Schweißnähte im Anlagenbau

In Druckbehältern, Kraftwerken und Prozessanlagen haben Schweißverbindungen einen wesentlichen Einfluss auf die Sicherheit, Verfügbarkeit und Lebensdauer der Bauteile. Gleichzeitig gehören sie zu den Bereichen, die besondere Anforderungen an die Qualitätssicherung stellen. Gordon Pelz, Gründer und Geschäftsführer der Pelz Gruppe aus Moers, erläutert, welche Faktoren die Qualität von Schweißnähten beeinflussen und welche Bedeutung der zerstörungsfreien Prüfung dabei zukommt.

„Sie [Schweißnähte] verbinden Stahl mit Stahl, halten Drücke, Temperaturen und mechanische Belastungen über Jahrzehnte aus. Doch gerade dort, wo zwei Bauteile verschmelzen, konzentrieren sich auch die Risiken: Wärmeeinwirkung verändert das Gefüge, Eigenspannungen bleiben im Material zurück, und kleinste Ungänzungen können sich unter Dauerbelastung zu ernsten Schäden entwickeln. Eine Schweißnaht ist deshalb weit mehr als ein fertigungstechnisches Detail. Sie ist ein Sicherheitsbaustein.“

Anforderungen an die Schweißverbindungen

Pelz erklärt, dass in Druckbehältern, Dampfleitungen und Prozessanlagen hohe Drücke, Temperaturen und thermische Wechselbelastungen zusammenwirken. Daher können Poren, Einschlüsse oder unvollständige Verbindungen sich unter zyklischer Belastung zu Rissen entwickeln, die sich dann nach und nach ausbreiten. Im ungünstigsten Fall kommt es zu Leckagen, ungeplanten Stillständen oder dem Versagen von Bauteilen. 

Hinzu kommt, dass der Schweißprozess die Eigenschaften des Werkstoffes beeinflusst. Hohe Temperaturen, untschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten sowie die Verbindung verschiedener Werkstoffe oder Wanddicken können Veränderungen im Bereich der Schweißnaht und der angrenzenden Wärmeeinflusszone verursachen. Abweichungen, die während der Fertigung entstünden, könnten sich unter Betriebsbelastung verstärken, etwa durch Vibrationen, Temperaturschwankungen oder korrosive Medien. Aus diesem Grund muss für Pelz die Schweißnaht unter der Berücksichtigung der späteren Betriebsbedingungen bewertet werden. 

Schweißnahtfehler erkennen

„Viele kritische Fehler sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Eine Naht kann äußerlich sauber aussehen und dennoch im Inneren einen Bindefehler enthalten. Umgekehrt kann eine feine Oberflächenrissbildung entstehen, die erst unter Last zur Gefahr wird. Die Qualität einer Schweißverbindung lässt sich daher nicht nur am Aussehen festmachen, sondern durch systematische Prüfung. Moderne Prüftechnik geht deshalb deutlich über den visuellen Eindruck hinaus. Die Sichtprüfung bildet zwar den ersten Schritt, etwa zur Beurteilung von Nahtgeometrie, Einbrandkerben oder Spritzern. Für das Innere der Verbindung kommen Ultraschall- und Durchstrahlungsverfahren zum Einsatz, die Bindefehler, Einschlüsse oder Risse im Werkstoffvolumen aufspüren. Oberflächennahe Risse wiederum lassen sich mit Magnetpulver- oder Eindringprüfung nachweisen – je nachdem, ob der Werkstoff magnetisierbar ist oder nicht. Entscheidend ist dabei nicht das einzelne Verfahren, sondern die passgenaue Kombination. Welche Prüfungen erforderlich sind, hängt von Wanddicke, Werkstoff, Zugänglichkeit, Fehlerart und den geltenden Anforderungen ab.“

Qualitätssicherung

Nach Einschätzungen von Pelz erfolgen viele Prüfungen nach dem Schweißen und gebenenfalls nach einer Wärmebehandlung. Dabei wird festgestellt, ob eine Verbindung die festgelegten Anforderungen erfüllt. Allerdings können sich die Eigenschaften eines Bauteils auch während des Betriebs verändern. Neben den Temperaturwechseln un dem Druck, wirken ebenfalls Korrosion und mechanische Belastungen auf das Bauteil und führen im Laufe der Zeit zu Schäden.

Pelz zufolge endet die Qualitätssicherung daher nicht mit der Inbetriebnahme, sondern erstreckt sich über den gesamten Lebenszyklus. Durch frühzeitige und gezielte Prüfungen können Unregelmäßigkeiten erkannt und Reperaturmaßnahmen eingeleitet, bevor es zum Versagen kommt.

„Die Prüfung beginnt dabei nicht erst an der fertigen Naht. Schon die Wahl des Schweißverfahrens, die Qualifikation der Schweißer, die Vorbereitung der Fügeflächen und die Kontrolle der Prozessparameter beeinflussen das Ergebnis. Die zerstörungsfreie Prüfung ist der letzte und zugleich entscheidende Nachweis, dass all diese Schritte zusammengekommen sind.“

Prüfungen als Bestandteil der Instandhaltungsplanung

„Wer Fehler früh erkennt, kann Reparaturen planen, Ersatzteile rechtzeitig beschaffen und Stillstände in geplante Wartungsfenster verlegen. Wer dagegen erst reagiert, wenn ein Leck oder ein Bauteilversagen auftritt, trägt nicht nur die direkten Instandhaltungskosten, sondern oft auch Produktionsausfälle, Lieferverzögerungen und einen erheblichen ein Beitrag zur Planbarkeit des gesamten Anlagenbetriebs.“

Aus diesem Grund rät Pelz Betriebern von Kraftwerken, Chemieanlagen oder Druckbehältern die Prüfung der Schweißnähte zum Bestander der Instandhaltungsplanung zu machen. Eine an die jeweiligen Betriebsbedinungen angepasste Prüfstrategie kann dazu beitragen, Ausfallzeiten zu reduzieren, Instandhaltungsmaßnahmen besser zu planen und die Lebensdauer von Anlagen zu verlängern.

(Quelle: Pelz GmbH & Co. KG)