SKALa_FAT - Bewertung der Dauerfestigkeit und Rissbildung der Beschichtung unter Betriebslast und Korrosionsverhalten

Abstract

Organische Korrosionsschutzsysteme im maritimen Bereich, etwa in Schiffstanks oder Offshore-Anlagen, versagen häufig an Schweißnähten und Kanten durch hohe mechanische Belastungen und Eigenspannungen. Besonders problematisch sind dabei Übergangsbereiche mit variierender Beschichtungsdicke, deren vorzeitiges Versagen bislang unzureichend verstanden ist. Das Teilvorhaben SKALa_FAT untersucht experimentell, wie fertigungstechnische Eigenspannungen, lokale Dehnungen und Betriebsbelastungen die Rissbildung und Schutzwirkung der Beschichtungen beeinflussen. Dabei stehen die Wirkung verschiedener Fertigungszustände und Nahtnachbearbeitungen auf die Dauerfestigkeit und Spannungszustände im Fokus. Versuche mit im Projekt einheitlich definierten Probekörpern stellen den Zusammenhang zwischen Untergrundqualität, Eigenspannungen, Verformungsverhalten und Beschädigungen systematisch dar. Ziel ist die Entwicklung schweißnahttoleranter Beschichtungssysteme mit verbessertem Dehnungsvermögen und optimierter Untergrundqualität bei reduziertem Nachbearbeitungsaufwand für eine verbesserte Lebensdauer und Betriebssicherheit maritimer Anlagen. Aufnahmen von Schweißnahtgeometrien und gemessenen Eigenspannungen zeigen den Einfluss verschiedener Methoden und geben somit ein umfassendes Bild mit den Betriebsfestigkeitsversuchen ab. Es hat sich gezeigt, dass die Betriebsfestigkeit durchgezielt eingebrachte Fehlstellen signifikant reduziert wird, obwohl diese noch ISO 5817 und ISO 8501-3 konform sind. Die Oberflächenvorbereitung mit Lasern hat auch zu einer Reduzierung der Betriebsfestigkeit geführt. Versuche mit beschichteten Proben habe eine Verbesserung der Betriebsfestigkeit gezeigt. Der physikalische Grund hierfür konnte im Projekt nicht abschließend geklärt werden. Da die Scheißeigenspannungen einen großen Einfluss auf die Betriebsfestigkeit haben wurden zudem Simulationen mit Prescribed-Temperature-Modell und dem Goldak-Modell durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Goldak-Modell die experimentell gemessenen Temperaturverläufe deutlich besser wiedergibt. Es reproduziert sowohl die Höhe der Temperaturspitzen als auch die zeitliche Entwicklung der Temperatur während der Aufheiz- und Abkühlphasen realistischer als das PT-Modell, das systematisch zu hohe Temperaturen und eine zu groß ausgedehnte Wärmeeinflusszone liefert.