KÖRNER, Peter (Im Ostholz 62, Bochum, 44879, DE)
LÜDENBACH, Gereon (Gutenbergstr. 10, Dülmen, 48249, DE)
MOHRMANN, Ralf (Rebenranke 29, Essen, 45239, DE)
JÜDE-ESSER, Christoph (Reeser Strasse 22, Erkelenz, 41812, DE)
KÖRNER, Peter (Im Ostholz 62, Bochum, 44879, DE)
LÜDENBACH, Gereon (Gutenbergstr. 10, Dülmen, 48249, DE)
MOHRMANN, Ralf (Rebenranke 29, Essen, 45239, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Schweißnähten von Kraftwerksbauteilen, insbesondere zur montageseitigen Wärmebehandlung von Schweiß nähten an Membranrohrwänden und/oder Rohrwandregistern in der Einbaulage innerhalb eines Dampferzeugers, wobei das Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass eine lokale Erwärmung einzelner Schweißnähte oder Gruppen von Schweißnähten konduktiv erfolgt. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schweißnaht eines Bauteils unmittelbar oder in an die Schweißnaht angrenzenden Bereichen kontaktiert wird. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnähte von Rohrwandstößen aneinandergefügter Rohrwandregister in der Einbaulage einzeln oder gruppenweise konduktiv erwärmt werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundnähte von Rohrwandstößen aneinandergefügter Rohrwandregister in der Einbaulage einzeln oder gruppenweise konduktiv erwärmt werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Kontaktierung auf den Stegen einer Membranrohrwand in jeweils an die Rundnähte von Rohrwandstößen angrenzenden Be reichen der Stege erfolgt. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Anbringen und elektrische Kontaktieren von Kontaktbolzen auf wenigstens zwei Stegen eines Rohrwandregisters einer Membranrohrwand. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung das Anlegen und Halten einer elektrischen Spannung umfasst, die eine lokale Erwärmung der Schweißnaht zwischen 600°C und 1.050°C, bevorzugt zwischen 650°C und 750°C, über eine Zeitspanne von bis zu vier Stunden bewirkt. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmung durch Anlegen einer Wechselspannung, vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 50 Hz erfolgt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmung mit einer elektrischen Leistung von bis zu 100 kW, vorzugsweise zwischen 5 und 10 kW, erfolgt. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmung mit einer Stromstärke zwischen 1.000 und 450.000 A erfolgt. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Schweißnähten an Kraftwerksbauteilen, insbesondere zur montageseitigen Wärmebehandlung von Schweißnähten an Membranrohrwänden und/oder Rohrwandregistern in der Einbaulage innerhalb eines Dampferzeugers.
Ein Verfahren zur Herstellung von Dampferzeuger-Rohrwänden ist beispielsweise in der DE 10 2008 037 085 B3 beschrieben. Die DE 10 2008 037 085 B3 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dampferzeuger-Rohrwänden bestehend aus überwiegend 9 % bis 12 % chromhaltigen martensitischen Stählen, wobei die Rohrwände aus einer Rohr-Steg-Rohr-Kombination gebildet sind und aus einer Vielzahl von Rohrwandbestandteilen in Form von planen Rohrwandregistern, gebogenen Rohrwandregistern, Übergangsrohrwandregistern und Eckbögen zu- sammengesetzt sind. Die einzelnen Rohrwandregister bilden an ihrer Peripherie längsseitig Steg-Steg-Registerstöße und querseitig Rundnaht-Registerstöße. Das Verfahren zur Herstellung der Dampferzeuger-Rohrwände nach der DE 10 2008 037 085 B3 umfasst die Herstellung der Rohrwandbestandteile aus überwiegend 9 % bis 12 % chromhaltigen, martensitischen Stählen aus einem nicht wärmezu- behandelnden Werkstoff durch Verschweißen der jeweiligen Teile werkstattseitig, eine Anlasswärmebehandlung der Rohrwandbestandteile mittels einer ersten Heizeinrichtung werkstattseitig, das Verbinden der Rohrwandbestandteile an deren Rundnahtregisterstößen mittels Schweißnähten montageseitig, die Anlasswärmebehandlung der Schweißnähte an den Rundnahtregisterstößen der Rohr- wandbestandteile mittels einer Heizeinrichtung montageseitig sowie das Verbinden der Rohrwandbestandteile an deren Steg-Steg-Registerstößen mittels Schweißnähten montageseitig ohne Anlasswärmebehandlung dieser Schweißnähte. Der Begriff„montageseitig" im Sinne der DE 10 2008 037 085 B3 als auch im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf das Zusammenfügen/Verschweißen einzelner Rohrwandsegmente/Paneele/Rohrwandregister zu der fertigen Membranrohrwand des Dampferzeugers in ihrer vorgesehenen Einbaulage. Der Begriff„werkstattseitig" hingegen bezieht sich auf die Herstellung und Komplettierung von Rohrwandpaneelen/Rohrwandregistern/Rohrwandsegmenten in der Werkstatt, d. h. vor Anlieferung und/oder vor dem Zusammenfügen in der Einbaulage. Rohrwände bzw. Membranrohrwände der vorstehend beschriebenen Art werden in Dampferzeugern von mit fossilen Brennstoffen beheizten Kraftwerken eingesetzt. Diese umfassen eine in den meisten Fällen rechteckige Brennkammer sowie einen darüber angeordneten Gaszug. Die Membranrohrwände bestehen aus Rohr-Steg-Rohr-Kombinationen, wobei sich die Rohre in der Einbaulage etwa senkrecht oder in einem Winkel zur Senkrechten erstrecken können und mit dem zu erhitzenden Arbeitsmedium durchströmt werden.
