Werkstoffcharakterisierung unter Wasserstoffeinfluss für Schweiß- und Lötverbindungen
Ziel des Teilvorhabens ist die Erarbeitung einer Methode, um den Einfluss von Wasserstoff auf Schweiß- und Lötverbindungen bei der Auslegung von brennstoffführenden Komponenten zu berücksichtigen. Hierzu werden Materialkennwerte für die Grundwerkstoffe und für die gefügten Zustände als Referenz an Luft sowie unter Wasserstoffatmosphäre benötigt.
Anhand dieser Ergebnisse zeigen wir auf, inwiefern das Festigkeits- und Lebensdauerverhalten einerseits durch den Fügeprozess und andererseits durch die Überlagerung mit einer versprödenden Wasserstoffatmosphäre beeinflusst wird. Diese Methode soll nachfolgend eine Vorbemessung anwendungsrelevanter Komponenten ermöglichen und die Anwendbarkeit der Ergebnisse sowie die Überführung in die Praxis zur Bemessung sicherstellen.
Basistechnologien für 100 Prozent Wasserstoffgasturbinen
Der Kernpunkte des Projektes H2BED ist die Entwicklung von Basistechnologien für 100% Wasserstoffgasturbinen zur Beschleunigung der Energiewende in Deutschland. Das Vorhaben ist hierbei in 3 Hauptarbeitspakete - DLE-Wasserstoffverbrennung, Werkstoffe und Wärmedämmschichten - unterteilt.
Diese Arbeitspakete werden sowohl vom Konsortialführer Siemens Energy als auch von den Partnern bestehend aus TU Berlin, DLR Stuttgart, IFINKOR, Forschungszentrum Jülich sowie dem Fraunhofer LBF bearbeitet.
Wir bearbeitet gemeinsam mit Siemens Energy Mülheim die geplanten Arbeiten im Arbeitspaket Werkstoffe. Unser Hauptschwerpunkt liegt in der Analyse und Bewertung des Festigkeits- und Lebensdauerverhaltens der eingesetzten Grundwerkstoffe und der mittels Schweißen und Löten gefügten Werkstoffzustände.
Festigkeits- und Lebensdauerverhalten wasserstoffbeaufschlagter Werkstoffe
Anhand von verschiedenen Untersuchungen werden Fragestellungen z.B. zum Einfluss der Temperatur, der Wasserstoffkonzentration, der Gefügeausbildung, der Fügeverfahren, Kerbwirkung, Mittelspannungseinfluss sowie weiteres untersucht.
Die Ergebnisse werden am Ende des Vorhabens zusammengefasst und in einer Methode aufbereitet, um Grundlagen für die Anwendbarkeit in der Praxis bei der Auslegung von Wasserstoff-beaufschlagten Komponenten bereitzustellen.
Zyklische Werkstoffcharakterisierung unter Druckwasserstoff
Bei der Bearbeitung der geplanten Untersuchungsinhalte sind verschiedenen Herausforderungen zu meistern. Die erste liegt in der Fertigung der zu untersuchenden Werkstoffproben.
Neben Grundwerkstoffproben (Grundwerkstoff) sind sowohl Proben allein bestehend aus Schweißzusatzwerkstoff (Schweißzustand) sind auch geschweißte und gelötete Proben (Integralproben) zu fertigen. Da hierzu Serienanlagen zum Einsatz kommen ist der Aufwand der Probenfertigung enorm.
Im Anschluss erfolgt bei uns am Fraunhofer LBF die zyklische Werkstoffcharakterisierung anhand von dehnungsgeregelten Schwingfestigkeitsversuchen sowohl unter Umgebungsatmosphäre als auch unter Druckwasserstoffatmosphäre (bis max. 50 bar).
Hierzu betreiben wir eine eigens entwickelte Versuchsanlage, welche es auf Basis der Vollproben-Autoklaventechnik erlaubt, derartige Versuche durchzuführen.
Aufgrund des sehr umfangreichen Versuchsprogramms wird aktuell noch eine zweite Anlage aufgebaut, welche eine Versuchsdurchführung bei Drücken bis maximal 100 bar ermöglicht.
Die ermittelten Ergebnisse der zyklischen Werkstoffcharakterisierung werden stetig mit den Ergebnissen der quasi-statischen Untersuchungen abgeglichen und durch Analysen der Wasserstoffgehaltsmessungen ergänzt und bewertet.
Ziel ist die Identifikation von Zusammenhängen und Abhängigkeiten, welche zur Beschreibung und Übertragung des Werkstoffverhaltens unter Wasserstoffatmosphäre bei der Auslegung Anwendung finden.
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF