Kerbschlagbiegeversuch: Kerbschlagarbeit am Druckgerät, im Zeugnis und in der Verfahrensprüfung
Was ist der Kerbschlagbiegeversuch?
Beim Kerbschlagbiegeversuch nach dem Charpy-Verfahren wird eine einseitig gekerbte Probe mit einem Pendelschlagwerk zerschlagen; gemessen wird die dafür verbrauchte Arbeit in Joule. Laut TWI ist die Standardprobe 55 mm lang und 10 mm im Quadrat, mit einem 2 mm tiefen V-Kerb; geprüft werden üblicherweise drei Proben je Temperatur, deren Ergebnisse gemittelt werden. Die Temperatur ist entscheidend: Laut TWI wechselt der Bruch solcher Stähle mit sinkender Temperatur vom verformungsreichen Bruch in der Hochlage über einen Übergangsbereich mit Mischbruch zum spröden Bruch in der Tieflage (Quelle: TWI Job Knowledge 71).
Für Druckgeräte zählt das Ergebnis in Joule: Es ist der Wert, an dem die Richtlinie die Zähigkeit eines Stahls festmacht, und er steht in der Werkstoffbescheinigung wie im Prüfbericht der Verfahrensprüfung.
Fassung: Wir zitieren die Richtlinie 2014/68/EU und ISO 15614-1:2017 (die Änderung Amd 1:2019 betrifft die Werkstoffübergangsart, nicht die Kerbschlagprüfung). Probenmaße und Prüfablauf regeln ISO 9016 und ISO 148-1; deren Texte geben wir hier nicht wieder.
Kerbschlagarbeit als Anforderung der DGRL
Werkstoffe für drucktragende Teile müssen ausreichend duktil und zäh sein; ihre Eigenschaften müssen gegebenenfalls Nummer 7.5 entsprechen, und bei der Werkstoffwahl ist insbesondere ein Sprödbruch zu vermeiden (Anhang I Nr. 4.1 Buchstabe a).
Nummer 7.5 nennt den Maßstab, sofern nicht andere zu berücksichtigende Kriterien andere Werte erfordern: Ein Stahl gilt als ausreichend duktil, wenn seine Bruchdehnung im normgemäß durchgeführten Zugversuch mindestens 14 % und seine Kerbschlagarbeit an einer ISO-V-Probe mindestens 27 J beträgt — bei einer Temperatur von höchstens 20 °C, jedoch nicht höher als die niedrigste vorgesehene Betriebstemperatur. Die Anforderungen der Nummer 7 sind in der Regel anzuwenden; wendet der Hersteller sie nicht an, weist er ein gleichwertiges Gesamtsicherheitsniveau nach (Anhang I Nr. 7, Einleitung).
Für die Schweißnaht verlangt die Richtlinie, dass die Eigenschaften der dauerhaften Verbindungen den Mindesteigenschaften der zu verbindenden Werkstoffe entsprechen, sofern bei der Berechnung nicht eigens andere Werte berücksichtigt werden (Anhang I Nr. 3.1.2). Wie die 27 J am Kesselblech P265GH aussehen, zeigt die Seite P265GH.
Kerbschlagarbeit in der Werkstoffbescheinigung
Für die wichtigsten drucktragenden Teile von Geräten der Kategorien II, III und IV verlangt die Richtlinie eine Bescheinigung mit spezifischer Prüfung des Erzeugnisses (Anhang I Nr. 4.3). EN 10204:2004 führt als Prüfbescheinigungen auf Grundlage spezifischer Prüfung das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 und 3.2. Im 3.1 erklärt der Hersteller, dass die gelieferten Erzeugnisse die Anforderungen der Bestellung erfüllen, und gibt die Prüfergebnisse an; welche Prüfungen dazugehören, legen Erzeugnisspezifikation, amtliche Vorschriften und Bestellung fest. Sind Kerbschlageigenschaften festgelegt, gehören die Kerbschlagwerte zu diesen Ergebnissen. Wie ein 3.1-Zeugnis aufgebaut ist und was beim Wareneingang daran zu prüfen ist, erklärt die Seite Abnahmeprüfzeugnis 3.1: Aufbau und Prüfung im Wareneingang.
Für die Fertigung zählt der Abgleich: Erreicht der bescheinigte Wert bei der bescheinigten Temperatur die Anforderung, die für das Gerät gilt — nach Nummer 7.5 oder nach der harmonisierten Werkstoffnorm?
Passend dazu: Druckbehälterstahl nach EN 10028.
Kerbschlagproben in der Verfahrensprüfung (ISO 15614-1)
Lage der Proben
Probenform VWT mit Kerb im Schweißgut und VHT mit Kerb in der Wärmeeinflusszone, je Lage ein Satz aus drei Proben. Entnahme höchstens 2 mm unter der Oberfläche des Grundwerkstoffs und quer zur Naht; in der Wärmeeinflusszone liegt die Kerbmitte 1 bis 2 mm von der Schmelzlinie.
Dicke Bleche
Bei Stumpfnähten über 50 mm Werkstoffdicke kommen zwei weitere Sätze aus dem Wurzelbereich hinzu, einer im Schweißgut und einer in der Wärmeeinflusszone.
Anforderung und Bewertung
Die Kerbschlagarbeit richtet sich nach der Norm des Grundwerkstoffs, sofern die Anwendungsnorm nichts anderes festlegt. Der Mittelwert der drei Proben muss die Anforderung erfüllen; ein Einzelwert je Kerblage darf darunter liegen, aber nicht unter 70 % davon.
Wiederholung
Erfüllt ein Satz die Anforderung nicht und liegt höchstens ein Wert unter 70 %, werden drei weitere Proben entnommen. Sie müssen die Anforderung erfüllen, und der Mittelwert aus allen sechs Proben darf die geforderte Kerbschlagarbeit nicht unterschreiten.
Ob überhaupt Kerbschlagproben fallen, hängt an Tabelle 2 der Norm: Im Level 2 sieht sie bei einer Stumpfnaht mit voller Durchschweißung je einen Satz im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone vor, wenn der Werkstoff mindestens 12 mm dick ist und die technischen Lieferbedingungen Kerbschlageigenschaften festlegen oder die Betriebsbedingungen es nahelegen. Anwendungsnormen können die Prüfung auch unter 12 mm verlangen. Die Prüftemperatur wählt der Hersteller mit Blick auf die Anwendung.
Die Kerbschlagprüfung wirkt auf den Geltungsbereich, den Tabelle 7 für beide Level festlegt: Im Level 1 kommt, wenn sie gefordert ist, eine Untergrenze hinzu — ein Prüfstück ab 16 mm Dicke qualifiziert erst ab 16 mm aufwärts, ein dünneres ab seiner eigenen Dicke und eines mit 6 mm oder weniger ab der halben Prüfstückdicke. Im Level 2 begrenzt eine geforderte, aber nicht durchgeführte Kerbschlagprüfung die qualifizierte Dicke auf höchstens 12 mm (Tabelle 7).
Was das für die Schweißdokumentation heißt
Ob eine Schweißanweisung für ein Druckgerät mit Zähigkeitsanforderung taugt, entscheidet die zugehörige Verfahrensprüfung: ob dort Kerbschlagproben geprüft wurden, bei welcher Temperatur und für welchen Dickenbereich. Die Druckgeräte Schweißdoku Software führt Schweißanweisungen mit den zugehörigen Verfahrensprüfungen (WPQR). Kerbschlagversuche führt sie nicht durch und bewertet sie nicht.
Was diese Seite nicht leistet
Diese Seite gibt Richtlinie und Verfahrensprüfnorm in Auszügen wieder. Sie ersetzt weder die Werkstoffnorm mit ihren Mindestwerten noch die Anwendungsnorm, nach der Ihr Gerät ausgelegt ist. Keine Rechtsberatung.
Häufige Fragen
- Welche Kerbschlagarbeit fordert die Druckgeräterichtlinie?
- Nach Anhang I Nr. 7.5 der Richtlinie 2014/68/EU gilt ein Stahl als ausreichend duktil, wenn seine Bruchdehnung mindestens 14 % beträgt und seine Kerbschlagarbeit an einer ISO-V-Probe mindestens 27 J beträgt — gemessen bei höchstens 20 °C, jedoch nicht höher als die niedrigste vorgesehene Betriebstemperatur. Die Anforderungen der Nummer 7 sind in der Regel anzuwenden; sonst muss der Hersteller ein gleichwertiges Gesamtsicherheitsniveau nachweisen.
- Wie viele Kerbschlagproben braucht eine Verfahrensprüfung nach ISO 15614-1?
- Bei einer Stumpfnaht mit voller Durchschweißung sieht ISO 15614-1:2017 im Level 2 zwei Sätze vor, je einen im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone, wenn der Werkstoff mindestens 12 mm dick ist und Kerbschlageigenschaften festgelegt sind. Jeder Satz besteht aus drei Proben. Bei über 50 mm Werkstoffdicke kommen zwei Sätze aus dem Wurzelbereich hinzu.
- Bei welcher Temperatur wird bei der Verfahrensprüfung geprüft?
- Die Prüftemperatur wählt nach ISO 15614-1:2017 der Hersteller mit Blick auf die Anwendung oder die Anwendungsnormen. Für den Werkstoff nennt die Druckgeräterichtlinie in Anhang I Nr. 7.5 höchstens 20 °C, jedoch nicht mehr als die niedrigste vorgesehene Betriebstemperatur.
- Was passiert, wenn eine Kerbschlagprobe zu niedrig liegt?
- Nach ISO 15614-1:2017 darf je Kerblage ein Einzelwert unter dem geforderten Mittelwert liegen, wenn er mindestens 70 % davon erreicht. Erfüllt ein Satz die Anforderung nicht und liegt höchstens ein Wert unter 70 %, werden drei weitere Proben geprüft; der Mittelwert aus allen sechs Proben darf die Anforderung nicht unterschreiten.
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