v-MSG-Schweißen - Bayern Innovativ

Schweißtechnische LehrLehr- und Versuchsanstalt
SLV München – Niederlassung der GSI mbH
Schließen von Plattierungslücken an NiNi-Basis
Basis--plattierten
Blechen einer Rauchgasentschwefelungsanlage
MSG--Schweißen - eine wirtschaftliche Alternative zu den
MSG
bisher eingesetzten WIGWIG-Verfahren
W. Wiedemann, Babcock Noell Würzburg
S. Pommer, SLV München
Cluster-Forum
Schweißtechnik im Kraftwerksbau
20.10.2009, SLV München, NL d. GSI mbH
Inhalt
1. Einleitung
2. Rauchgasentschwefelungsanlage REA Kraftwerk Boxberg Block R
- Technische Daten und Funktionsprinzip
3. Konstruktion und Werkstoffe
- Konstruktion des Wärmetauscherkanals in der REA Boxberg
- Funktion der walzplattierten Werkstoffe
- Stoßarten und Schweißnahtdetails
4. Anforderungen an die Schweißverbindungen
- Fe-Gehalte in der Decklage
- Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 5817
- Zusatzkriterien
5. Stand der Technik
- Vergleich der Schweißverfahren v-WIG-Heißdraht, v-WIG-Kaltdraht, v-MSG
- Schweißnahtvorbereitung und Schweißfolge
- Aufmischungsgrade, Anzahl der erforderlichen Lagen und Raupen
- Ergebnisse voll- und teilmechanisierter Schweißversuche mit dem MSG-Prozess
6. Qualifizierung des MSG-Schweißens für den Einsatz in der REA Boxberg Block R
7. Einsatz auf der Baustelle
8. Zusammenfassung und Ausblick
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Rauchgasentschwefelungsanlage REA
Boxberg Block R
Braunkohlekraftwerksblock
Leistung 675 MW
Wirkungsgrad > 43%
Baubeginn: 10/2006
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Rauchgasentschwefelungsanlage REA
Boxberg Block R
Messstation
Reingaskanal
Bedingungen in der REA
Absorber
Rauchgasmenge: 2.600.000 Nm3/h
Wärmeverschiebesystem RVS
SO2-Eingangskonzentration:
8.400 mg/Nm3, tr.
Gef. SO2-Abscheidegrad: 97,5%
Wandtemperatur: ca. 130°C
Rauchgaskondensatbildung
durch Taupunktunterschreitung
Staubfracht: 20 mg/Nm3, tr.
Rohgaskanal
pH-Wert: < 2
„beste“ Bedingungen für
Loch- u. Spaltkorrosion
Inbetriebnahme: Januar 2010
Suspensionspumpenstation
Auftraggeber: Vattenfall Europe
Generation AG & Co KG
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Konstruktion und Werkstoffe
Aus Kostengründen beträgt der Anteil gummierter Rauchgaswäscher (Absorber)
in neu gebauten Rauchgasentschwefelungsanlagen mehr als 85%.
Für die kritischen Bereiche des Rauchgasweges wie den Wärmetauscherkanal
und den Gaseintrittskanal in den Wäscher entscheiden sich die Betreiber aber
immer wieder für die Verwendung des hoch korrosionsbeständigen Werkstoffes
NiCr23Mo16, (Werkstoffnr. 2.4605, Nicrofer 5923 h Mo, alloy 59) in Form von
walzplattierten oder massiven Blechen.
Der Wärmetauscherkanal der REA Boxberg, Block R ist eine typische
Gitterwerkkonstruktion aus Stützrahmen mit eingewechselten Hauptträgern und
kleineren Aussteifungen, die eine Blechhaut aus Ni-Basis-walzplattierten
Blechen trägt und stabilisiert.