Sowohl bei der Fertigung als auch bei der Montage und ggf. bei Reparaturen von Membranrohrwänden können beim Schweißen lokal ungünstige Werkstoffzustände, insbesondere ungünstige Eigenspannungszustände auftreten, die sich durch Wärmebehandlung nach Herstellung der Schweißverbindung positiv beeinflussen lassen.
Eine solche Anlasswärmebehandlung bestimmter Rohrwand-Bestandteile ist beispielsweise ebenfalls in der DE 10 2008 037 085 B3 beschrieben, wobei dort vorgesehen ist, eine erste Wärmebehandlung mit einer Heizeinrichtung werkstattsei- tig vorzunehmen, wie dies im Übrigen allgemein bekannt ist. Als Heizeinrichtung wird hierzu in der Regel ein aufgrund der Abmessungen der Rohrwandregister hierfür angepasster Ofen benutzt, in dem die Rohrwandregister einzeln oder zu mehreren wärmebehandelt werden.
Eine solche Wärmebehandlung ist naturgemäß montageseitig nicht durchführbar.
In der DE 10 2008 037 085 B3 wird deshalb vorgeschlagen, die montageseitig vorzusehenden Schweißnähte, insbesondere die Rundschweißnähte, an den querseitigen Rundnahtregisterstößen mittels lokal und beiderseitig an den Rohrwandregistern angebrachter Heizeinrichtungen mit Wärme zu behandeln. Diese Heizeinrichtungen sind als geometrisch an die Rohrwandsegmente/Rohrwandregister angepasste Widerstands-Glühkassetten ausgebildet. Da eine solche Wärmebehandlung einen verhältnismäßig hohen Temperaturgradienten von den wärmezubehandelnden Schweißnahtbereichen zu den nicht aufgeheizten/aufge- wärmten Teilen der Rohrwand erzeugt, ist in der DE 10 2008 037 085 B3 vorgesehen, weitere Heizeinrichtungen im unmittelbaren Nachbarbereich zu den zuvor erwähnten Heizeinrichtungen anzuordnen, die zur Reduzierung des Temperaturgradienten Stützwärme erzeugen sollen.
Diese Anordnung ist apparativ verhältnismäßig aufwändig, nicht zuletzt wegen der erforderlichen weiteren Heizeinrichtungen zur Erzeugung von Stützwärme. Auch ist die Bereitstellung von angepassten Widerstands-Glühkassetten apparativ aufwändig. Schließlich erfordert die in der DE 10 2008 037 085 B3 beschriebene Maßnahme, dass Heizeinrichtungen beiderseitig an den Rohrwandregistern angebracht werden, d. h. auf der in der Einbaulage dem Kesselinneren zugewandten Seite sowie auf der dem Kesselinneren abgewandten Seite der Membranrohrwände, die üblicherweise mit einer Isolierung versehen ist. Eine Wärmebehandlung bei etwa erforderlichen Reparaturen mit Schweißarbeiten am Dampfer- zeuger ist auf diese Art und Weise nicht oder nur bedingt möglich, da jedenfalls die beiderseitige Zugänglichkeit der Membranrohrwand gewährleistet sein muss. Dies ist insbesondere dann beispielsweise nicht ohne Weiteres möglich, wenn die Membranrohrwände schon so weit montiert sind, dass im Bereich der querseiti- gen Rundnaht-Registerstöße bereits Füllbleche eingeschweißt worden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Schweißnähten von Kraftwerksbauteilen in der Einbaulage bereitzustellen, das besonders einfach ist, eine homogene und einfache Erwärmung von Schweißnähten auch an schwer zugänglichen Stellen ermöglicht und welches insbesondere einen hohen apparativen Aufwand vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Schweißnähten von Kraftwerksbauteilen, insbesondere zur montageseitigen Wärmebehandlung von Schweißnähten an Membranrohrwänden und/oder Rohrwandregis- tern in der Einbaulage innerhalb eines Dampferzeugers, wobei das Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass eine lokale Erwärmung einzelner Schweißnähte oder Gruppen von Schweißnähten konduktiv erfolgt. „Konduktiv" im Sinne der vorliegenden Anmeldung meint„elektrisch konduktiv", d. h. dass die betreffenden Schweißnähte strombeaufschlagt werden und aufgrund dessen eine Erwärmung durch ohmsche Wärme erfahren. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere nicht auf die Wärmebehandlung von Schweißnähten an Membranrohrwänden beschränkt, vielmehr kann dieses Verfahren verhältnismäßig einfach an fast allen Kraftwerksbauteilen in der Einbaulage angewendet werden, die aufgrund von Verschweißungen in der Einbaulage ungünstige Eigenspannungszustände aufweisen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ebenfalls nicht auf eine montageseitige Behandlung von Schweißnähten beschränkt, vielmehr kann dieses Verfahren auch eine werkstattseitige elektrische Kontaktierung wärmezubehandelnder Bauelemente vorsehen. Hierdurch kann auf eine vollständige Wärmebehandlung in einem Ofen vollständig verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorzug, dass dies eine sehr begrenzte, lokal homogene Wärmebehandlung der betreffenden Schweißnähte ermöglicht. Dies geht einher mit einem verhältnismäßig geringen Wärmeeintrag, woraus ein verhältnismäßig geringer Verzug der betreffenden Bauteile resultiert. Hierdurch werden ungünstige Eigenspannungen des Bauteils vermieden. Besonders vorteilhaft ist, dass für eine solche konduktive Wärmebehandlung ein verhältnismäßig geringer apparativer Aufwand erforderlich ist, und dass die Zugänglichkeit des Bauteils nicht von allen Seiten gegeben sein muss. Die konduktive Wärmebe- handlung durchwärmt die Schweißverbindung im Gegensatz zu anderen Wärmebehandlungen, wie beispielsweise die Erwärmung mit Heizmatten, Gasflamme oder Schweißbrenner, wesentlich homogener. Hierdurch lassen sich lokale Überhitzungen und dadurch bedingte ungünstige Werkstoffzustände, wie z. B. Teil- austenitisierung und eine übermäßige Oxidation der Bauteiloberfläche, vermei- den. Auch wird das Auftreten von hohen Temperaturgradienten, wie er beispielsweise in der DE 10 2008 037 085 B3 beschrieben ist, zuverlässig vermieden.
Besondere Vorzüge hat die erfindungsgemäße Wärmebehandlung bei der Wärmebehandlung von Schweißnähten an Membranrohrwänden und/oder Rohrwand- registern in der Einbaulage innerhalb eines Dampferzeugers, da das Verfahren nur eine einseitige Zugänglichkeit der betreffenden Schweißnähte erfordert. Das Verfahren kann darüber hinaus auch bei Reparaturmaßnahmen angewendet werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Wärmebehandlung auch an Membranrohrwänden oder Rohrwandregistern bereits werkstattseitig durchgeführt werden, ggf. unter Verzicht auf einen Ofen für die Wärmebehandlung.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Schweißnaht eines Bauteils unmittelbar oder in an die Schweißnaht angrenzenden Bereichen elektrisch kontaktiert wird. Bei einer besonders vorteilhaften Variante gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rundnähte von Rohrwandstößen aneinandergefügter Rohrwandregister in der Einbaulage einzeln oder gruppenweise konduktiv erwärmt werden.„Einzeln" heißt, dass beispielsweise jede einzelne Rundschweißnaht eines Rohrwandstoßes elektrisch kontaktiert wird, d. h. erwärmt wird. Eine elektrische Kon- taktierung kann allerdings auch beispielsweise an sich quer erstreckenden Rohrwandstößen zweier aneinandergefügter Rohrwandregister über die gesamte Registerbreite erfolgen. Dann ist eine elektrische Kontaktierung des Rohrwandregisters auf Höhe der Rundschweißnähte beispielsweise nur zwischen jeweils drei oder mehreren Rohren vorzunehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung an Rundschweißnähten an sich quer erstreckenden Registerstöße beschränkt, vielmehr kann das Verfahren auch auf die geschweißten Längsnähte zwischen Rohr und Steg sowie auf die sich in der Einbaulage etwa senkrecht oder in einem Winkel hierzu erstreckende Schweißnähte angewendet werden, die die seitlichen Rohrwand-Registerstöße miteinander verbinden. Grundsätzlich können die wärmezubehandelnden Schweißnähte unmittelbar elektrisch kontaktiert werden, beispielsweise mittels Schweißzangen, Kontaktbolzen oder dergleichen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine elektrische Kontaktierung auf den Stegen einer Membranrohrwand in jeweils an die Rundnähte von Rohrwandstößen angrenzenden Bereichen der Stege erfolgt.
