVR Rotterdam haben gleiche Ergebnisse erzielt. [13]

Die großen Erfolge hatten zur Folge, dass bestehende Anlagen Mitte der neunziger Jahre im Reparaturfall schweißplattierte Heizflächen einsetzten. Anfang der Jahrtausendwende wurde bereits bei der Planung von Neuanlagen Schweißplattierung als Präventivmaßnahme gegen Korrosion eingesetzt. Das Verhältnis von schweißplattierten Flächen für Neubauten zu schweißplattierten Flächen für bestehende Anlagen beträgt etwa 80/20.

2. Verfahrensbeschreibung Cladding

Die englische Bezeichnung Cladding bedeutet im Ursprung Umhüllung und beschreibt in der internationalen Fachwelt das Auftragsschweißen von Sekundärmaterialen auf Basismaterialien wie z.B. Kesselrohre der Güten P235 GH, 16Mo3, 13CrMo45 oder 10CrMo45. Die Schweißplattierung wird mit dem MIG/MAG-Schweißverfahren mit automatischer, halbautomatischer oder manueller Brennerführung ausgeführt.

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Als Schweißanlagen werden MAG-Schweißgleichrichter mit Programmsteuerung und Pulseinrichtung verwendet. Beim Cladding von R-S-R Wänden werden die Schweißbrenner per Automat geführt (Pendelautomat). Die Schweißplattierung von Einzelrohren erfolgt an Drehbankmaschinen.

Zunehmend haben sich CMT (Cold Metal Transfer) Schweißmaschinen etabliert. Die Vorteile werden in einem späteren Kapitel beschrieben. Als Schweißzusatz hat sich der Zusatzwerkstoff 2.4831, auch unter der Verkaufsbezeichnung Thermanit 625 oder Inconel 625 bekannt, etabliert. Richtwerte: C < 0,03 %, Mo 9 %, Nb 3,5 %, Cr 22 %, Fe < 1 % und Ni (Rest). Weitere Schweißzusatzwerkstoffe wie 686 oder 622 finden ebenfalls ihre Anwendung.

Als Schutzgas wird ein 4 Komponentengas verwendet wie beispielsweise Cronigon Ni10, früher unter der Bezeichnung Cronigon He 30 S bekannt. (He 30 %, H₂ 2 %, CO₂ 0,055 %, und Ar (Rest)).

Die Schweißplattierung erfolgt in den Schweißpositionen PG (vertikal fallend) über- wiegend beim Plattieren von R-S-R Wänden, PE (überkopf) z.B. Nachplattieren auf der Baustelle, PC (horizontal) plattieren von Rohren oder auch Wänden. Die Schichtdicke der Schweißplattierung beträgt in der Regel 2,0 mm. Hochwertige Plattieroberflächen weisen einen maximalen Eisenanteil von 3 % auf.

2.1. Voraussetzungen für eine optimale Schweißplattieroberfläche

Eine optimale, qualitativ hochwertige Schweißplattieroberfläche wird durch folgende Maßnahmen erreicht:

• Zweifache Strahlreinigung der Flächen:

Erster Strahlvorgang nach DIN 25410 mit einer Sauberkeitsstufe von Sa 2,5 und einer Rauhtiefe von 40 bis 65 µm.

Zweiter Strahlvorgang mit Glasgranulat um eine Rauhtiefe von 35 µm zu erreichen.

Hinsichtlich Fe-Anteil, Schweißspritzern und gleichmäßiger Schichtdicken ist das Schleifen der Rohroberfläche, sowohl bei Einzelrohren als auch bei Membranwän- den anzustreben. Dieses Verfahren wird bei der Uhlig Rohrbogen GmbH bereits angewendet.

Temperatur Cr Mo Ni Fe

~ 20 °C 21 – 21,6 9,7 – 10,2 62,6 – 65 0,1 – 2,1 40 – 60 °C 20,2 – 21,1 9,4 – 10,1 60,4 – 62,9 3,1 – 3,3 100 °C 18,0 – 20,5 9,0 – 9,8 58,0 – 62,7 4,4 – 16,4 Quelle: Spiegel, M.: Werkstoffe für das Auftragsschweißen für den Korrosions- schutz bei Hochtemperatur-Korrosionsbeanspruchung. 8. Dresdner Korrosions- schutztage, 24.-25. Oktober 2007

Tabelle 1: Einfluss der Kühlwassertemperatur auf die Aufmischung

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• Die Wanddicke des Bauteils muss mindestens ≥ 2,5 mm sein, Bereiche mit einer Wanddicke < 2,5 mm sind nicht zugelassen, falls dies im Auftrag nicht abweichend spezifiziert wurde.

• Nach dem Strahlen und dem Entfernen des Feinstaubes auf der Oberfläche muss gegen die Flugrostbildung ein überschweißbarer Korrosionsschutzlack auf die Rohroberfläche aufgebracht werden.

• Bei der Automatenschweißung sind die Kesselrohre innen mit zirkulierendem Was- ser zu kühlen. Die Wassertemperatur darf 30 °C nicht überschreiten. Die Kühlwas- sertemperatur hat direkten Einfluss auf die Eisenaufmischung der Schweißplat- tieroberfläche (siehe Tabelle 1)

Bei der Handschweißung kann mit oder ohne (nur bei geringfügigen Ausbesse- rungsarbeiten) Wasserkühlung geschweißt werden. Hierbei sind die Verfahrens- prüfung und der Schweißfolgeplan zu beachten.

• Im Vorfeld wird eine Teilungsvorgabe (z.B. Überteilung 80,6 mm statt 80 mm) für das Projekt benannt, um Schrumpfungen infolge der Schweißplattierung zu berücksichtigen. Der Vorteil ist eine exakte Passgenauigkeit der Teilung der Wände nach der Schweißplattierung.

• Der Schweißzusatzwerkstoff Thermanit 625 wird nur mit Analyseneinschränkung beim Hersteller bestellt, d.h. Fe-Gehalt < 0,2 %, Minimierung Si und N-Gehalt, Maximierung Cr, Ni, Mo-Gehalt.

Bild 1: Kaltrichtverfahren von plattierten Paneelwänden

• Paneelwände werden komplett zweilagig schweißplattiert.

In der ersten Lage wird ein Fe-Gehalt von 12 bis 15 % erreicht, bei einer Schichtdicke von 0,9 mm.

Mit der zweiten Lage wird ein Fe- Gehalt von 3 % und die geforderte Schichtdicke von 2 mm erreicht

• Zusätzlich wird eine Verstärkungsla- ge im kritischen Flankenbereich ge- schweißt, der besonders korrosions- exponiert ist.

• Paneelwände und Rohre sind nach der Schweißplattierung zu richten um eine akzeptabele Geradheit zu erreichen.

2.2. Qualitätssicherungsmaßnahmen

• 100 % visuelle Kontrolle der schweiß- plattierten Oberfläche. Ausbesserung kleinster Ungänzen mittels WIG Schweißverfahren

Bild 2: 100 % visuelle Kontrolle von schweißplattierten Paneelwänden

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• Kontrolle auf Risse mittels Farbeindringverfahren (100 % der Anfangs- und End- partien, 10 % der Gesamtfläche)

• Strahlreinigung der schweißplattierten Oberfläche mit Glasgranulat um ferritische Ablagerungen auf der Claddingfläche zu entfernen.

