Berichteband_390LP

2023
DVS-BERICHTE
UNTERWASSERTECHNIK

SPEZIALBÜRO FÜR UNTERWASSERAUFGABEN
Seit Seit 1965 erfolgreich untergetaucht
- - Ausführung sämtlicher Unterwasserarbeiten
- - Meisterbetrieb
- - Herstellerbetrieb nach DVS 1801
- - DNV-GL geprüfte Unterwasserschweißer
- - DNC-GL DNV Zulassung für für Schiffbesichtigungen
- Execution of all all underwater works works
- Masterbusiness
Masterbusiness
- Manufacturer according to DVS 1801
- Manufacturer according to DVS 1801
- DNV tested underwater welder
- DNV-GL tested underwater welder
- DNV Approval for ship inspections
- DNV-GL Approval for ship inspections
Mutzeck GmbH
Mutzeck GmbH
GF Axel Mutzeck & Niklas Mutzeck
GF Axel Mutzeck
Am Wiesengrund 17
24211 Schellhorn,
Am Wiesengrund 17
Groß Hasselrod 1
24159 24211 Kiel Schellhorn Holtenau und
24148 Kiel Kiel / / Marinearsenal
Telefon 0 43 42 / 8 38 24
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Telefax 0 43 42 / 8 72 41
Telefax 0 43 42 / 8 72 41
E-Mail: info@unterwasserkrause.de
www.unterwasserkrause.de
E-Mail: info@unterwasserkrause.de
www.unterwasserkrause.de

UNTERWASSERTECHNIK
2023
Langfassungen der Vorträge der gleichnamigen
Fachtagung in Essen
am 12. und 13. September 2023
im Rahmen des DVS CONGRESS
Proceedings of the correspondent
symposium in Essen
on 12 th and 13 th September 2023
within the framework of the DVS CONGRESS
Veranstalter//Host:
DVS – Deutscher Verband für Schweißen und
verwandte Verfahren e. V., Düsseldorf

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Bibliographic information published by the Deutsche Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen
Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
http://dnb.d-nb.de abrufbar.
The Deutsche Nationalbibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie;
detailed bibliographic data are available on the Internet at http://dnb.d-nb.de.
DVS-Berichte Band/Volume of Reports 390
ISBN 978-3-96144-232-4 (Print)
ISBN 978-3-96144-233-1 (E-Book)
Alle Rechte, einschließlich Übersetzungsrecht, vorbehalten. Nachdruck und Vervielfältigung dieses
Bandes oder von Teilen desselben nur mit Genehmigung der DVS Media GmbH, Düsseldorf.
All rights, also for translation, are reserved. The reproduction of this volume or of parts of it only
with approval of the DVS Media GmbH, Düsseldorf.
© DVS Media GmbH, Düsseldorf/DE ⋅ September 2023
Herstellung/Production: Print Media Group GmbH, Hamm

Vorwort
Alle zwei Jahre ist der DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V.
Veranstalter der Tagung UNTERWASSERTECHNIK (UWT) und bringt Experten sowie die
verschiedensten Marktteilnehmer der Unterwassertechnik zusammen. Die Vortragenden und
Teilnehmer sind Forscher und Entwickler, Anwendungsingenieure, Berufstaucherinnen und -
taucher, Vertreterinnen und Vertreter des Offshore-Energiemarktes und andere Interessierte. In
diesem Jahr findet die Tagung UNTERWASSERTECHNIK am 12. und 13. September unter dem
Dach des DVS CONGRESS sowie parallel zur Weltleitmesse SCHWEISSEN & SCHNEIDEN vom
11. bis 15. September 2023 in Essen statt. Den Teilnehmern der Veranstaltung eröffnet sich die
Gelegenheit sich nicht nur im Rahmen der Vorträge über die aktuellen Themen der
Unterwassertechnik zu informieren, sondern außerdem die praxisbezogenen Anwendungen in
Form von Ausstellungsständen und Exponaten zu besichtigen.
Die UWT hat sich seit 2008 zu einer der wichtigsten Branchentreffpunkte für die Tauch- und
Maritime Industrie entwickelt. Die Vortragenden gehören zu den wichtigsten Vertretern in ihrem
jeweiligen Anwendungsbereich. Neben den Informationen zu Fachthemen der Unterwassertechnik
besteht im Rahmen der Tagung die Gelegenheit, alte Bekanntschaften zu pflegen und neue
Partner kennenzulernen, um sich über die fachspezifischen Themen der Unterwassertechnik
auszutauschen.
In diesem Jahr wird die Fachtagung erstmalig mit einem deutschsprachigen und einem
englischsprachigen Programmteil aufwarten.
Folgende Themen stehen in diesem Jahr auf der Agenda: Neues aus Forschung und Entwicklung,
Verfahren und Verfahrensentwicklungen beim Unterwasserschweißen und -schneiden,
Elektrodenentwicklung, Normen und Regelwerke, Zerstörungsfreie Prüfungen Unterwasser sowie
Praxisbeispiele aus der Unterwassertechnik.
Wir freuen uns, Sie zu diesem besonderen Austausch begrüßen zu dürfen.
Dipl.-Ing. D. Engel
Vorsitzender der
Programmkommission
Dipl.-Ing. C. Heering
DVS e. V.
Forschung und Technik

Foreword
Every two years, the German Welding Society (DVS) organizes an UNDERWATER
TECHNOLOGY CONFERENCE (UTC). The initial conference occurred in 2008. Since then, this
biennial conference brings together a diverse group of stakeholders. The speakers and attendees
include professional divers, dive supervisors, ROV operators, engineers, academia,
representatives from the offshore energy market and others. The 2023 UTC is scheduled to take
place in conjunction with the DVS CONGRESS and the international trade fair “Joining, Cutting,
Surfacing – SCHWEISSEN & SCHNEIDEN” in Essen, Germany, from September 11 through
September 15, 2023.
Over the preceding decade, the UTC has become one of the most important communication hubs
for the diving and maritime industry. The conference always draws between 100 to
120 participants, with presenters often belonging to key stakeholders in their respective fields.
Presentations will be offered in English and in German.
The presentations range from introduction and status of research projects in underwater welding
and cutting, electrode development and others, standards, underwater NDT/ NDE, underwater
welding, introduction of underwater case studies and much more. The UTC takes place in
sequence parts in English and German language.
We look forward to welcoming you to this special exchange.
Dipl.-Ing. D. Engel
Chairman of the
Program Commission
Dipl.-Ing. C. Heering
DVS e. V.
Research and Technology

Inhaltsverzeichnis/Table of Contents
Vorwort/Foreword
Langfassungen/Proceedings
Praxiserfahrung in der Unterwassertechnik
A. Jankowski, Schwarmstedt
SLOFEC®-Spundwandprüfung: Wirbelstromprüfung auf mikrobiell
induzierte Korrosion (MIC) …………………………………………………………………… 1
P. M. Vargas, Houston/US, S. Altstadt, Northbrook/US, U. Aschemeier, Miami/US
Ermüdungs- und Bruchverhalten von unter Wasser Schweiß-Verbindungen
in Kehl- und vollständig durchgeschweißten Strumpfnähten …………………………… 12
C. Zarach, Finsterwalde; N. Mutzeck, Schellhorn; T. Hassel, Hannover
Praxisnahe Innovationen zur Erweiterung der Einsatzgrenzen der
Unterwasserschweißtechnik ………………………………………………………………..… 32
Aktuelles aus Forschung und Technik
P. Dewald, R. Sharma, U. Reisgen, Aachen
Verbesserung der mechanisch technologischen Eigenschaften von
nass unter-wasser-geschweißten Kehlnähten an hochfesten Stählen ………………… 38
W. Flügge, L. Fröck, C. Wald, Rostock | M. Gude, I. Koch, C. Düreth, K. Tittmann, Dresden
Lebensdaueranalyse für Klebverbindungen in großen FKV-Strukturen mit
variierenden Klebschichtdicken ……………………………………………………………… 45
N. Steinbrecher, H. J. Maier, S. Barton, Hannover
Zerstörungsfreie Bewertung der Härte an Wärmeeinflusszonen von
Schweißnähten unterhalb der Wasserlinie - IGF-Nr. 21.504 N …………………………… 49
O. Brätz, Rostock; T. Scheithauer, T. Hassel, H. J. Maier, Garbsen; K.-M. Henkel, Rostock
Schwingfestigkeit von unter Wasser nass geschweißten Konstruktionsdetails ………… 56
L. Vaccari, T. Wolf, I. Lendiel, H. J. Maier, T. Hassel
Untersuchung zum Korrosionsrisiko beim Einsatz von austenitischem
Schweißgut zur Vermeidung wasserstoffinduzierter Rissbildung beim nassen
Unterwasserschweißen ………………………………………………………………………. 68

Research and Development
S. Staude, B. Weustermann, Mülheim an der Ruhr
Shortage of skilled work force: a different approach for alternative recruiting ………… 78
A. Moreno-Uribe, L. Vaccari, I. Lendiel, T. Wolf, T. Hassel
Implementation of Pulsed – Shielded Metal Arc Underwater Welding (P-SMAUW) …… 81
O. Kahmen, R. Rofallski, N. Brumm, T. Luhmann
Digital visual testing of welds under water using optical 3D
measurement technology with image-variant illumination ………………………………… 93
Application of underwater welding
J. Schmerl, Long Beach/US
Freeport Bahamas, Pier Repair, Pier 4 Phase 1 ……………………………….………….. 102
W. McDonald, Washington/US
Experience of a Female Working in a Male-Dominated Industry ………………………… 108
G. Ramesh Babu (SE); U. Aschemeier (US)
Analysis of structural integrity on underwater wet welding
in maritime applications …………………………………………………………………….… 118
Offshore applications
Earl L Toups, Aberdeen, Scotland; Christian Rowolt, Rostock/DE
Underwater Weld Defect Excavations on Subsea Structures
Using Hydro-Carbon Arc Gouging ……………………………………………………...…… 124
U. Aschemeier, Miami/US; B. Xavier, L. Furtado, Rio de Janeiro/BR
Underwater wet weld repair of the bilge keel of an FPSO …………………………...…… 137
U. Aschemeier, Cincinnati/US; B. Xavier, G. Real, Rio de Janeiro/BR
Fatigue long term assessment for root cause analysis in turret moored
FPSO bilge keel crack findings …...…………………………………..……………………... 151
P. Junkers, Krailing near Munich/DE
Research project confirms superiority of hydraulic yield-point controlled tightening
for bolted connections under water or in the so-called splash zone …...………………... 161
Verfasserverzeichnis/List of Authors ………………………………………..……… 165

SLOFEC ® -Spundwandprüfung: Wirbelstromprüfung auf mikrobiell
induzierte Korrosion (MIC)
KontrollTechnik GmbH Schwarmstedt
Axel Jankowski
Einleitung
Das Thema dieses Skriptes ist der Nachweis eines Schadensmechanismus‘ an Stahlbauwerken, der schwierig
zu erkennen ist, da er oft an der nicht einsehbaren Seite von Bauteilen auftritt. Es handelt sich dabei um
mikrobiell induzierte Korrosion (MIC), hervorgerufen durch Bakterien. Diese Bakterien wandeln schwefelhaltige
Verbindungen in Schwefelsäure um, wodurch der PH-Wert der unmittelbaren Umgebung von Stahlbauteilen
sinkt und eine Säurekorrosion stattfinden kann.
Um die Sicherheit von möglicherweise betroffenen Bauwerken zu beurteilen, werden wiederkehrende Prüfungen
durchgeführt.
Im Folgenden wird eine zerstörungsfreie Prüfmethode beschrieben, die durch den Nachweis von MIC die Sicherheit
bei der Beurteilung der Standsicherheit von Stahlbauwerken maßgeblich erhöht.
Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von Spundwänden.
Schadensart mikrobiell induzierte Korrosion
Der Begriff der Korrosion ist in der DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) wie folgt definiert: „Korrosion ist die
Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs
bewirkt (Korrosionserscheinung) und zur Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteiles oder eines ganzen
Systems (Korrosionsschaden) führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur,
in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“ (Quelle: Wikipedia)
Bei den in diesem Vortrag vorgestellten Projekten lag der Fokus auf dem Nachweis von lokaler Korrosion, die
sowohl beginnend von der Wasser- als auch von der Rückseite von Spundwandbohlen in unterschiedlichen
Höhen entstehen kann. In vielen Fällen ist dieser „Lochfraß“ biologischer Natur, wobei Bakterien, z.B. die
Acidithiobacillen Schwefelverbindungen zu Schwefelsäure umwandeln, wodurch eine saure Umgebung entsteht.
Dadurch kommt es zu einer Säurekorrosion, die sich lokal und muldenförmig entwickelt (s. Abbildung 1).
Abbildung 1
Abbildung 1 zeigt ein Beispiel einer Muldenkorrosion hervorgerufen durch Mikroben.
DVS 390 1

Betroffene Bauwerke
Es sind alle Stahlbauwerke betroffen, in deren unmittelbarer Umgebung Bakterien leben, die Moleküle mit
Schwefelverbindungen in Schwefelsäure umwandeln.
Problematisch ist, dass diese Bakterien häufig gute Lebensbedingungen beispielsweise auf der Landseite von
Spundwänden im Boden vorfinden. Einerseits kann diese Seite der Spundwandbohlen nicht eingesehen werden
andererseits halten sich die Bakterien nicht gleichmäßig verteilt im Boden auf, sondern nur in relativ
schmalen Bereichen in unterschiedlichen Höhen. Die Wahrscheinlichkeit, dass man bei einer punktuellen Prüfung,
z.B. mit einem Ultraschallprüfkopf, die betroffenen Bereiche nicht trifft, ist hoch.
Insbesondere verursacht mikrobiell induzierte Korrosion große Schäden an Spundwänden, Böden von Flachbodentanks,
vergrabenen Pipelines oder vergrabenen Tanks.
Geeignete ZfP-Systeme zur Früherkennung von Schäden
Das Wirbelstrom-Prüfsystem SLOFEC ®
Das Wirbelstrom-Prüfsystem SLOFEC ® ist ein Screening-Tool, mit dem lokale Wanddickenminderungen ausgehend
von beiden Seiten eines plattenförmigen Prüfobjektes sehr schnell in flächendeckend detektiert werden
können.
Die Prüfung erfolgt mit einem Scanmodul mit einer geeigneten Scannbreite von 70 mm – 400 mm.
Der Scanner wird mit einer Geschwindigkeit von 100 – 400 mm pro Sekunde über die Platte bewegt.
Lokale Wanddickenminderungen werden durch die Wirbelstromsensoren erfasst, ihre Tiefe bewertet und in
einem C-Scan mit Farbzuordnung zu Schadenstiefen dokumentiert. Alle Wirbelstromsignale werden aufgezeichnet
und reproduzierbar abgespeichert.
Phased Array Ultraschallprüfung
Mit der Phased Array Ultraschallprüfung lassen sich die mit dem SLOFEC ® -Tool detektierten Anzeigen verifizieren.
Die Anzeigen können in A-, B-, C-, und S-Bildern dargestellt und dokumentiert werden.
Arbeitsprinzip SLOFEC ®
SLOFEC ® (Saturated Low Frequency Eddy Current)
SLOFEC ® ist ein Wirbelstromprüfsystem mit Gleichfeldvormagnetisierung.
Abbildung 2 zeigt eine gleichmäßige Verteilung von Magnetfeldlinien über den Querschnitt eines zu prüfenden
Bauteils.
Die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Gleichfeld und der Empfängerspule bleibt konstant
Abbildung 2
Abbildung 3 zeigt einen durch einen Fehler verminderten Querschnitt des zu prüfenden Bauteils. Dadurch
entsteht eine Verdichtung der Gleichfeldlinien.
Die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Gleichfeld und der Empfängerspule ist nicht mehr konstant.
Es kommt zur Anzeige im Wirbelstromgerät.
2
DVS 390

Abbildung 3
Signalanalyse SLOFEC ®
Mit definierten Vergleichsfehlern wird eine Auswertekennlinie generiert, die eine Funktion der Fehlertiefe in %
in Abhängigkeit von der Signalamplitude ist.
Durch Untersuchungen von verschiedenen Fehlergeometrien und Fehlergrößen in Fläche und Tiefe, wurden
3-dimensionale Kalibrierkurven generiert.
Eine automatische Bewertung von Anzeigen in Bezug auf die Tiefen- und Flächenausdehnung des Fehlers
wird mittels folgender Analysemerkmale durchgeführt:
• 3-dimensionale Kalibrierkurven
• Längeninformationen über Weginformationen in Prüfrichtung durch Encoder
• Breitenausdehnung über die Anzahl der angesprochenen Sensoren im Array
Die Signalanalyse wird jeweils für die Unter- und Oberseite durchgeführt.
Abbildung 4 zeigt den 90°-Phasenunterschied zwischen Unterseiten- und Oberseitenanzeige, wodurch eine
klare Unterscheidung zwischen beiden Fehlerpositionen möglich ist.
Abbildung 4
Erreichbares Nachweisvermögen für Ober- und Unterseitenkorrosion
Die Nachweisgrenze hängt im Wesentlichen ab von:
• der Beschaffenheit der Oberfläche
• der Beschichtungsdicke
• der Wanddicke
Erfahrungsgemäß können in den Anlagen Korrosionspittings ab einem Ø von 5 mm und ab einer Tiefe von
20% Wanddickenminderung nachgewiesen werden.
Bei glatten und ebenen Oberflächen ist das Nachweisvermögen höher.
DVS 390 3

Dokumentation SLOFEC ®
Das zu prüfende Bauteil wird vor der Prüfung als Skizze mit der Prüfsoftware aufgenommen.
Dadurch können die C-Scans der aufgezeichneten Prüfspuren unmittelbar nach der Signalaufnahme an den
entsprechenden Positionen in der Bauteil-Skizze dargestellt werden.
Alle aufgenommen Signaldaten werden mit den Bewertungen reproduzierbar abgespeichert.
Die Bewertung von Anzeigen ist mittels einer anpassbaren Farbcodezuordnung leicht abzulesen.
Eine Übersichts- und Detaildarstellung sind auf einer DIN-A4-Reportseite dargestellt, um schnell zu erkennen,
an welcher Position am Bauteil sich eine Anzeige befindet.
In Abbildung 5 ist eine Aufteilung der zu prüfenden Flächen in Spuren sowie die Bezeichnung der Prüfbereiche
dargestellt.
Abbildung 6 zeigt einen C-Scan von 4 geprüften Spundwandbohlen im Rahmen eines Fieldtests.
Der von der Dokumentationssoftware generierte Scanreport liefert unmittelbar nach der Prüfung Informationen
über:
• die Fehlerposition
• die Größe der flächigen Ausdehnung
• die Fehlertiefen mit Farbcodezuordnung
• Verteilung von Schäden über Spundwandabschnitte in einer Übersichtsansicht
• Verteilung von Schäden über einzelne Spundwandbohlen in einer Detailansicht
Abbildung 5
4
DVS 390

Abbildung 6
Arbeitsprinzip Phased Array Ultrasonic Testing
Beim Ultraschallverfahren wird ein Schallimpuls in das zu prüfenden Objekt induziert.
Änderungen der akustischen Eigenschaften an Grenzflächen (z. B. ein Lunker (Hohlraum), ein Einschluss, ein
Riss oder eine andere Trennung im Gefüge) im Inneren des zu prüfenden Teils reflektieren den Schallimpuls
und senden diesen an den Schwinger im Prüfkopf, der sowohl als Sender wie auch als Empfänger fungiert,
zurück (s. Abbildung 7). Die vergangene Zeit zwischen Senden und Empfangen lässt die Berechnung des
Weges zu (Impuls-Echo-Verfahren). Anhand der gemessenen Zeitdifferenz wird ein Signalbild erzeugt und auf
einem Monitor sichtbar gemacht. Anhand dieses Bildes kann die Lage bestimmt und die Größe des durch
Vergleichen mit einem Ersatzreflektor bestimmt werden. (Quelle: Wikipedia)
Abbildung 7
DVS 390 5

Signalanalyse Ultraschallprüfung
Bei der Ultraschallprüfung wird die Zeit, die ein induzierter Schallimpuls benötigt, um vom Sender zur Werkstofftrennung
und als Echo zurück zum Empfänger zu schwingen, mit einer bekannten Schallgeschwindigkeit
im Werkstoff ins Verhältnis gesetzt. Damit kann der vom Schall zurückgelegte Weg bestimmt werden.
Fehlergeometrien lassen sich mit der Messung des reflektierten Schalldrucks bestimmen, der über die Amplitudenhöhe
des Ultraschallsignals ablesbar ist.
Mit den Werten können im Ultraschallgerät A-, B-, C- und S-Bilder berechnet und dargestellt werden.
Ein A-Bild stellt die Schalldruckamplitude über den Schallweg dar.
Ein B-Bild ist eine Aufeinanderfolge von A-Bildern, wenn der Prüfkopf bewegt wird.
Ein C-Bild ist eine farbliche Darstellung der höchsten Amplitudenwerte auf der Scanfläche.
Ein S-Bild ist ein Schnittbild durch das Schallbündel senkrecht zur Schallrichtung unter dem Prüfkopf.
Abbildung 8 zeigt die Signalantwort auf eine Korrosionsmulde in einer Stahlplatte in Form eines A- und S-
Bildes.
Abbildung 9 zeigt die Signalantwort auf ein Korrosionsfeld in einer Stahlplatte in Form eines C-Bildes.
Abbildung 8
Abbildung 9
Erreichbares Nachweisvermögen Ultraschallprüfung
Unter guten Prüfbedingungen können Fehler mit einer Größe von ca. 0,6 mm detektiert werden.
Dokumentation Ultraschallprüfung
Die mit Ultraschall gemessenen Restwanddicken an den Stellen der SLOFEC ® -Anzeigen werden in den
SLOFEC ® -Scanreport implementiert. Abbildung 10 zeigt einen Ausschnitt aus dem SLOFEC ® -Scanreport mit
einer Auflistung von mit Ultraschall gemessenen Restwanddicken an 3 SLOFEC ® -Anzeigenstellen. Zusätzlich
können S-Bilder erstellt, den Anzeigenstellen zugeordnet und dokumentiert werden (Abbildung 11).
6
DVS 390