Das Verfahren kann das Anbringen und die elektrische Kontaktierung von Kon- taktbolzen auf wenigstens zwei Stegen eines Rohrwandregisters einer Membranrohrwand vorsehen.
Kontaktbolzen können beispielsweise mittels Bolzensetzgerät von der zugänglichen Kesselinnenseite her auf die Stege aufgebracht werden. Diese Kontaktbol- zen können beispielsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Wärmebehandlung das Anlegen und Halten einer elektrischen Spannung umfasst, die eine lokale Erwärmung, d. h. eine Erwärmung der Schweißnaht zwischen 600°C und 1.050°C, bevorzugt zwischen 650°C und 750°C, über eine Zeitspanne bis zu 4 Stunden bewirkt.
Die zu behandelnden Rohrwandsegmente umfassen Rohre mit einem Durchmesser zwischen 25 und 60 mm und einer Wandstärke von < 15 mm, wobei eine Temperatur innerhalb der betreffenden Schweißnaht wenigstens über eine Zeit- spanne von einer Minute gehalten werden sollte.
Bei den im Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungsverfahren werden für die Wärmebehandlung Zeitspannen von 60 Minuten bis zu 120 Minuten gefordert, da insbesondere bei Strahlungswärmeeintrag, beispielsweise mittels Wider- stands-Glühkassetten, sich zwangsläufig ein Temperaturprofil von außen in das Innere der Schweißnaht einstellt und die Wärmestromdichte der von außen einzubringenden Wärme nicht zu hoch sein darf, damit kein allzu hoher Temperaturgradient zu den angrenzenden Bereichen des Werkstoffs auftritt. Mit dem erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahren lässt sich die erforderliche Zeitspanne für die Wärmebehandlung beachtlich reduzieren.
Bevorzugt erfolgt die konduktive Erwärmung durch Anlegen einer Wechselspannung, vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 50 Hz, was der Netzfrequenz entspricht.
Alternativ wäre auch das Anlegen einer Gleichspannungsquelle möglich.
Eine konduktive Erwärmung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise mit einer elektrischen Leistung von bis zu 100 kW, vorzugsweise zwischen 5 und 10 kW, erfolgen.
Bevorzugt erfolgt die Erwärmung mit einer verhältnismäßig hohen Stromstärke bei verhältnismäßig geringer Spannung. Beispielsweise kann eine konduktive Erwärmung mit einer Stromstärke zwischen 10 und 25 kA erfolgen.
Das Verfahren wird nachstehend am Beispiel der Wärmebehandlung von Rundschweißnähten an Membranrohrwänden erläutert. Wie eingangs erwähnt, ist allerdings auch die Wärmebehandlung anderer Kraftwerkskomponenten in der Einbaulage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich und sinnvoll.
Figur 1 zeigt eine Teilansicht zweier aneinander grenzender, nicht vollstän- dig miteinander verbundener Rohrwandregister 1 im Bereich der quer verlaufenden Registerstöße 2,
Figur 2 zeigt eine Teilansicht der in der Einbaulage miteinander
Rohrwand verbundenen Rohrwandregister, und Figur 3 zeigt eine der Figur 2 entsprechende Ansicht, die die Lage der Kontaktbolzen für die elektrische Kontaktierung veranschaulicht.