• Dokumentation von Schichtdicke und Fe-Gehalt der schweißplattierten Oberflä- che. Mindestens je zwei Messpunkte pro m² an Flanke und Scheitel des Rohres sowie auf dem Steg.

2.3. Einfluss von Schweißdraht, Schutzgas und Schweißposition

Neben den Anforderungen des Schweißzusatzwerkstoffes (SZW) an seine Korrosions-/

Erosionsbeständigkeit an sich, sind verschiedene Faktoren für die Schweißeigenschaften des Plattierwerkstoffes und somit für die Qualität der Plattieroberfläche verantwortlich.

Einflussgrößen sind Oberflächenbeschaffenheit, Drall, Vorbiegung und chemische Zusammensetzung des ausgewählten Plattierwerkstoffes.

Bei der Oberflächenbeschaffenheit unterscheidet man zwischen

• blanker Ausführung und

• matter Ausführung.

Matt gezogene Drähte haben eine höhere Festigkeit und eine größere Oberflächenrau- heit. Ziehmittelrückstände lagern sich in diesen Mikrovertiefungen ab. Dies führt zu einem besseren Förderverhalten, besonders bei langen Schlauchpaketen. Hierbei ist jedoch sicherzustellen, dass die Ziehmittelrückstände den Schweißprozess und somit das Schweißergebnis nicht negativ beeinflussen.

Bei den blank gezogenen Drähten haften die Ziehmittelrückstände durch Adhäsion am Schweißdraht. Die vollständige Entfernung der Ziehmittelrückstände ist möglich, kann jedoch zu einem schlechten Förderverhalten des Drahtes führen. [7]

Der Drall und die Vorbiegung (nicht bei Fässern) des Drahtes haben Einfluss auf den Widerstand im Düsenbereich und beeinflussen somit das Schweißergebnis. D.h. bei größerem Drall ist der Widerstand im Düsenbereich geringer, was zu einem besseren Schweißergebnis führt. Einen größeren Drall erhält man bei der Verwendung von Fässern, in denen der Plattierwerkstoff eingespult ist.

Des Weiteren kann das Schweißverhalten durch Feinabstimmung einiger Legierungsele- mente und Eingrenzung bestimmter Verunreinigungen analytisch eingestellt werden. [7]

Als Großabnehmer von Plattierwerkstoffen ist Uhlig in der Lage, Plattierwerkstoffe mit Analyseneinschränkung zu erhalten. Qualitätsfördernde Elemente werden maximiert.

Im Gegenzug werden ungünstige Element minimiert. Uhlig verarbeitet Plattierwerk- stoffe mit einem Fe-Gehalt weit unter 1 %.

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Über die Einflussmerkmale des Plattierwerkstoffes hinaus hat das Schutzgas einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Schweißplattieroberfläche. Noch vor einigen Jahren wurden Ni-Basis-Legierungen unter inerter Atmosphäre verschweißt. Als Schutzgas wurde meist Argon oder ein Argon/Helium Gemisch verwendet (MIG).

Dies hat jedoch den Nachteil eines grobschuppigen Nahtbildes, einer schlechten La- genanbindung sowie die Entstehung überhöhter Nähte.

Aktivkomponenten z.B. CO₂ (MAG) führen im Lichtbogen schnell zu Metall-Oxid- bildung und verschlechtern, insbesondere bei Ni-Basis-Legierungen, die Lagenüber- schweißbarkeit durch die Bildung von Oxidschichten. [4]

Neue Schutzgase, speziell für das Verschweißen von Ni-Basis-Legierungen, wurden entwickelt.

Die Negativeigenschaften, welche unter inerter Atmosphäre entstehen, wurden durch Beimischung einer Aktivkomponente kompensiert. Als Schutzgas hat sich das Cronigon Ni 10 bewährt und besteht aus folgenden Komponenten:

Ar + 0,05 % Co₂ + 30 % He + 2 % H₂

Die Wirkung der einzelnen Komponenten ist wie folgt zu definieren:

Ar: Basisgas

CO₂: Aktivkomponenten dienen zur Stabilisierung des Lichtbogens.

Bei Ni-Werkstoffen wird im Allgemeinen keine Oberflächenbehandlung zur Sicherung der Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen durchgeführt.

Zu dicke Oxidschichten, verursacht durch höhere Aktivkomponenten (O₂, CO₂) können in kritischen Situationen zur Korrosionsanfälligkeit führen.

Die Lagenüberschweißbarkeit wird bei Mehrlagenschweißung durch die geringere Oxidation erheblich verbessert.

He: Der gute Vorwärmeffekt ermöglicht ein optimales Benetzungsverhalten.

H₂: Einschnürung des Lichtbogens und Wärmeübertragung ermöglichen Zwangspositionen und schnelleres Schweißen. [4]

Entscheidend für die Qualität der Schweißplattieroberfläche ist neben den oben genann- ten Faktoren auch die Schweißposition. In den Anfängen des Schweißplattierens wurde vornehmlich in PA (Wannenlage) plattiert. Nachteil: Langsame Schweißgeschwin- digkeit, hohe Aufmischung des Grundwerkstoffes und somit ein höherer Fe-Gehalt auf der Schweißplattieroberfläche. Uhlig schweißt deshalb in PG (Fallnahtposition).

Hierdurch wird eine höhere Schweißgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringerer Auf- mischung des Grundwerkstoffes erreicht. Dies hat einen geringeren Fe-Gehalt auf der Schweißplattieroberfläche zur Folge, was ein wichtiges Qualitätskriterium für die Schweißplattierung darstellt.

(10)

2.4. Der Lagenaufbau

3 7

2

4 9

5 6

11 10 1

8 Lagenaufbau

einlagig

Die Nummerierung beschreibt die Reihenfolge des Lagenaufbaus.

Bilder 3 und 4: Einlagiges Schweißplattieren von Paneelwänden Derzeit sind drei Geometrien des Lagenaufbaus zu unterscheiden

• einlagig mit 50 % Überlappung (Bilder 3 und 4),

• einlagig/zweilagig (Doppelschweißbrenner in vertikal Position) (Bilder 6 und 7),

• zweilagig (Doppelbrenner in horizontal Position) (Bilder 8 und 9).

2.4.1. Einlagiges Schweißplattieren

Beim einlagigen Schweißen wird mit einem Schweißbrenner geschweißt. Die Program- mierung der Schweißmaschine ist bei diesem Verfahren immer eine Kompromisslö- sung, da während des Schweißprozesses ein ständiger Wechsel zwischen schwarz/weiß und schwarz/schwarz Schweißung stattfindet.

Bild 5: Mögliche Schichtdickeunterschrei- tung bei einlagigem Schweißen

Die einzelnen Lagen überlappen um mindestens 50 %. Um die geforderte Schichtdicke von 2,0 mm zu erreichen, muss mit einer niedrigen Schweißgeschwindigkeit und mit hoher Stromstärke geschweißt werden.

Ein hoher Einsenanteil an der Oberfläche ist die Folge. Wenn die Überlappung der einzelnen Lagen kleiner als 50 % ist, ist eine Schichtdickenunterschreitung zu erwarten (Bild 5).

Außerdem ist die Angriffsfläche an den Flanken der Schweißnähte sehr hoch.

Bei Fehlern in der Plattierschicht, die auf den Grundwerkstoff reichen, ist aufgrund der fehlenden zweiten Schutzschicht, ein Korrosionsangriff möglich.

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2.4.2. Einlagig/Zweilagiges Schweißplattieren Das Einlagig/Zweilagig Schweißen wird mit zwei Schweißbrennern ausgeführt. Die Position der einzelnen Brenner ist vertikal zueinander mit einem Abstand von etwa 100 mm. Geschweißt wird ähnlich wie beim einlagigen Verfahren.

Bilder 6 und 7: Einlagig/Zweilagiges Schweißplattieren von Paneelwänden

3 7 2

4 69 5 101112

13

1 16

8 1415 Lagenaufbau

einlagig/zweilagig

Bild 8: Schroffe Lagenübergänge bei einlagig/zweilagigem Schweißen

Der Unterschied liegt lediglich darin, dass auf die erste Lage eine zweite Lage direkt durch den zweiten oberen Brenner aufgeschweißt wird. Eine hohe thermische Belastung, besonders im Bereich der Ste- ge, ist die Folge.

Fehler in der ersten Lage können nicht er- kannt werden, da sie mit dem nachfolgenden zweiten Brenner direkt überschweißt werden. Auch hier sind schroffe Lagen- übergänge möglich. Wie bei dem einlagigen Verfahren ist die Gefahr gegeben, dass bei Unterschreitung der 50 % Überlappung die geforderte Schichtdicke nicht erreicht wird. Eine hohe Angriffsfläche an den Flanken der Schweißnähte ist auch hier gegeben.

2.4.3. Zweilagiges Schweißplattieren Beim zweilagigen Schweißverfahren wird mit zwei Schweißbrennern geschweißt. Die Position der Brenner ist horizontal (nebeneinander). Zuerst wird komplett die erste Lage geschweißt.

In der ersten Lage wird ein Fe-Gehalt von 12 bis 15 % erreicht. Die Schichtdicke beträgt zunächst 0,9 mm. Mit der anschließenden zweiten Lage (Schutzlage) wird ein Fe-Gehalt von 5 %, bei CMT-Schweißung < 3 % und die geforderte Schichtdicke von 2,0 mm erreicht. Dieses Verfahren gewährleistet eine 100 % Überdeckung der Membranwand.

Eventuell auftretende Schweißfehler in der ersten Schicht, können vor dem Schwei- ßen der zweiten Lage noch repariert werden. Außerdem wird bei der ersten Lage

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(schwarz-weiß Schweißung) mit optimierten Schweißparametern geschweißt, die zweite Lage ist eine reine weiß-weiß Schweißverbindung und wird auch wiederum mit optimierten Parametern ge- schweißt. Die thermische Belastung der Membranwand ist ebenfalls geringer, was geringere Schrumpfungen zur Folge hat.

Bild 11: Homogene Schweißplattierober- fläche beim zweilagigen Schweiß- plattieren

3. Innovationen in der Schweißtechnik – CMT

CMT ist eine Entwicklung der Fronius GmbH. Die Abkürzung steht für Cold Metal Transfer.

Hierbei handelt es sich um einen Kurzlichtbogenprozess mit völlig neuer Methode zur Tropfenablöse.

Der Werkstoffübergang bei dieser Schweißtechnik ist relativ kalt, verglichen mit dem herkömmlichen MSG-Prozess.

3.1. Entwicklung der CMT-Technik

Das Kernteam bestand aus 21 Entwicklern und wurde intensiv durch weitere 15 Ent- wickler sowie Mitarbeiter aus Materialwirtschaft, Werkzeugbau und Fertigung un- terstützt.

Der Entwicklungsaufwand für die CMT-Serienausrüstung betrug 39 Mannjahre.

21 Patente wurden zur Sicherung der Schutzrechte eingereicht.

Bilder 9 und 10: Zweilagiges Schweißplattieren von Paneelwänden

3 7 2

4 9

6 12

5 11

10 3

1 1 8

2 Lagenaufbau

zweilagig

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Mild SteelCMT

1,2 mm wfs = 7m/min 82 Arg/18Co2

VD

Is

Us

Kurzschluss Aufbruch

T

t t t

Lichtbogen Brennzeit

3.2. Verfahrensbeschreibung der CMT-Schweißtechnik

Die Verfahrensbeschreibung der CMT-Schweißtechnik ist sehr komplex und würde den Umfang dieses Rahmens deutlich überschreiten. Die Beschreibung des Verfah- rens wird hier auf die wesentlichen Punkte reduziert. Der CMT-Prozess ist in Bild 12 schematisch dargestellt.

Bild 13: Vor- und Rückbewegung des Drahtes im CMT-Prozess

Quelle: Fronius Deutschland GmbH Sparte Schweißtechnik: Der CMT Prozess – eine Revolution in der Fügetechnik. Firmen- schrift, Goslar, 01/2005

Bild 12: CMT-Prozess

Quelle: Fronius Deutschland GmbH Sparte Schweißtechnik: Der CMT Prozess – eine Revolution in der Fügetechnik. Firmen- schrift, Goslar, 01/2005

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• Die Drahtbewegung wird direkt in die Prozessregelung eingebunden. Gegenüber dem herkömmlichen MSG-Schweißen erfolgt die Einstellung des Lichtbogens mechanisch.[3]

• Der Werkstoffübergang (Schweißzusatzwerkstoff zu Grundwerkstoff) ist nahezu stromlos. [3]

• Die Rückbewegung des Drahtes unterstützt die Tropfenablösung. (Bild 13)

3.3. Der CMT-Prozess im Vergleich

Die revolutionäre CMT-Technik bietet in vielen Anwendungsbereichen Vorteile ge- genüber den herkömmlichen Verfahren.

• Die Kontrolle der Lichtbogenlänge ist sehr präzise.

• Die Schweißoberfläche ist nahezu spritzerfrei.

• Die Stabilität des Lichtbogens ist sehr hoch.

• Geringe Wärmeeinbringung in das Bauteil, dadurch verringert sich der Verzug um bis zu 45 % gegenüber dem herkömmlichen MSG-Verfahren.

• Geringe Schwächung in der Wärmeeinflusszone.

• Kontrollierte Wärmeeinbringung. [3]

3.4. Anwendung der CMT-Technik für das Schweißplattieren

Die oben beschriebene CMT-Schweißtechnik bietet ideale Anwendungsmöglichkeiten für das Schweißplattieren. Die in Kapitel 3.2. aufgezeigten Vorteile sind übertragbar.

Die Schweißoberfläche ist nahezu spritzerfrei. Das Nahtbild ist sehr regelmäßig und die Wärmeeinbringung in der Paneelwand ist sehr gering.

CMT

I_s= 81 A U_s= 11,2 V

I_s= 111 A U_s= 17,87 V AISi51,2 mm

wfs = 5 m/min

MIG Impulslichtbogen

Bild 14:

Vergleich CMT zu MIG Impuls- lichtbogen

Quelle: Fronius Deutschland GmbH Sparte Schweißtechnik: Der CMT Prozess – eine Re- volution in der Fügetechnik. Firmenschrift, Goslar, 01/2005

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Neben einer geringeren Spannung im Bauteil, höherer Schweißgeschwindigkeit und gleichmäßiger Schichtdicke der Schweißplattierung ist als wesentlicher Vorteil eine erheblich geringere Aufmischung des Grundmaterials zu nennen. Die führt zu einer Verringerung des Eisenanteils auf der Schweißplattieroberfläche um mindestens 50 %.

Die Uhlig Rohrbogen GmbH setzt die CMT-Technik bereits seit Mitte 2007 erfolgreich ein und hat ihrer Gesamtkapazität komplett auf CMT umgerüstet.

4. Schweißplattierung mit Schichtdicke 1 mm – eine Alternative zum Flammspritzen? –

Die Bestrebung von Betreibern thermischer Verwertungsanlagen die Verfügbarkeit ihrer Anlagen zu erhöhen, Wartungs- und Instandhaltungskosten zu minimieren und den Wirkungsgrad zu steigern ist in Zeiten von steigenden Betriebskosten und fallen- den Preisen für Abfall höher denn je. Wie eingangs beschrieben wird dieses Bestreben z.B. durch das Schweißplattieren korrosionsexponierter Bereiche erfüllt. Als weitere Alternative so genannter Sekundärmaßnahmen hat sich das Flammspritzen, besonders unter Betrachtung ökonomischer Gesichtspunkte etabliert.

4.1. Flammspritzen

Das Flammspritzverfahren wird im Wesentlichen dadurch beschrieben, dass ein me- tallischer Werkstoff in Pulver oder Drahtform mittels einer Pistole auf das Substrat aufgetragen wird. Die Pistole generiert dabei eine Brennergasflamme oder ein Plasma- strahl. Das Pulver schmilzt bei der Zuführung und wird durch die kinetische Energie der Flamme auf den zu beschichtenden Grundwerkstoff aufgebracht und bildet somit die gewünschte Schutzschicht. [10]

Die Schichtdicken betragen hierbei je nach Verfahren 250 bis 1.000 µm. Beim Flamm- spritzen kommt es zu keiner Schmelzverbindung zwischen dem Beschichtungsmaterials und dem Grundwerkstoff, sondern nur zu einer mechanischen Verbindung. Entspre- chend sorgfältig muss die Vorbehandlung des zu beschichtenden Substrats sein, was bei Werkstattapplikationen optimal realisiert werden kann. Es erfolgt keine Grund- materialaufmischung und somit keine Gefügeveränderung des Grundmaterials. [11]

Gleichzeitig liegt hierin wohl auch der größte Nachteil begründet, da die aufgetrage- ne Schicht eine gewisse Porosität aufweist. Abgase können durch die Schutzschicht diffundieren und so zu Unterkorrosion führen. Verfahren, wie z.B. eine thermische Nachbehandlung kann die Diffusionsneigung verringern. [8]

Beim Flammspritzen gibt es nahezu eine unbegrenzte Auswahl von Beschichtungs- werkstoffen. Als wesentlicher Vorteil ist die geringe Massenzunahme des Substrats auf Grund geringer Schichtdicken zu nennen, wodurch geringere Kosten gegenüber dem Schweißplattieren mit 2,0 mm Schichtdicke entstehen. Gute Erfahrungen wurden beim Beschichten von Überhitzern gesammelt, wohingegen die Ergebnisse beim thermischen Spritzen von Membranwänden durch die Geometrie nicht zufrieden stellend sind. [11]

Die Montage flammbeschichteter Bauteile ist hinsichtlich Empfindlichkeit der Beschich- tung auf mechanische Einwirkung eine Herausforderung. Unsachgemäße Behandlung kann zu Applikationsmängeln führen.

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Der Einbau komplexer Bauteile ist oft nicht möglich, sodass z.B. bei Überhitzern einzelne Rohre eingeschweißt werden müssen. Diese Bereiche bedürfen der Nachbe- schichtung auf der Baustelle, was nicht unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann. Die Herstellung von Schlangenüberhitzern eliminiert den Vorteil der Applikationsgeschwindigkeit, da die Beschichtung nicht mittels Rohrrotation erfolgten kann. [11]

4.2. Cladding mit 1 mm Schichtdicke

Wie in der Literatur hinreichend beschrieben bietet das Schweißplattieren von Überhitzerrohren und Membranwänden Schutz vor Korrosionsmechanismen und ist ein unverzichtbares Werkzeug, Verfüg- barkeiten von thermischen Verwertungs- anlagen zu erhöhen.

Cladding ist jedoch auch eine kostenintensive Maßnahme, verursacht durch teure Nickelbasishaltige Schweißzusatz-

werkstoffe. Der hohe Materialeinsatz resultiert aus der geforderten Schichtdicke von mindestens 2,0 mm. Es gibt jedoch Einsatzbereiche, wo geringere Schichtdicken ausreichend sind. Beim Flammspritzen erreicht man Schichtdicken von 250 bis 1.000 µm.

In der Praxis hat sich dies bereits bewährt und gute Standzeiten wurden erreicht.

Bild 15: Schliffbild 1,0 mm Einzelrohr- cladding

Bild 16: Längsschnitt Einzelrohrcladding 1,0 mm

Das Verfahren des 1,0 mm Cladding ist dem des 2,0 mm Cladding ähnlich, kann jedoch nicht zweilagig ausgeführt werden.

Hier wird das einlagige Schweißverfahren wie bereits beschrieben angewendet. Erste Versuche wurden bei der Uhlig Rohrbo- gen GmbH erfolgreich durchgeführt.

Die Schweißplattierung von Einzelrohren erfolgt, wie beim 2,0 mm Cladding einlagig mit 50 % Überlappung.

Es liegt daher nahe die Vorteile des Flammspritzens mit den Vorteilen des Schweißplattierens zu kombinieren.

Die durch Schweißplattierung aufgebrachte Schutzschicht hat keine Diffusionsneigung.

Eine Penetration von Abgasen ist ausgeschlossen. Die Gefahr von Unterkorrosion wie bei flammgespritzten Schutzschichten ist nicht gegeben.

Beim Schweißplattieren entsteht eine feste unlösbare Verbindung zwischen Substrat und Schweißzusatzwerkstoff.

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Applikationsfehler durch mechanische Einwirkung oder durch unterschiedliche Aus- dehnungskoeffizienten sind weitestgehend ausgeschlossen. Der Einsatz von Rußblä- sern sowie das Abreinigen von Belägen bergen keine Risiken hinsichtlich möglicher Beschädigungen der Schutzschicht.

Schweißplattierte Membranwände/Rohre können verformt werden. Aufwendige Ap- plikationstechniken für verformte Bauteile sind nicht notwendig.

Die Schweißplattierung kann bis zum Ende des Bauteils erfolgen. Es müssen keine schwarzen Enden für den Einbau frei gelassen werden. Kostenintensive Nachplat- tierarbeiten, meist von minderer Qualität werden minimiert oder entfallen komplett.

Die Gewichtszunahme der Substrate ist nur etwa 10 % höher als bei flammgespritzten Grundwerkstoffen mit Schichtdicke 1.000 µm. Ein weiterer Vorteil der Schweißplat- tierung ist die bessere Wärmeleitfähigkeit gegenüber der Flammspritzung bei gleicher Schichtdicke. Dies ist mit den neuen Erkenntnissen ein nicht zu verachtender Vorteil im Hinblick auf die Korrosionsresistenz.

Die Herabsetzung der Schichtdicke von 2,0 mm auf 1,0 mm ermöglicht dadurch eine deutliche Verminderung der Herstellungskosten. Die Kosten für die Schweißplattie- rung eines Rohres mit einem Durchmesser von 38 mm betragen hier zum Beispiel 650 EUR/m² (Stand November 2016).

5. Konstruktive Ausführungen, neuester Stand

In diesem Kapitel werden konstruktive Ausführungen von ausgebogenen Rohren und Abdichtungen aufgezeigt. Speziell werden hier Bereiche betrachtet, die durch Schweiß- plattierung geschützt werden.

Die heutigen technischen Möglichkeiten sind oft nicht bekannt. Hierdurch werden häufig veraltete Konstruktionen als Standard betrachtet und es findet keine kritische Analyse statt.

Die Folgen können gravierend sein, nämlich dann, wenn aufgrund veralteter Standards Medium führende Bauteile ungeschützt korrosiven Angriffen ausgesetzt sind und es letztlich dadurch zum Anlagenstillstand kommt.

Bild 17: Schwarze Ausbiegungen in plattierter Membranwand

5.1. Konstruktive Ausführung von Ausbiegungen

Ursprüngliche Ausführungen von Aus- biegungen sind in den nachfolgenden Bildern dargestellt. Bei dieser Ausführung werden unplattierte Rohre gebogen und eingeschweißt. (Bild 17)

(18)

Bild 18:

Ausbiegungen teilweise von Hand plattiert

Bild 19:

Korrosionsangriff durch abgeplatzte Stampfmasse

Nachträglich eingebrachte Stampfmasse schützt die unplattierten Bereiche vor korrosiven Angriffen. Während des Betriebs der Anlage kommt es jedoch zu Abplatzungen der Stampfmasse. Folglich sind Bereiche des Rohres, weder durch Cladding, noch durch Stampfmasse geschützt. Hohe Korrosionsraten sind die Folge, was zu ungeplantem Anlagenstillstand führen kann. (Bild 19)

Nach heutigem Stand der Technik werden die geraden Rohre zunächst 360° schweiß- plattiert und anschließend gebogen. Dadurch wird ein vollständiger Schutz des Rohres gewährleistet, selbst wenn die Bestampfung während des Betriebs abplatzt. (Bild 20 und 21)

Anschließend werden die abgasberührten Bereiche per Hand plattiert. (Bild 18).

Abgeplatzte Stampfmasse, Korrosion im ungeschützten Bereich

(19)

Um einen absolut vollständigen Schutz zu erreichen geht man noch einen Schritt weiter.

Die beiden, den Ausbiegungen benachbarten, geraden äußeren Rohre werden zusätzlich 360° plattiert und als Einzelrohre eingeschweißt. Hierdurch wird ein uneingeschränkter Schutz der Ausbiegungen erreicht. (Bild 22)

Bild 20: Vollständig plattierte, gebogene

Rohre Bild 21: 360° plattierte, gebogene Rohre mit

Stampfmasse

Bild 22: Seitenrohre 360° plattiert

5.2. Konstruktive Ausführung von Abdichtungen in plattierten Bereichen

Im Bereich der Abdichtungen z.B. Verbindung Seitenwand zu Decke wurden in der Vergangenheit Abdichtbleche, so genannte Schiffchen aus Kohlenstoffstahl verwendet.

Diese Art der Ausführung hat aufwendige und teure Nachplattierarbeiten auf der Baustelle zur Folge (Bild 23).

Bild 23:

Abdichtung, ursprüngliche Ausführung

(20)

6. Zusammenbauvarianten von plattierten Bauteilen

Beispiele von Zusammenbauvarianten

Nachfolgend werden anhand von Beispielen die verschiedensten Zusammenbauvari- ationen dargestellt und dessen optimale Verarbeitung aufgezeigt.

Auf Bild 26 ist das Zusammenschweißen von Paneelwänden mittels UP-Verfahren in der Breite zu sehen. Dies ist der vorletzte Schritt beim Zusammenbau in der Breite. Nach den verschieden Richtvorgängen der einzelnen Paneelwände werden die Außenstege auf das benötigte Maß mittels CNC-Fräse gebracht. Anschließend wird die Schweißfase von Hand geschliffen. Nach dem Ausrichten der zu verschweißenden Wände, werden diese von der plattierten Seite mittels MAG-Verfahren geheftet und nachfolgend von Hand komplett verschweißt.

Die wirtschaftlichere und technisch bessere Lösung bieten Abdichtbleche aus Nickel- Basis Legierungen, z.B. Alloy 625. (Bilder 24 und 25)

Bild 24: Schiffchenbleche aus Alloy 625 Bild 25: Plattierte Seitenwand mit Abdicht- blechen aus Alloy 625

Die in den Bildern 24 und 25 dargestellten Ausführungen von Abdichtblechen bieten erhebliche Vorteile. Bedingt durch minimalen Nachplattieraufwand verkürzen sich die Montagezeit und somit auch der Kostenaufwand.

Bild 26: Zusammenbau von Paneelwänden

in der Breite Bild 27: Nachplattieren der Montagenähte

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Der nächste Fertigungsschritt ist das Schweißen der Längsnaht mittels UP Verfahren von der Gegenseite. Diesem Fertigungsschritt folgt das nochmalige Drehen der Paneel- wand, das Schleifen der Gegennaht mit anschließender Nachplattierung der Längsnaht mit einem Traktor (Bild 27).

Anschließend werden die Nähte mittels Farbeindringverfahren geprüft (Bild 28).

Bild 28: FE-Prüfung von Montagenähten

Beim Zusammenschweißen von Paneel- wänden in der Länge sind zwei Varian- ten Stand der Technik. Die weiß-weiß- Verbindung und die schwarz-schwarz- Verbindung.

Bei der weiß-weiß-Verbindung (Bild 29) wird die Paneelwand direkt im Bereich des Claddings auf die benötigte Länge gebracht. Anschließend wird an den Roh- renden die Schweißfase angebracht. Durch das Anfasen wird ein Teil der Plattierung zurückgesetzt, sodass die Wurzellage mit herkömmlichem Schweißzusatzwerkstoff ausgeführt werden kann. Die Füll- und Decklage wird direkt mit dem Schweiß- plattierwerkstoff geschweißt. Der Vorteil liegt darin, dass aufwendige Nachplattier- arbeiten entfallen und ein sauberes Naht- bild entsteht. Nachteil dieser Variante ist, dass die Ausführung der Schweißung sehr sorgfältig erfolgen muss, um Rissbildung zu vermeiden. Die weiß-weiß-Variante bietet sich vor allem beim Zusammenbau im Werk an.

Bei der schwarz-schwarz-Verbindung (Bild 30) ist die Plattierung um etwa 20 bis 25 mm pro Wandende zurückge- setzt. Hierdurch wird eine artgleiche Ver- schweißung der Rohre möglich. Die unplattierten Bereiche werden anschließend nachplattiert. Der Vorteil dieser Variante ist, dass die Ausführung der Rundnaht artgleich erfolgt und somit mögliche Rissbildungen vermieden werden. Der Nachteil ist das aufwendige Nachplattieren der unplattierten Verbindungsbereiche.

Diese Variante eignet sich besonders beim Zusammenbau auf der Baustelle oder für unerfahrene Kesselhersteller.

Bild 29: Weiß-Weiß-Verbindung von plattierten Bauteilen

Bild 30: Schwarz-Schwarz-Verbindung von plattierten Paneelwänden

(22)

Die Bilder 31 bis 33 zeigen die Verbindung zwischen einem umlaufend plattierten Sammler und einer plattierten Paneelwand. Das Sammlerrohr wird zunächst 360°

plattiert, gerichtet und anschließend gebohrt.

Die Ausführung der Schweißnähte kann je nach Anforderung wie in den oben genann- ten Varianten ausgeführt werden.

Bild 31: Sammler – Wand Verbindung Bild 32: Sammler – Wand Verbindung

Bild 33: Sammler – Wand Verbindung

Wie bereits beschrieben sind die Variati- onen des Zusammenbaus von plattierten Bauteilen, sowie deren optimale Verarbei- tung sehr vielschichtig. Eine Kombination der dargestellten einzelnen Möglichkeiten wird oft bei Vollcladdingvarianten ge- fordert.

Bild 34: Schweißplattierte, gebogene Paneelwand mit angeschweißtem Sammler

Eine qualitativ hochwertige Plattierschicht sowie kurze Errichtungszeiten auf der Baustelle sind die wesentlichen Vorteile (Bild 34).

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Bild 35: Komplett schweißplattierte, gebogene Vorderwand mit Deckenteil und 360° plattierten Ausbiegungen für eine Abfallverbrennungsanlage in Schweden

Bild 36: Komplette Montageeinheit inkl.

Schweißplattierung – Trennwand 1./2. Zug mit Seitenwänden für eine Abfallverbrennungsanlage in Schweden

Bild 37: Schweißplattierter Überhitzer komplett vor mont ier t mit Thermanit 625

Bild 38: Schweißplattierter Überhitzer mit

Inconel 686 Bild 39: Vorgefertigter 1. Zug mit Schweiß- plattierung für Belgien

7. Fachgemäße Behandlung von plattierten Bauteilen

Die fachgemäße Behandlung von plattierten Komponenten wird häufig auf der Baustelle vernachlässigt. Oft geschieht dies aus Unwissenheit und kann zu massiven Schäden führen.

(24)

Bereits für den Transport und für eine eventuelle Lagerung im Freien empfiehlt es sich, die plattierten Flächen mit einem überschweißbaren Schutzlack zu versehen.

Gute Erfahrungen wurden hier mit dem Konservierungsöl INFERUGOL gemacht. Die plattierten Bereiche werden hierdurch vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt denn bei der Lagerung können sich ferritische Partikel auf der schweißplattierten Oberfläche niederschlagen und korrodieren.

FB 1 Decke 1. Zug

Bild 40: Beschädigte Schweißplattierschicht durch massiven Funkenflug und falsche Lagerung

Die Plattierschicht wird zwar hierdurch nicht geschädigt, führt aber unweigerlich zu Irritationen.

Während der Bauphase kommt es häufig vor, dass beim Ablängen von Bauteilen, benachbarte plattierte Flächen mit eisen- haltigem Trennstaub bestrahlt werden. Bei lang anhaltendem Funkenflug wird die Claddingfläche massiv geschädigt.

Daher ist darauf zu achten, dass plattierte Flächen vor Trennstäuben mittels Ab- deckplanen oder sonstigen geeigneten Mitteln geschützt werden.

Die richtige Wahl des Schweißzusatz- werkstoffes beim Zusammenbau ist ebenso zu beachten. Oft werden auch hier durch Unwissenheit und fehlende Schweißanweisungen falsche Schweißzu- satzwerkstoffe verwendet, was später zu erheblichen Problemen, wie Rissbildung führen kann.

8. Neue Erkenntnisse – neue Anforderungen –

geänderte optimierte Ausführung der Schutzschicht im Herbst 2013

Die bisherige Claddingschutzschicht ist neben einigen anderen Faktoren in den ein- schlägigen Spezifikationen mit einem möglichst niedrigen Fe-Gehalt (< 3 %) an der maschinell schweißplattierten Wandoberfläche, sowie der 2-lagigen Schweißausfüh- rung definiert worden. Der niedrige Fe-Gehalt sichert dabei eine hohe Werkstattaus- führungsqualität ab; die 2-Lagigkeit ist wiederum für eine feinkörnige dendritische Gefügestruktur an der schweißplattierten Oberfläche verantwortlich, dies sorgt in Summe für eine gute Korrosionsbeständigkeit.

Korrosionsschadensanalysen der letzten Jahre zeigen jedoch, dass eine weitere Ein- flussgröße bei der Korrosion näher betrachtet werden muss, es handelt sich um den Wärmestrom, genauer gesagt um die Wärmestromdichteverteilung. Das Ergebnis verdeutlicht folgendes Schaubild [5]:

(25)

Bild 41: Wärmestromdichteverteilung in unverschmutzten, gecladdeten VD-Rohren

Quelle: CheMin GmbH

Gibt es Wärmestromspitzen sinkt die Korrosionsbeständigkeit in diesem Bereich erheblich ab [6].

Im Umkehrschluss bedeutet das, dass neben dem Fe-Gehalt und der 2-Lagigkeit eine zusätzliche Definition im Hinblick auf die Ausführung der Schweißplattierung erforderlich ist, um eine möglichst gleichmäßige Wärmestromdichteverteilung zu generieren.

Konkretes Ziel muss es also für den Hersteller sein, eine gleichmäßige Schichtdicke, ein gleichmäßiges Schweißbild sowie eine glatte Schweißplattieroberfläche zu kreieren.

Die Einhaltung dieser Qualitätsmerkmale wird durch Ergänzung der technischen Spezifikation bezüglich der vorgenannten Merkmale erreicht. Zum Beispiel:

• Schichtdickentoleranz für Paneelwände 2 +1,5 -0,0 mm,

• Schichtdickentoleranz für Einzelrohre 2 + 0,3 -0.0 mm.

Eine herstellerseitig einzureichende Arbeitsprobe, die von einer kundigen Sachver- ständigenorganisation begutachtet wird, erbringt dem Kunden den erforderlichen Nachweis des gleichmäßigen Schweißbildes und der glatten Oberfläche.

Um diese Anforderungen erfolgreich herstellerseitig abzubilden, bedurfte es einer umfangreichen Test- und Optimierungsphase an dem bisher eingesetzten Schweißplat- tiersystem. Diese Optimierung ist im Herbst des Jahres 2013 erfolgreich abgeschlossen worden. Ein weiterer positiver Nebeneffekt betrifft die Homogenität der Schweiß- plattierschicht, nicht nur an der Oberfläche, auch noch in geringstem Abstand zum Grundwerkstoff sind gleichmäßig niedrige Fe-Gehalte realisiert.

q kW/m²

Werkstoffgrenze

64.

56.

48.

40.

32.

24.

0.

16.

8.

(26)

9. Cladding 2.0

Die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Modifikationen an den Schweißplattiersys- temen stellen die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Produktes, das nachhaltigen Korrosionsschutz im Dampferzeuger realisiert, sicher. Die Existenz dieses Produktes allein war für den Markt bisher vollkommen ausreichend. Das Modell 2 mm Schweiß- plattierung mit Thermanit 625 hat 95 Prozent aller Korrosionsschutzanwendungen auf Verdampferwänden vollständig abgedeckt.

Der Wirkungsgrad einer solchen Maßnahme hängt jedoch heute nicht mehr allein von dem technischen Kriterium der Erfüllung der Korrosionsschutzfunktion ab, sondern es spielen auch kaufmännische Gesichtspunkte (Kosteneinsparung, höhere Verfüg- barkeit der Anlage) eine Rolle. Die reine Bereitstellung eines qualitativ hochwertigen Schweißplattiermodells ist also nicht mehr der alleinige Erfolgsfaktor.

Die Kombination aus unterschiedlichen Schweißplattiermodellen auf den korrosionsaffinen Bereichen einer Kesselanlage stellt die Synthese aus maximalem Schutz der Heizflächen, günstiger Beschaffung und höherer Verfügbarkeit der Kesselanlage dar. Es liegen mittlerweile Referenzen vor, die auch die Anwendung der 1 mm und 1,5 mm Variante im 1. Kesselzug beinhalten.

Aus diesem Grunde können wir das Gesamtpaket dieser intelligenten Korrosions- schutzlösugen als neue Evolutionsstufe Cladding 2.0 bezeichnen.

Für die Realisierung sind jedoch im Vorfeld Voraussetzungen zu erbringen:

Das detaillierte Wissen um die korrosionsaffinen Bereiche, die Höhe der Abzehrraten, die Wandtemperaturen, die Art des Brennstoffs, wirkt sich direkt auf die Qualität und das Kosteneinsparungspotential der geplanten Korrosionsschutzlösung aus.

Testrohre

Ein Werkzeug zur belastbaren Analyse stellt die Installation von Testrohren in besonders kritischen Bereichen der Heizflächen dar. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erlangen, erfordert dies einen Zeitraum zwischen zwei Kesselrevisionen, in der Regel ein Jahr.

Testrohre können nur während eines Kesselstillstandes eingebracht werden.

Bild 42:

Das optimierte System stellt eine erhebliche Verbesserung bezüglich der Korrosions- beständigkeit dar

(27)

Messsonde In jüngster Zeit hat sich ein weiteres Werkzeug zur Analyse etabliert, die Messsonde.

Installiert der Kunde eine Online-Messsonde an entsprechender Stelle im Kessel, wird ein Temperaturprofil in diesem korrosionsaffinen Bereich auf der Sondenoberfläche abgebildet. Dies ist insbesondere wichtig für eine sinnvolle Auswahl des Schweißzu- satzwerkstoffes. Auch die Zeitschiene ist erheblich kürzer als bei Testrohreinsätzen.

Eine Einsatzdauer von 4-6 Wochen liefert bereits belastbare Ergebnisse. Ein Stillstand des Kessels zur De- und Montage der Messsonde ist nicht erforderlich, die Sonde kann durch bereits bestehende Öffnungen (Schauluken) eingebracht werden.

Realisierung Liegen entsprechende Ergebnisse/Analysen vor, steht einer individuell geplanten Kor- rosionsschutzmaßnahme nichts mehr im Wege.

Traditionell spielen bei skandinavischen Betreibern Nachhaltigkeit und höhere Ver- fügbarkeit eine größere Rolle. Es finden sich seit vielen Jahren Ausführungsbeispiele für sogenannte Vollcladdingvarianten (Verdampferheizflächen Beginn 1. Zug bis Mitte 2. Zug, sowie Überhitzerpakete mit Schweißplattierung). Aus dieser Denkweise heraus sehen gerade diese Betreiber und Kesselbaufirmen intelligenten Lösungen mit großem Interesse entgegen. Schweißplattiermodelle mit 1,5 mm und 1 mm Schicht- dicke statt 2 mm Schichtdicke werden bereits großflächig mit Erfolg eingesetzt. Das Kosteneinsparpotential, durch diesen intelligent ausgeführten Korrosionsschutz ist erheblich. Hier ein Beispiel:

Bisher: 500 m² Plattierfläche im 1. Zug mit 2 mm Schichtdicke => 1.000.000 EUR Jetzt: 400 m² Plattierfläche im 1. Zug mit 1,5 mm Schichtdicke => 650.000 EUR 100 m² Plattierfläche im 1. Zug mit 2 mm Schichtdicke => 200.000 EUR

---

∑ 850.000 EUR g Kosteneinsparung ∆ = 150.000 EUR

10. Verfügbarkeitssteigerung

Die vom Betreiber der Kesselanlage erwartete Verfügbarkeitssteigerung resultiert zum Einen aus einer Reduzierung der ungeplanten Stopps, zum Anderen aus der Verringe- rung der geplanten Stopps, d.h. eine Verlängerung der Revisionsintervalle. Die Ursa- chen für ungeplante Stopps sind vielfältig, es betrifft hauptsächlich den Rostbereich, das Kesseldruckteil, sowie die Rauchgasreinigung.[1]

Im Folgenden wird ausschließlich das Kesseldruckteil betrachtet. Es treten in der Regel Undichtigkeiten infolge von Hochtemperaturkorrosion im Dampferzeuger auf.

Um generell eine durchgängige Betriebsweise des Kessels (also die Verfügbarkeit)

(28)

zu gewährleisten, werden deshalb korrosionsaffine Bauteile regelmäßig auf ihre Ab- zehrung hin überprüft bzw. in Intervallen erneuert. Um den Zeitraum zwischen den geplanten Stillständen verlängern zu können, müssen die kritischen Bauteile auf ihre Korrosionsbeständigkeit über einen Zeitraum hinweg abschätzbar sein. Meßsonden- untersuchungen liefern in diesem Fall sehr praxisnahe und damit belastbare Ergebnisse.

In den Niederlanden sind dazu umfangreiche Untersuchungen im korrosionsaffinen Überhitzerbereich durchgeführt worden: Eine Ausdehnung der Intervalle ist nur dann erfolgreich, wenn die kritischen Bereiche der Kesselanlage über den verlängerten Zeit- raum hinweg der Korrosion standhalten.[2]

Einzig das Schutzsystem der Schweißplattierung hat die hohen Anforderungen erfüllen können.

11. Zusammenfassung

Hohe Instandhaltungskosten, Aufwendungen für Abgasreinigungssysteme sowie die Stagnation des Abfallaufkommens stellen eine Herausforderung für den wirtschaftlichen Betrieb von thermischen Verwertungsanlagen dar. Korrosionsme- chanismen bei MVA, Biomasse- und Ersatzbrennstoffanlagen sind für die hohen Instandhaltungskosten mitverantwortlich und erfordern eine Reihe von Maßnahmen, um die Verfügbarkeiten entsprechender Anlagen zu sichern und zu erhöhen. Das Schweißplattieren korrosionsexponierter Bauteile ist eine von vielen Möglichkeiten entsprechend notwendige Standzeiten zu erreichen. Dieser Beitrag nutzte bewusst das Mittel der Wiederholung die einzelnen Schweißplattiertechniken zu erläutern und verschiedene Möglichkeiten, sinnvoller Claddingkonzepte aufzuzeigen. Minimierung kostenintensiver, suboptimaler Nachplattierarbeiten auf der Baustelle, durch eine möglichst hohe Applikationsfläche unter Werkstattbedingungen, sowie technische Detaillösungen lokal beanspruchter Bauteile, z.B. in Bereichen von ausgebogenen Rohren, sollen dem Leser die Möglichkeit eröffnen die verschiedenen Claddingkon- zepte zu bewerten. Oft werden aus Unkenntnis heraus veraltete Konzepte angewandt und führen im Betrieb zu ungewünschten Ergebnissen, im schlimmsten Fall zum Versagen von Bauteilen. Schweißplattierte Kesselkomponenten sind durch den Ein- satz von Nickelbasis Legierungen und der im Markt etablierten Schichtdicke von 2,0 mm sehr kostenintensiv. Eine qualitativ hochwertige Ausführung der Schweiß- plattierung unter Beachtung konstruktiver Möglichkeiten ist unter ökonomischen Gesichtspunkten daher unerlässlich.

Cladding mit einer Schichtdicke von 1,0 mm bietet in gewissen Bereichen durchaus eine Alternative zum herkömmlichen 2,0 mm cladding. Zum Einen aus wärme- übertragungstechnischen Gründen und zum Anderen durch die Reduzierung des intensiven Materialeinsatzes bietet dieses Verfahren durchaus eine Alternative zum Flammspritzen.

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Die neuen Erkenntnisse resultierend aus der Thematik Wärmestromdichteverteilung, stellen allgemein eine neue Herausforderung an das Korrosionsschutzsystem der Schweißplattierung dar. Die notwendigen umfangreichen schweißtechnischen Op- timierungen dafür sind abgeschlossen. Das im Herbst 2013 eingeführte Update des Schweißplattiersystems stellt den vorläufigen Höhepunkt der Cladding-Entwicklung dar. Diese Qualitätsmerkmale wurden auch in den Modellen mit reduzierter Schicht- dicke im Jahr 2014 abgebildet. Heute stehen für Paneelwände und Einzelrohre neben dem herkömmlichen 2 mm Standard, die Modelle 1 mm und 1,5 mm zur Verfügung, und das mit unterschiedlichen Schweißzusatzmaterialien. Im Jahr 2015 findet nun erstmals die 1 mm Variante, auch im 1. Kesselzug, Anwendung.

Infolge der höherwertigen Produktqualität und der daraus resultierenden Steige- rung der Korrosionsbeständigkeit, ist dies nur der erste Teil der Grundlage für eine intelligent ausgeführte Korrosionsschutzlösung. Eine detaillierte Korrosionsanalyse der Kesselanlage ist nämlich zwingend notwendig, um das richtige Einsatzgebiet für die jeweilige Korrosionsschutzlösung zu detektieren. Dies stellt den zweiten Teil der Grundlage dar. Der Einsatz einer Messsonde ist an dieser Stelle sehr hilfreich. Derart kreierte, intelligent ausgeführte Lösungen bieten dann dauerhaften Korrosionsschutz der Heizflächen, bei erheblichem Kosteneinsparpotential. [9]

Das gesamte intern durchgeführte Optimierungspaket, die vorliegenden Erfahrungen und Referenzen aus dem Kundenkreis, und letztlich als dritten Teil der Grundlage, die erfolgreiche Ausführung aller Schichtdickenvarianten in den Kesselzügen, be- stätigt uns dahingehend, von einer neuen Evolutionsstufe der Schweißplattierung, dem sogenannten Cladding 2.0 zu sprechen.

In den letzten Jahren sind die Instandhaltungsbudgets massiv gesunken, einige Anlagen auch bewusst auf crash gefahren worden. Diese Kostensparmaßnahmen zeigen zwar kurzfristig Erfolg, mittel- bis langfristig betrachtet, ist die Bilanz jedoch ernüchternd.

Nicht durchgeführte, oder erforderliche, aber aufgeschobene, Instandhaltungsmaß- nahmen sorgen nicht selten für ungeplante Stillstände und Reparaturen, deren Kosten die vorher erzielten Einsparungen erheblich überschreiten. Das ist kontraproduktiv.

Eine weitaus intelligentere, und damit effektivere Lösung um Kosten zu sparen, stellt die Verfügbarkeitssteigerung einer Kesselanlage dar: Unterzieht der Betreiber seine Kesselanlage nämlich einer kritischen wirtschaftlichen Analyse, spielt das Thema Verfügbarkeit immer eine entscheidende Rolle. Geht man ins Detail, steht und fällt die Verfügbarkeit der Kesselanlage u.a. mit der Wirksamkeit des an den kritischen Stellen eingesetzten Korrosionsschutzsystems. Die Schweißplattierung zeigt sich einmal mehr als verlässliches und wirkungsvolles Schutzsystem gegen Korrosion. Die Verfügbarkeit kann damit nicht nur abgesichert, sondern, durch Verlängerung der Revisionsabstände, auch erheblich gesteigert werden.

Die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert sich, die Kosteneinsparungen sind be- trächtlich, und nachhaltig.

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12. Literatur

[1] de Nobel, F.: Development of the availability at Twence. Prewin Network, Prag – 9. Juni 2016 [2] Duesmann, H.; Herzog, Th.: Preliminary results of a new accelerated lifetime testing method

for new superheater materials. Prewin Network, Trieste – 13. Juni 2014

[3] Fronius Deutschland GmbH Sparte Schweißtechnik: Der CMT-Prozess – eine Revolution in der Fügetechnik. Firmenschrift, Goslar, 01/2005

[4] Geipl, H.: Neue Entwicklungen beim MSG-Schweißen von Ni-Werkstoffen. Linde AG, Höllrie- gelskreuth, 6. Aachener Schweißtechnik Kolloquium, 24.-25. Juni 1999

[5] Herzog, T.; Molitor, D.: Was Sie schon immer über Eisen wissen wollten. 7. Uhlig-Erfahrungs- austausch – Schweißplattieren mit Nickelbasis, Goslar, Februar 2011

[6] Herzog, T.; v. Trotha, G.; Molitor, D.: Schweißen am Limit. 8. Uhlig-Erfahrungsaustausch – Schweißplattieren mit Nickelbasis, Goslar, Februar 2013

[7] Heuser, H.: Anforderungen an Schweißzusatzwerkstoffe für Schweißplattierungen von Memb- ranwänden. Thyssen Schweißtechnik Deutschland GmbH, Hamm, Uhlig Schweißplattiersym- posium, Februar 2003

[8] Kremser, F.; Polak, R.: Thermisch Spritzen als in-situ und ex-situ Prozess. In: SAXIONA Standort- entwicklungs- und -verwaltungsgesellschaft mbH (Hrsg. und Verlag): Dampferzeugerkorrosion 2009, Freiberg 2009, S. 203-210

[9] Manzke, A.: Neues vom Cladding - ein Update. 9. Uhlig-Symposium, Februar 2015, Goslar [10] Metschke, J.: Erfahrungen beim Einsatz von Korrosionsschutzmaßnahmen. In: Born, M. (Hrsg.):

Dampferzeugerkorrosion. Freiberg: SAXIONA Verlag, 2005, S. 170-213

[11] Schmidl, W.; Herzog, T.; Magel, G.; Müller, W.; Spiegel, W.: Korrosionsschutz im Überhitzerbe- reich – Erfahrungen mit Applikation und Werkstoff aus Qualitätsbegleitungen

[12] Spiegel, M.: Werkstoffe für das Auftragsschweißen für den Korrosionsschutz bei Hochtempera- tur-Korrosionsbeanspruchung. 8. Dresdner Korrosionsschutztage, 24.-25. Oktober 2007 [13] Zell, L.; Winkel, K.: Einsatz von Schweißplattierungen zur Standzeiterhöhung in Müllverbren-

nungsanlagen. 6. Aachener Schweißtechnik Kolloquium, 24.-25. Juni 1999

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Karl J. Thomé-Kozmiensky, Michael Beckmann (Hrsg.):

Energie aus Abfall, Band 14

ISBN 978-3-944310-32-9 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2017

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Sandra Peters, Anne Kuhlo, Janin Burbott-Seidel, Claudia Naumann-Deppe, Ginette Teske, Gabi Spiegel, Cordula Müller

Druck: Universal Medien GmbH, München

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