Abbildung 10
Anzeige 1
Abbildung 11
Anwendung
Das SLOFEC ® -Prüfsystem besteht aus den folgenden Einheiten:
• Wirbelstrom-Prüfrechner
• SLOFEC ® -Scanner mit Wirbelstromsensoren, elektrischer Vormagnetisierung (max. 36V)
• Verstellbarer Spurführungsrahmen für das Spurhalten auf den 3 flachen Seiten eines Spundwandprofils
(Tal, Flanke, Berg)
• Daten – und Stromversorgungskabel
• Windengestell zum Positionieren und Hochziehen des SLOFEC ® -Scanners.
Nach dem Aufbau des Prüfsystems an Land wird eine Funktionskontrolle des Systems durchgeführt.
An einem Vergleichskörper, in dem definierte Vergleichsfehler eingebracht wurden, wird das System justiert
(Abbildung 12).
DVS 390 7

Abbildung 12
Der Scanner wird von der Seilwinde zum unteren Bohlenende herabgelassen (Abbildung 13) und vom Prüfassistenten
oder, bei einer Prüfung unter Wasser, von einem Taucher positioniert.
Abbildung 13
Mit der Seilwinde wird der Scanner nach oben gezogen (Abbildung 14).
8
DVS 390

Abbildung 14
Die Wirbelstromsignale sind auf dem Prüfrechner online zu sehen und werden aufgezeichnet. Nach der Aufnahme
einer Spur werden die Signale sofort vom Prüfer mit Unterstützung einer Analysesoftware bewertet,
editiert und abgespeichert (Abbildung 15).
Abbildung 15
Die Spur des Scanners wird durch Führungsrollen, die an der Flanke bzw. im Tal laufen, gehalten (s. Abbildung
16 und Abbildung 17, Fotoquelle: Jade-Dienst GmbH).
DVS 390 9

Abbildung 16
Abbildung 16
Notwendige Prüfvoraussetzungen
Vor der Prüfung müssen die zu prüfenden Spundwandbohlen von maritimem Bewuchs befreit werden. Dünne
Kalkablagerungen durch Muschelreste könnten die Empfindlichkeit leicht beeinflussen. Eine Prüfung wäre
aber erfahrungsgemäß möglich.
Von der Spundwand abblätternde lose Anhaftungen (Oberflächenkorrosion, Farbe, Beschichtung etc.) müssen
entfernt werden, da diese ggf. am Magnetjoch des Scanners haften bleiben, große Störsignale erzeugen und
die Kopplung des Ultraschallprüfkopfes beeinträchtigen, sodass eine Bewertung von Anzeigen nicht möglich
ist.
Nutzen durch den Einsatz der Prüfsysteme
Durch den Einsatz des SLOFEC ® - Prüfsystems in Kombination mit der Phased Array Ultraschallprüfung können
potentielle Schäden insbesondere an der nicht einsehbaren Rückseite von Spundwänden in einem frühen
Schädigungsgrad erkannt und belastbar bewertet werden. Reparaturmaßnahmen können langfristig geplant
10
DVS 390

werden. Durch die flächige Prüfung können in kurzer Zeit große Bereiche lückenlos geprüft werden. Das erhöht
die Sicherheit in einem hohen Maß bei der Zustandsbestimmung von Bauwerken wie z.B. Spundwänden.
Zusammenfassung der Prüfleistung
• Problematik: mikrobiell induzierte Korrosion an Spundwänden
• Nachweis der Schäden an der Bauteilober- und -unterseite durch flächige Prüfung mit dem SLOFEC ® -
System in Kombination mit der Phased Array Ultraschallprüfung
• Unterscheidung von Fehlern an Ober- und Unterseite
• Detektion von Korrosionspittings ab Ø5 mm und einer Tiefe von 20% Wanddickenminderung
• Schnelles Screeningverfahren bis Wanddicken von 25 mm
• Prüfung durch nicht leitfähige Beschichtungen bis zu einer Dicke von ca. 6 mm
• Übersichtliche Farbdokumentation, zeitnah nach der Prüfung fertiggestellt durch integrierte Dokumentationssoftware.
Planen · Beraten · Überwachen
Bauwerksdiagnostik im Über- und
Unterwasserbereich
Unsere Tätigkeitsfelder:
• Bauwerksprüfung nach DIN 1076, EAU E 193
• Beweissicherung
• Fertigungsüberwachung
• Technische Gutachten
• 3-D-Visualisierung von Neu- und Altbauten
• Tragwerksplanung
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• Projekt- und Facility-Management
Sachsenstraße 6
26384 Wilhelmshaven
Tel. 04421 7490-56
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Mobil: 01 51 - 12 73 75 32
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Internet: www.kwe-net.de
DVS 390 11

Ermüdungs- und Bruchverhalten von unter Wasser Schweiß-
Verbindungen in Kehl- und vollständig durchgeschweißten
Strumpfnähten
Pedro M. Vargas, Houston, USA, Steven Altstadt, Northbrook, USA, Uwe Aschemeier, Miami, USA
ZUSAMMENFASSUNG
In diesem Artikel werden die Labortestergebnisse für unter Wasser hergestellte Schweißnähte für Kehlnähte
in Kreuzstöβen und vollständig durchgeschweißte Stumpfnähte vorgestellt. Der Testumfang umfasste
zyklische Ermüdungstests an Prüfblechen, quasistatische Festigkeitstests, Standard-Bruchzähigkeitstests des
Schweißguts und der Wärmeeinflusszone (HAZ) sowie Zugversuche. Die Prüfungen erfolgten an der
Atmosphäre. Die Vorgehensweise zur Testabfolge steht in direktem Zusammenhang mit einem früheren
Testprogramm, welches in Partnerschaft mit einem zweiten Tauchunternehmen durchgeführt wurde und
anschließend auf der „Ocean“ und „Offshore and Arctic Engineering“ Konferenz (OMAE im Jahr 2017 durch
die Co-Autoren dieses Beitrags vorgestellt wurde [1]).
Die Ergebnisse der Festigkeitsuntersuchungen an den neuen Proben zeigten, dass die Festigkeit nahezu
derjenigen entspricht, die von einer typischen, an Luft hergestellten Schweißverbindung erwartet wird. Die
quasistatischen Bruchzähigkeitstests der Schweißnaht und der HAZ ergaben Werte für die
Öffnungsverschiebung der Rissspitze im Bereich von etwa 0,09 bis 0,15 mm bei einer Temperatur von 4°C.
Die Ergebnisse sowohl für die in dieser Arbeit behandelten Kehlnahtschweißverbindungen als auch für die
Kehlnähte in der vorherigen Arbeit [1] zeigten herstellungsbedingte intermittierende Wurzelrisse. Die in diesem
Dokument präsentierten neuen Schweißdaten und die zuvor präsentierten Daten legen nahe, dass die
etablierten standardmäßigen „an Luft hergestellten“ Wöhlerfestigkeitskurven in Konstruktionsvorschriften und
Leitfäden nicht als repräsentativ für unter Wasser hergestellte Schweißnähte angesehen werden sollten. Die
Schlussfolgerung aus beiden Testprogrammen ist, dass die Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten unter
Wasser von der verwendeten Schweißtechnologie abhängt und die an Luft geltenden Hypothesen zur
Übertragbarkeit von Festigkeitswerten von Schweißnähten unter Wasser nicht angewendet werden dürfen.
NOMENKLATUR
ABS: American Bureau of Shipping
AWS: American Welding Society
CJPW: Complete Joint Penetration Groove (voll durchgeschweißte Stumpfnaht V-Naht))
ECA: Engineering Critical Assessment
FW: Underwater Fillet Weld
HAZ: Heat Affected Zone
MTR: Mill Test Report
N: Cycles
R: Load ratio, maximum stress divided by minimum stress
S: Stress
SGS: Subsea Global Solutions
SMAW: Shielded Metal Arc Welding
WPS: Welding Procedure Specification
OMAE: Ocean, Offshore and Arctic Engineering
IIW: International Institute of Welding
EINFŰHRUNG
Offshore-Strukturen können Reparaturen und Modifikationen durch Unterwasserschweißen vor Ort erfordern.
Oftmals werden im Rahmen der Konstruktionsphase einer Strukturreparatur- oder -Änderungsprojekts
Ermüdungs-, Festigkeits- und konstruktionskritische Bewertungen durchgeführt. Eine der größten
Herausforderungen für die technische Analyse besteht darin, dass in der öffentlichen Literatur nur begrenzte
Daten und Leitlinien für unter Wasser hergestellte Schweißnähte existieren.
Im Gegensatz zu Elektroden, die zum Schweißen von Strukturen an Luft verwendet werden, werden
Elektroden für Unterwasserreparaturen in vergleichsweisen kleinen Chargen produziert. Die chemische
Zusammensetzung der Elektroden unterliegt zumeist der Vertraulichkeit. Im weltweiten Vergleich stellen
Hersteller von Stabelektroden für das Nassschweißen einen Nischenmarkt dar, der deutlich kleiner ausfällt als
der Markt für Stabelektroden für das Schweißen an der Atmosphäre. Unsere Erfahrung zeigt, dass nur wenige
unter Wasser Stabelektroden für das Nassschweißen geeignet sind, die Anforderungen der Klasse A oder B
12
DVS 390

der AWS D3.6 [3] zu erfüllen. Zur Qualifizierung einer WPS für das atmosphärische Schweißen, beispielsweise
mit einer üblichen E7018-Elektrode, können E7018-Elektroden aller Hersteller in der industriellen Anwendung
verwendet werden. Beim unter Wasser-Nassschweißen ist dies nicht der Fall. In der Anwendung unter Wasser
sind der Hersteller, der Handelsname der Elektrode und der Durchmesser zulassungsrelevante Informationen
für den Anwendungsfall. Wenn diese Parameter geändert werden, sind neue WPS-Qualifikationstests
erforderlich [AWS D3.6M].
Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass sich Unterwasserschweißnähte im Hinblick auf
Ermüdungserscheinungen nicht wie über Wasser hergestellte Schweißnähte verhalten; Typischerweise
weisen die Verbindungen eine geringere Ermüdungsbeständigkeit auf [1, 2]. Bezüglich ihrer Festigkeitswerte
sind die Unterwasserschweißverbindungen im Allgemeinen auf etwa gleichem Niveau wie über Wasser
hergestellte Schweißnähte mit der gleichen und/oder einer ähnlichen Festigkeitsklasse. Es bestehen häufig
Unsicherheiten hinsichtlich einer geringen Duktilität sowie Bruchzähigkeit der Schweißnähte. Diese
Unsicherheiten waren die Hauptmotivation für die in diesem Artikel vorgestellten Untersuchungen.
Das Testprogramm umfasste Kehlnähte (FW) in Kreuzstöβen und voll durchgeschweiβte Stumpfnähte
(CJPW). Die Schweißnähte wurden 2015 in einem Unterwassertauchbecken hergestellt. Das Schweißen der
alten Testbleche wurde durch eine andere Tauchfirma und mit anderen Schweißparametern durchgeführt [1].
Das Kehlnaht-Testprogramm wurde von Stress Engineering Services, und das Stumpfnaht-Testprogramm
wurde von Wiss, Janney und Elstner Associates, Inc. 2015 durchgeführt.
Alle Schweißnähte wurden unter Wasser hergestellt; Allerdings wurden alle Tests an der Luft durchgeführt.
Tests an Luft wurden ausfolgenden Gründen bevorzugt:
• Ein direkter Vergleich der Ermüdungsfestigkeit mit Schwerpunkt auf der Schweißqualität kann durch
einen Vergleich mit konventionellen Wöhlerkurven an Luft erreicht werden.
• Die Daten können unter Verwendung gut etablierter S-N-Praktiken für Luft gegenüber Meerwasser mit
kathodischem Schutz (Knockdown von 2,5) oder freier Korrosion (Knockdown von 3) verschoben
werden.
• frequenzabhängiges Verhalten kann vermieden werden, welches in Korrosionsumgebungen auftreten
kann. (Bisherige Erfahrungen in der Branche bestehen in der Regel darin, diesen Effekt separat zu
quantifizieren und als Knock-Down-Faktor anzuwenden).
Die Möglichkeit einer wasserstoffinduzierten Rissbildung an den untersuchten Proben wird berücksichtigt.
Durch umfangreiche Probenuntersuchungen, die in diesem Beitrag nicht vorgestellt werden, zeigen
erfahrungsgemäß, dass die Wechselwirkung von Probenumgebung und Mikrostrukturen der Schweißnaht
nicht zu Rissbildung führt.
UNTERWASSERSCHWEISSEN
Im August 2015 wurden in einem Test- und Trainingstank in Long Beach, Kalifornien, insgesamt fünf
Ermüdungstestplatten, zwei Kehlnahtverbindungen als Kreuzstöβe und drei voll durchgeschweißte
Stumpfnähte hergestellt. Das Schweißen der Prüfbleche erfolgte auf Basis einer zuvor qualifizierten WPS
gemäß AWS D3.6M Klasse A [3].
Die Prüfbleche mit einer Blechdicke von 19 mm (0,75 Zoll) wurden aus einem unlegiertem ABS Stahl der
Güteklasse A gefertigt. Das Materialzertifikat weist einen Kohlenstoffgehalt von C=0,19 % und ein
Kohlenstoffäquivalent von CE=0,37 % (IIW-Formel) aus. Die kehlnahtgeschweißten Kreuzstöβe wurden in der
Position PB (2F), und die Stumpfnähte in der Position PG (3G) geschweißt.
Die Testbleche wurden mit Datum, Werkstoffbezeichnung, der Schmelzenummer, der WPS-Nummer, der
Blech-ID und dem Namen des Schweißtauchers permanent markiert.
Insgesamt wurden 4 Schweißtaucher ausgewählt, um die Prüfbleche zu schweißen. Um die Tauchzeit für
jeden Schweißtaucher zu verkürzen, arbeiteten die Schweißtaucher in einem Team bestehend aus 2
Personen. Die Kreuzstöße wurden auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten einer Verbindung vom ersten
Teammitglied verschweißt; der Kreuzstoβ wurde anschließend gedreht und die zweite Seite vom zweiten
Teammitglied verschweißt. Beim Schweißen der Stumpfnähte wechselten die Teammitglieder nach ca. 5
Stunden Arbeit im Wasser. Die Schweißzeit für einen Kreuzstoβ betrug ca. 4 bis 5 Stunden, während die
Schweißzeit bei einer Stumpfnaht ca. 14 bis 16 Stunden betrug. Abb. 1 und Abb. 2 zeigen das
Unterwasserschweißen einer Stumpfnaht und eines Kreuzstoβes.
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Abb. 1. Schweißen einer CJPW-
Verbindung in der vertikalen Position,
fallend
Abb. 2. Schweißen einer
Kehlnahtkreuzverbindung in der
horizontalen Position
Die Stumpfnähte wurden mittels schmelzbarer Badsicherung, welche aus einem Stützblech Wurzelseite
bestand, geschweißt. Um Verformungen zu reduzieren, wurden Knacken an die Wurzelseiten der Bleche
geschweißt, die nach Fertigstellung der Bleche wieder entfernt wurden.
Die Schweißnähte an den Kreuzstöβen wurden als Kehlnähte mit einer nominalen Schenkellänge von 10 mm
(0,39´´) spezifiziert. Die Kehlnähte durften die vorgegebene Größe um nicht mehr als 2 mm (0,08´´)
überschreiten. Bei einer Schenkellänge von 10 mm waren 6 Schweißlagen erforderlich.
Basierend auf den Anforderungen von AWS D3.6 Klasse A ist die Schweiβnahtüberhöhung auf maximal 3 mm
(0,12´´) begrenzt.
Die Platten wurden in Süßwasser in einer Wassertiefe von 6,5 m (21,3 ft) geschweißt. Die verwendeten
Schweißzusätze hatten einen Durchmesser von 3,2 mm (0,125´´). Geschweiβt wurde mit der
Strichraupentechnik, Pendeln war nicht erlaubt. Vor dem Überschweißen des zuvor abgelagerten
Schweißmaterials wurde die Schlacke entfernt. Starts und Stopps wurden durch Schleifen aufgefächert, bevor
das Schweißen wieder aufgenommen wurde.
STUMPFNÄHTE-LIEFERZUSTAND UND TEST PLATEN GEOMETRIE
Drei Stumpfnaht-Verbindungen (V-Nähte) wurden an das Testlabor geliefert. Ein Beispiel für den
Anlieferungszustand einer Strumpfnaht ist in Abb. 3 dargestellt. Die Maβe der fertig verschweißten Stumpfnaht
Prüfbleche betrugen 760 mm (30“) x 760 mm (30“) bei einer Blechdicke von 19 mm (0,75´´). Alle verschweißten
Bleche zeigten Winkelverzug. Insgesamt zwei der geschweißten Bleche wurden nach dem Zufallsprinzip
ausgewählt, um die in Abb. 4 gezeigten Prüfkörper herzustellen. In Abb. 4 bezeichnet „F“ eine
Ermüdungstestprobe; „T“ bezeichnet eine Festigkeitsprobe; und „S“ bezeichnet einen Streifen, der für
Zugversuche für den Grundwerksoff (ASTM-Coupon) verwendet wurde. Die Unterwasser Schweißnaht wurde
auf einer schmelzbaren Badsicherung geschweißt. Für das Testprogramm musste die Badsicherung
maschinell entfernt werden, sodass sie keinen Einfluss auf das Verhalten der Schweißnaht hatte. Ein Beispiel
für einen nachbearbeiteten Schweißnahtquerschnitt ist in Abb. 5 dargestellt. Obwohl dies im Bild nicht
dargestellt ist, haben beide Enden der Probe Kontakt mit der flachen Tischplatte, das aufgelegte Lineal hilft zu
veranschaulichen, wie stark die Position der Probenmitte von einem idealen geraden Zustand abweicht. Aus
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der dritten Platte wurden die Kerbschlagproben aus dem Bereich des Schweißgutes und der
Wärmeeinflusszone entnommen.
Abb. 3. Lieferzustand der
Strumpfnähte
Abb. 4. CJPW-
Probenanordnung
STUMPFNAHT-ERMÜDUNGSTEST (Dauerschwingversuch)
Abb. 5. Stumpfnahtprobe F7 mit
entfernter Badsicherung
Bei der Konstruktion des Bauteilermüdungstests wurde eine Probengeometrie wie in Abb. 6 dargestellt
verwendet. Aufgrund von Toleranzen bei der Probenbearbeitung variierten die tatsächlichen Abmessungen
geringfügig. Für die Auswertung der Festigkeits- und Ermüdungsergebnisse wurden Abmessungen der jeweils
geprüften Probe verwendet, um Toleranzen bei der Probenherstellung als Fehlerquelle auszuschließen. Die
Proben wiesen eine deutliche Winkelfehlausrichtung auf. Probe F7 wies mit 5,25° den größten Winkelversatz
und Probe F2 wies mit 3,75° den kleinsten Winkelversatz auf. Bei allen Proben wurden einachsige
Dehnungsmessstreifen im Abstand von 29 mm (1,14“), etwa dem 1,5-fachen der Nennplattendicke, ab
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Schweißnahtübergang in der Decklage angebracht. Ein Beispiel für eine instrumentierte und im Prüfrahmen
eingebaute Probe ist in Abb. 7 dargestellt.
Es gilt zu beachten, dass es zwar keine allgemeingültige Prüfnorm für Ermüdungstests an geschweißten
Proben gibt, der im Folgenden beschriebene Ansatz jedoch in den letzten Jahrzehnten branchenweit für die
Ermüdungsbewertung von Rohrschweiβungen an Luft und in korrosiven Umgebungen verwendet wurde.
STUMPFNAHT-ERMŰDUNGSPROBEN (FESTIGKEITSTESTPROBEN)
Zur Durchführung der Komponentenfestigkeitsprüfung wurde ebenfalls die in Abb. 6 dargestellte
Probengeometrie verwendet aber eine etwas geringere Breite aufweist. Die nominale Schweißnahtbreite der
Festigkeitsproben (d.h. T1 und T2) betrug 66 mm (2,6“) gegenüber 94 mm (3,7“) bei den Ermüdungsproben
(d. h. F1 bis F12).
ZUGVERSUCHE AM GRUNDWERKSTOFF DER STUMPFNÄHTE
Abb. 6. Abmessungen der
Stumpfnaht Ermüdungsprobe
(Abmessungen sind in Zoll)
Zwei Zugversuche wurden gemäß ASTM E8/8M-13 [5] am Grundwerkstoff unter Verwendung der Standard-
Rundstabproben mit 12,8 mm (0,505“) Durchmesser durchgeführt. Das Material wurde aus der „S“-Region in
Abb. 4 entnommen. Die Proben wurden in Walzrichtung entnommen. Die Tests wurden an Luft bei
Raumtemperatur durchgeführt. Die Ergebnisse des Zugversuches stimmten mit den Materialprüfzeugnissen
des Stahlwerks überein. Die Festigkeitsergebnisse der Zugversuche sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die
mechanischen Eigenschaften lagen innerhalb der branchenüblichen Werte der ABS Güteklasse A eines
unlegierten Stahls. Die Streckgrenzen überschreiten den angegebenen Mindestwert um einen erheblichen
Prozentsatz, was jedoch bei modernen Stählen dieser Art üblich ist.
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