Jedes Rohrwandregister 1 umfasst beispielsweise drei im vorliegenden Fall vertikal ausgerichtete Rohre 3, welche beispielsweise als medienführende Rohre im Bereich der Strahlungsheizflächen eines Dampferzeugers ausgebildet sind. Mehrere Rohrwandregister 1 übereinander und nebeneinander bilden eine Membranrohrwand des Kessels eines Dampferzeugers. Die einzelnen Rohre 3 sind über Stege 4 fest miteinander zu den Rohrwandregistern 1 (Rohrpaneelen) ver- bunden. Die Rohre können beispielsweise eine Wandstärke von etwa 3 bis 6 mm und einen Durchmesser zwischen 25 und 60 mm aufweisen und aus chromhaltigen, martensitischen oder austenitischen Stählen oder Nickelbasislegierungen bestehen. Figur 1 zeigt zwei Rohrwandregister 1 in der nicht vollständig zusammengefügten Einbausituation, in welcher bereits zwei Rundschweißnähte 5 an miteinander verbundenen Rohrstößen 6 gesetzt sind.
Werkstattseitig wurden die Rohrwandregister 1 so hergestellt, dass die Rohrstöße 6 jeweils über die von den Stegen 4 gebildeten Registerstöße 2 hervorstehen, so dass bei zusammengefügten Rohrstößen 6 zwischen einzelnen Rohrwandregistern 1 ein Schlitz 7 frei bleibt, in welchen nach Fertigstellen der Rundschweißnähte ein Füllblech 8 eingeschweißt wird (siehe Figur 2). Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Rundschweißnähte 5 jeweils beiderseits jeweils auf der dem Kesselinnern zugewandten Seite (in den Zeichnungen der dem Betrachter zugewandten Seite) im Bereich der Stege 4 mit Kontaktbolzen 9 zu versehen, an welche beispielsweise eine Wechselspannung von 0,22 V bei einer Stromstärke von 27 kA angelegt wird.
Eine mögliche Anordnung der Kontaktbolzen ergibt sich beispielsweise aus der Figur 3.
Bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung der Kontaktbolzen 9 sind diese jeweils auf dem Füllblech 8 beiderseits der Rundschweißnähte 5, d. h. bezogen auf die Einbaulage, in einer etwa horizontalen Reihe angeordnet. Alternativ können die Kontaktbolzen auch jeweils nach oben und unten versetzt, d. h. in Zickzack-Anordnung, vorgesehen sein. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Wärmebehandlung der Rundschweißnähte 5 nach dem Einbringen der Füllbleche 8 vorgesehen, selbstverständlich können beispielsweise bei nach oben und unten versetzter Anordnung von Kontaktbolzen 9 die Rundschweißnähte 5 oder aber auch nicht dargestellte Längsschweißnähte zwischen Rohr 3 und Steg 4 oder an den seitlichen Registerstößen wärmebehandelt werden. Schließlich können anstelle der insgesamt vier Kontaktbolzen in Figur 3 auch nur jeweils zwei Kontaktbolzen je Rohrwandregister vorgesehen sein.
Die besondere Anordnung der Kontaktbolzen 9 gewährleistet eine vollständige Stromdurchflutung der Rundschweißnähte, und zwar voll umlaufend, auch bei bereits vollständig fertiggestellter Membranrohrwand mit auf der dem Betrachter abgekehrten Seite vorgesehener Isolierung. An dieser Stelle sei nochmals hervorgehoben, dass eine elektrische Kontaktierung der Membranrohrwände oder Rohrwandregister 1 nur auf der dem Betrachter zugewandten Seite, d. h. kessel- seitig, erforderlich ist.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt das Anlegen einer Wechselspannung mit 50 Hz mit einer Stromstärke von 27 kA (27.000 A) bei einer elektrischen Leistung von 6 kW. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Kontaktbolzen zur Kontaktierung beschränkt, vielmehr können Stromzangen oder andere Kontaktierungen vorgesehen sein. Die Stromleitungen werden zweckmäßigerweise gekühlt. Vorzugsweise kann dies mittels Wasserkühlung oder Flüssigstickstoffkühlung erfolgen. Wenn die Füllbleche 8 nicht montiert sind, kann beispielsweise aber auch eine Erwärmung der Rundschweißnähte 5 durch unmittelbare elektrische Kontaktierung der Rundschweißnaht 5 an diametral gegenüberliegenden Stellen vorgesehen sein. Zwei an der Rundschweißnaht 5 gegenüberliegend vorzusehende Kontakte könnten beispielsweise verhältnismäßig einfach mittels einer Stromzange hergestellt werden. Bezugszeichen
1 Rohrwandregister
2 Registerstöße 3 Rohre
4 Stege
5 Rundschweißnähte
6 Rohrstöße
7 Schlitz
8 Füllblech
9 Kontaktbolzen