Verbindungselemente mit „gutem Gefühl“

Die gefürchtete Wasserstoffversprödung kann dazu führen, dass Schrauben aus hochfestem Stahl ohne Vorwarnung brechen. Es ist zu hoffen, dass das Problem durch eine Kombination aus Forschung, verbesserten Standards und Ausbildung gelöst werden kann.

Auf dem Gebiet der Verbindungselemente gibt es nur wenige Dinge, die so viel Angst erzeugen wie Wasserstoffversprödung und die damit verbundene Gefahr, dass kritische Verbindungselemente versagen. Obwohl ein Versagen durch Wasserstoffversprödung nicht sehr häufig auftritt, ist es unberechenbar und die Folgen können verheerend sein – denken Sie nur an ein Flugzeug mitten in der Luft oder ein Kernkraftwerk.

Salim Brahimi, Experte aus Kanada auf dem Gebiet der Wasserstoffversprödung, äußert sich zu Faktoren, die das Problem noch weiter verschärfen: „Viele sogenannte ‚Fachleute’ tun sich durch unbegründete Annahmen hervor, die entweder falsch oder irreführend sind und nicht auf Fakten basieren, sondern auf Angst.“

Er sagt, die Kontroverse um Wasserstoffversprödung spiegele den Mangel an einem echtem Verständnis des Phänomens sowie die Inkonsistenz und Widersprüchlichkeit bestehender Normen wider.

Wasserstoffversprödung tritt in verschiedenen Formen auf, umfasst aber immer eine beaufschlagte Zugspannung und das Eindringen von Wasserstoff in das Metall. Sowohl hochfeste und niedrig legierte Stähle, als auch Nickel- und Titanlegierungen sind für die verschiedenen Mechanismen der Wasserstoffversprödung anfällig.

Bei Verbindungselementen aus hochfestem Stahl diffundieren die Wasserstoffatome durch das Metallgitter und reichern sich in Gebieten der Spannungskonzentration an. Bei einer ausreichend hohen Kombination aus lokalen Wasserstoffkonzentrationen und Spannung verliert das Metall seine Duktilität und wird spröde, was zu Rissbildung und letztendlich Versagen führt.

Wasserstoff kann auf viele unterschiedliche Arten in Metall eindringen, beispielsweise bei der Stahlherstellung, bei der Bearbeitung von Teilen, beim Galvanisieren oder als Nebenprodukt der Korrosion. Brahimi betont, die Wasserstoffversprödung sei ein Versagensmechanismus; die zugrundeliegende Ursache sei immer mit einer schlechten Herstellung oder einer schlechten Konstruktion verbunden.

In den letzten 25 Jahren hat Brahimi versucht, effektive Lösungen zu finden; dabei arbeitet er mit verschiedenen konsensorientierten Normungsorganisationen zusammen, leitet seine eigene Firma, IBECA Technologies, und führt akademische Forschung an der McGill University in Montreal, Kanada, durch, wo er derzeit auch an seiner Promotion über Wasserstoffversprödung in Verbindungselementen arbeitet.

Das wirksamste Instrument zur Verhinderung eines Versagens durch Wasserstoffversprödung, sagt Brahimi, bestehe darin, Verbindungselemente in einem sorgsam kontrollierten Prozess herzustellen, anstatt sich auf ein kostspieliges „Wohlfühl-­Backen“ von Teilen zu verlassen, die nicht wirklich davon profitieren. „Ich befürworte die Idee, dass unsere Branche ihre Ressourcen auf eine gezielte Prävention durch bewährte Herstellungsverfahren konzentriert und dass Teile, bei denen es tatsächlich erforderlich ist, wie z. B. Verbindungselemente der Festigkeitsklasse 12.9, ausreichend lange gebacken werden – immer unterstützt von Testdaten.“

Die Gefahr eines Versagens durch Wasserstoffversprödung lasse sich mit Hilfe von Normen und Verfahren, die fest auf durch Forschung belegte Fakten basieren, weiter reduzieren, sagt Brahimi. Auch eine fundierte Ausbildung spiele eine wichtige Rolle.

Auf die Frage, worauf Endverbraucher bei der Beschaffung von Verbindungselementen achten sollten, antwortet er: „Gehen Sie nicht nur nach den Stückkosten eines Verbindungselements. Eine gute Beschaffung bedeutet auch immer, Sachverhalte im Zusammenhang mit der Qualität und die Fähigkeit des Herstellers, durchgängig hochwertige Teile zu produzieren, zu hinterfragen.“