Trägerwerkstoff:
S235/S355, t = 5 mm → Statik
Plattierungswerkstoff: NiCr23Mo16, t = 1,8/2,0/3,0 mm → Korrosionsbeständigkeit
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Konstruktion und Werkstoffe
Wärmeverschiebesystem RVS
(l x b x h ca. 28 x 10 x 10 m)
Absorber
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Ni-Basis-walzplattierte Blechfelder im RVS
(Plattierungsdicken 1,8 – 3,0 mm)
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Konstruktion und Werkstoffe
Detail „Profilstoß“, PA, PF/PG, PE
ca. 800 m
Detail „freier Blechstoß“, PA, PC, PF/PG,
ca. 200 m
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Detail „Eckstoß“, PB, PD
ca. 120 m
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Anforderungen an die
Schweißverbindungen
Schweißverbindungen auf der Trägerwerkstoffseite S235/S355:
Bewertungsgruppe C nach DIN EN ISO 5817
Schweißverbindungen auf der Plattierungsseite NiCr23Mo16:
Korrosionswiderstand der geschlossene Plattierungslücke gleich wie Walzplattierung
Max. Fe-Gehalt in Decklage ≤ 3%
Bewertungsgruppe B nach DIN EN ISO 5817 mit Zusatzkriterien
- Nahtüberhöhung max. 2 mm
- offene Poren nicht zulässig
- Anlauffarben und Beläge nicht zulässig bzw. sind nach dem Schweißen zu entfernen
- festhaftende Schweißspritzer nicht zulässig bzw. müssen entfernt werden
Mit den bisher eingesetzten Verfahren WIG, v-WIG-HD und v-WIG-KD
konnten diese Anforderungen erfüllt werden.
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Anforderungen an die
Schweißverbindungen
Loch- und Spaltkorrosionsangriff an Schweißnaht und Grundwerkstoff eines Reingaskanals infolge zu hoher Aufmischungsgrade
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Stand der Technik
Vergleich der Schweißverfahren
v-WIG-HD-Schweißen
v-WIG-KD-Schweißen
v-MSG-Schweißen
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 13 mm + 2 mm
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 10 mm + 2 mm
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 5 mm + 2mm
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Stand der Technik
Vergleich der Schweißverfahren
v-WIG-HD-Schweißen
v-WIG-KD-Schweißen
v-MSG-Schweißen
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 13 mm + 2 mm
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 10 mm + 2 mm
walzplattiertes Blech
S235 + 2.4605, 5 mm + 2mm
Nahtübersichten
Querschliffe
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Stand der Technik
Vergleich der Schweißverfahren
Vergleichskriterium
v-WIG-HD
v-WIG-KD
v-MSG
PF/PG
PF
PG
Stromart
DC- gepulst
DC- gepulst
CMT-Puls
erf. Lagen/Raupen für Fe < 3%
3-4/7-8
4-5/8-9
1-2/1-2
Fe-Gehalt DL, ∅/max [%]
2,2 / 3,1
2,4 / 3,4
<1
Schweißgeschw. DL [cm/min]
20 - 25
8 - 11
30 - 70
ca. 5
ca. 5,2
ca. 4,5
Ar + 2% H2
Ar + 2% H2
Ar+30%He+0,03%O2
gering, 0,5 – 1 mm
hoch, 4 – 5 mm
mittel, 1 – 2 mm
(gilt nur für das Schließen der
Lücke von der Plattierungsseite
mit ZW NiCr23Mo16)
Querschliffe
Schweißposition
Streckenenergie/Raupe [kJ/cm]
Schutzgas
Schleifaufwand
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konventioneller Kurzlichtbogen
Strom bewirkt Tropfenablösung
Werkstoffübergang ist mit hohem Stromfluss verbunden
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Stromstärke [A]
Spannung [V]
CMT - Cold Metal Transfer (Fronius)
Kurzlichtb. mit reversibler Drahtförderung
Die Tropfenablösung und Lichtbogen-Wiederzündung wird durch die
Rückzugbewegung der Drahtelektrode unterstützt.
Werkstoffübergang und Lichtbogen-Wiederzündung erfolgt bei geringer Stromstärke
„Mechanische Erfassung und Einstellung“ der Lichtbogenlänge
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CMT-Puls-Schweißen
MSGp
CMT
MSGp
CMT
MSGp
Schweißen mit periodisch wechselnden Lichtbogenleistungen und
Werkstoffübergangsarten erhöht den Leistungsbereich und das Einsatzgebiet
Variabel einstellbare Anzahl von CMT- und Impulslichtbogenzyklen ermöglicht exakte
Prozessanpassung an die Fügeaufgabe
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Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten
und Schweißpositionen
v-MSG am „Profilstoß“ PE
v-MSG am Eckstoß PD
FeGehalt
< 1%
Strichraupe
Pendelraupe, Ampl. ± 6 mm, f = 1,1 Hz
1WL+2FL -PA
T 23 12
1.4332
DL - PE
1 Pendelr.
NiCr23Mo16
CMT-Puls, vS=12cm/min, Ieff=116 A, Ueff=19,5 V
E=11,3 kJ/cm, Ar+30%He+2%H2+0,055%CO2
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CMT-Puls, vS=50cm/min, Ieff=139 A, Ueff=18,3 V
E=3 kJ/cm, Ar+30%He+2%H2+0,055%CO2
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Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten
und Schweißpositionen
v-MSG am „Profilstoß“ PE
CMT-Puls, vS = 12 cm/min, vD = 7,7 m/min, Ieff = 116 A, Ueff = 19,5 V,
E = 11,3 kJ/cm, Ar + 30% He + 2% H2 + 0,055% CO2
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Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten
und Schweißpositionen
t-MSG am „Profilstoß“ PG
t-MSG am T-Stoß PD
FeGehalt
< 1,5%
Strichraupen, Übergänge ggf. Beschleifen
Schweißraupe leicht gependelt
1FL+DL - PG
je 3 Raupen
NiCr23Mo16
1WL - PF
T 19 12 3
1.4430
CMT, Ieff=120–140A, Ueff=14,0–16,0V
Ar + 30% He + 2% H2 + 0,055% CO2
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CMT, Ieff=130–140A, Ueff=15,5–17,0V
Ar + 30% He + 2% H2 + 0,055% CO2
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Qualifizierung des Schweißverfahrens
Das vollmechanisierte MSG-Schweißen wurde am „freien Blechstoß“ in Schweißposition PG über Verfahrensprüfung inkl. Korrosionsprüfung gemäß ASTM G-28
Methode B durch Babcock Noell qualifiziert und von VGB/Vattenfall anerkannt.
Für den „Profilstoß“ in Position PE und PG sowie den Eckstoß in Position PD sind
die Schweißparameter, Arbeits- und Randbedingungen optimiert. In internen
Untersuchungen wurde der Nachweis für den Einsatz in Boxberg erbracht.
Für schwer zugängliche Stellen wie z.B. Eckbereiche und kurze Schweißnähte
wurde das MSG-CMT-Handschweißen für sämtliche Stoß- und Nahtarten in
verschiedenen Positionen ebenfalls über Verfahrensprüfungen qualifiziert und
auf der Baustelle in Boxberg auch erfolgreich eingesetzt.
Aufgrund des speziellen Handbrenners (Gewicht ca. 2,0 kg) wurden jedoch im Vorfeld
für den Baustelleneinsatz sechs Schweißer entsprechend trainiert und durch
Schweißerprüfungen qualifiziert.
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Einsatz auf der Baustelle
t-MSG
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v-MSG am „Profilstoß“ PG
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Zusammenfassung / Ausblick
Die Erfahrungen und Ergebnisse auf der Baustelle in Boxberg zeigen, dass das MSGCMT-Schweißen sowohl voll- als auch teilmechanisiert (von Hand) an allen in der
REA Boxberg vorkommenden Stoßarten und Schweißpositionen sehr gut geeignet ist.
Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Schweißverfahren v-WIG-Heißdraht und
v-WIG-Kaldraht sind zum Erreichen der geforderten Fe-Gehalte von < 3% in der
plattierungsseitigen Decklage signifikant weniger Lagen und Raupen erforderlich.
Aufgrund der höheren Schweißgeschwindigkeiten können die Schweißungen
zudem effizienter und mit geringerem Wärmeeintrag in die Konstruktion ausgeführt
werden.
Die Montageschweißungen in der REA Boxberg Block R mit einer Gesamtnahtlänge
von ca. 1500 m wurden erfolgreich abgeschlossen. Die Auswertung der Schweißergebnisse in Bezug auf Qualität, Nacharbeit, Wirtschaftlichkeit, etc. sind derzeit noch
in Arbeit.
Die Kosten für die Montage von walzplattierten Blechen können mit Anwendung
des effizienteren MSG-CMT Schweißverfahren gesenkt und somit die Attraktivität
von Ganzmetall-Konstruktionen im Rauchgasweg von Rauchgasreinigungsanlagen
wieder erhöht werden.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Gerne prüfen und beurteilen wir den wirtschaftlichen Einsatz neuer MSG-Varianten
auch für Ihre Anwendungsfälle
–
herstellerunabhängig und neutral.
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