Das Fraunhofer IWM hat einen Autoklav für Risswachstumsversuche an CT-Proben in Wasserstoff bis 170 bar entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen. Mit dem kompakten Aufbau kann die Datenbasis für die Auslegung und den sicheren Betrieb von Bauteilen der Wasserstoffinfrastruktur sehr wirtschaftlich erzeugt werden.
Zur Gewährleistung der Sicherheit von Wasserstoffinfrastrukturen (Pipelines, Druckbehältern, Ventilen oder Armaturen) sind Fragen zu beantworten wie: Wie beeinflusst Wasserstoff die Lebensdauer, die Entstehung von Rissen oder das Risswachstum in Bauteilen? Wie sicher ist der Betrieb unter zyklischen Belastungen wie z. B. Druckwechseln? Wie lässt sich die Lebensdauer vorhersagen? Um diese Fragen zu beantworten, werden Werkstoffproben unter Wasserstoffeinwirkung getestet.
Bei sicherheitsrelevanten Fragen werden bevorzugt mechanische Versuche an Werkstoffproben in Druckwasserstoffatmosphäre durchgeführt, mit denen die Entstehung und die Ausbreitung von Rissen ausgehend von einer Kerbe gemessen wird. Risswachstumsversuche an sogenannten CT-Proben (Compact Tension) in Wasserstoffumgebung geben Aufschluss über die Haltbarkeit des Werkstoffs. Sie helfen, die Schadenstoleranz zu beurteilen, Sicherheitsfaktoren zu bestimmen und unter zyklischer Belastung die Lebensdauer abzuschätzen. Sie bilden die Brücke zwischen Labor und Anwendung insbesondere bei Sicherheitsnachweisen von Wasserstoffinfrastrukturbaueilen.
Genau für diese Anforderungen hat das Fraunhofer IWM ein wirtschaftliches Prüfsystem für Risswachstumsversuche – bestehend aus der Prüfmaschine, dem Autoklav, der Wasserstoffversorgung und dem Explosionsschutz – entwickelt und aufgebaut. Der Versuchsdruck wurde auf maximal 170 bar limitiert. Die Versuchstemperatur wurde auf Raumtemperatur beschränkt, wodurch eine aufwendige und kostenintensive Temperierung des Autoklavs entfällt. Für die Untersuchung von Wasserstoffeffekten sind Versuchsfrequenzen bis 1 Hz ausreichend, da die Wasserstoffdiffusion im metallischen Gefüge bei Raumtemperatur langsam ist. Die Größe des Innenraums ist so bemessen, das CT-Proben der maximalen Größe W=25,4 mm getestet werden können.
Die gemessenen Risswachstumsgeschwindigkeiten mit dem neuen Prüfsystem sind vergleichbar mit den Referenzkurven der Richtlinien DVGW G464 und ASME B31.12 und zeigen eine gute Übereinstimmung mit Literaturdaten.
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM