Lernfeld 5 · Prüfung Teil 1

Werkstoffauswahl nach Medium, Druck, Temperatur und Korrosion

Werkstoffwahl im Anlagenbau: Stahlbezeichnungen, warmfeste und nichtrostende Stähle, Medium, Druck, Temperatur, Korrosion und Prüfbescheinigungen.

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Darum geht es

Der Werkstoff einer Rohrleitung oder eines Behälters richtet sich nach dem Medium, nach Druck und Temperatur und nach dem Korrosionsverhalten. Stähle für Druckbehälter tragen im Kurznamen ein P, Leitungsrohrstähle ein L; die Zahl nennt die Mindeststreckgrenze in N/mm². Warmfeste Stähle wie P235GH oder 16Mo3 behalten ihre Festigkeit bei erhöhter Temperatur. Austenitische nichtrostende Stähle wie 1.4301 oder der molybdänlegierte 1.4404 sind beständig gegen viele Medien und bleiben auch bei sehr tiefen Temperaturen zäh.

Aus Druck, Außendurchmesser und zulässiger Spannung ergibt sich die rechnerische Wanddicke. Dazu kommen ein Korrosionszuschlag für den Abtrag während der Lebensdauer und die Minustoleranz der Rohrnorm, die sich auf die Nennwanddicke bezieht. Chloridhaltige Wässer greifen nichtrostende Stähle örtlich an; Molybdän, saubere Nähte ohne Anlauffarben und Konstruktionen ohne Spalte und Totzonen helfen dagegen. Feststoffe und hohe Strömungsgeschwindigkeiten führen zu Erosion.

Bei Druckgeräten muss jedes Teil zurückverfolgbar sein. Die Rohre tragen eine Kennzeichnung mit Werkstoff, Schmelze und Hersteller, die mit der Prüfbescheinigung nach DIN EN 10204 übereinstimmen muss; häufig wird ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 verlangt, bei besonderen Anforderungen ein 3.2 mit Abnahmebeauftragtem des Bestellers. Beim Ablängen wird die Kennzeichnung auf das Reststück übertragen. Die Wahl berücksichtigt auch Kosten, Bearbeitbarkeit, Lebensdauer und Recycling.

Das solltest du dir merken

P steht für Druckbehälterstahl, L für Leitungsrohrstahl, GH für den Einsatz bei erhöhter Temperatur.
Nennwanddicke = (rechnerische Wanddicke + Korrosionszuschlag) geteilt durch (1 − Minustoleranz).
Gegen Chloride hilft Molybdän, also 1.4404 statt 1.4301.
Für tiefe Temperaturen austenitische Stähle, ferritische Stähle werden spröde.
Das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 bestätigt Werte aus spezifischer Prüfung, der Abnahmebeauftragte des Herstellers zeichnet.

Formeln

Wanddicke eines Rohrs unter Innendruck: $e = \frac{p \cdot d _{a}}{2 \cdot f \cdot z + p}$; $e$ rechnerische Wanddicke in mm, $p$ Druck in N/mm², $d_{a}$ Außendurchmesser in mm, $f$ Berechnungsspannung in N/mm² (nach DIN EN 13480-3 aus den Werkstoffkennwerten bei Berechnungstemperatur), $z$ Schweißnahtfaktor
Nennwanddicke mit Zuschlägen: $e_{n} = \frac{e + c}{1 - t}$; $e_{n}$ Nennwanddicke, $c$ Korrosionszuschlag in mm, $t$ Minustoleranz als Dezimalzahl
Masse eines Rohrs: $m = \frac{π}{4} \cdot (d_{a}^{2} - d_{i}^{2}) \cdot L \cdot ρ$; $m$ Masse in kg, $d_{a}$ und $d_{i}$ in dm, $L$ Länge in dm, $ρ$ Dichte in kg/dm³

Typische Fehler in der Prüfung

Den Druck in bar statt in N/mm² in die Wanddickenformel eingesetzt; 10 bar sind 1 N/mm².
Die Minustoleranz auf die Mindestwanddicke aufgeschlagen statt durch (1 − t) geteilt.
Bei chloridhaltigem Wasser 1.4301 gewählt, obwohl 1.4404 nötig war.
Reststücke ohne übertragene Kennzeichnung eingelagert, sie sind für Druckgeräte nicht mehr verwendbar.

Tipps aus der Werkstatt

In der Wanddickenformel den Druck in N/mm² einsetzen: 10 bar = 1 N/mm². Die Minustoleranz wird nicht addiert, sondern (e + c) durch (1 − t) geteilt. Chloride im Wasser heißen 1.4404 statt 1.4301, tiefe Temperaturen heißen austenitischer Stahl.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Werkstoffauswahl nach Medium, Druck, Temperatur und Korrosion“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 5 (Herstellen von Bauelementen für die Anlagentechnik); DIN EN 10027, DIN EN 10204. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.