Fachinfos zum Formieren

Fachinfos zum Formieren 

Das Formieren ist ein Verfahren, das in der Schweißtechnik seit über 40 Jahren zur Anwendung kommt. Dabei trägt das Formieren nicht nur zu einer verbesserten Qualität der Schweißnähte bei, sondern kann bei korrekter Ausführung sogar eine Nachbearbeitung der Schweißnähte überflüssig machen.

Dies wiederum bringt neben der Zeitersparnis auch eine Senkung der Folgekosten mit sich.

 

Hier alle wesentlichen Fachinfos zum Formieren in der Übersicht: 

Das Formieren und der Wurzelschutz

Werden die Schweißnahtwurzel und die Wärmeeinflusszone mit Schutzgasen umspült, während gleichzeitig die sauerstoffhaltige Atmosphäre verdrängt wird, wird dieses Verfahren als Wurzelschutz bezeichnet. Findet dieses Verfahren im Zusammenhang mit Rohrleitungen und Behältern Anwendung, wird vom Formieren gesprochen.

Der Wurzelschutz und das Formieren kommen zum Einsatz, wenn gasempfindliche Werkstoffe schweißtechnisch verarbeitet werden. Auf diese Weise soll die Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe sichergestellt werden, denn ohne Formierung würden die Schweißwurzel und die Wärmeeinflusszone durch die sauerstoffhaltige Atmosphäre oxidieren. Um die Wurzelqualität zu erhöhen, werden teilweise aber auch beim Verarbeiten von unlegierten Stählen Formiergase eingesetzt.

Gasempfindliche Werkstoffe wie beispielsweise Magnesium, Titan oder Zirkon wiederum können ohne Formierung erst gar nicht geschweißt werden.    

Die Formiergase und deren Zuführung

Ein sehr wichtiger Punkt beim Formieren besteht darin, wie das Schutzgas in den Schweißnahtbereich zugeführt wird. Optimal ist eine laminare Strömung, also eine Strömung, bei der das Formiergas in einer Schicht strömt, ohne dass es zu Verwirbelungen und Vermischungen zwischen dem Gas und der Atmosphäre kommt. Erzeugt wird die laminare Strömung mithilfe eines Diffusors, meist werden dabei Bleche, Formteile oder Rohre aus Sintermetall verwendet.

Das Sintermaterial teilt die Zufuhr des Schutzgases auf eine große Fläche, aus der Formiergas laminar ausströmt, auf. Ausgehend von dem Dichteunterschied zwischen den Formiergasen und der Luft werden die Formierverfahren in drei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe bilden Formierverfahren mit Gasen, die leichter sind als Luft. Die zweite Gruppe umfasst Formierungen mit Gasen, die schwerer sind als Luft, und in die dritte Gruppe gehören Formierverfahren mit Gasen, die die gleiche Dichte haben wie Luft.

Werden Formiergase verwendet, die eine höhere Dichte haben als Luft, wird der Behälter von unten nach oben befüllt. Im oberen Bereich ist er mit einer Entlüftung ausgestattet, durch die die verdrängte Atmosphäre abgeleitet werden kann. Werden Formiergase verwendet, deren Dichte geringer ist als die von Luft, ist die Funktionsweise des Mechanismus umgelehrt. Besteht ein großer Dichteunterschied zwischen den Formiergasen und der Luft, können unter anderem beim Formieren von Rohrleitungen Gasgemische eingesetzt werden, die die gleiche Dichte haben wie Luft.

Diese Gasgemische bestehen aus Argon oder Stickstoff und Wasserstoff mit variierbarem Wasserstoffgehalt und verhindern, dass sich die Formiergase und die Luft miteinander vermischen. Neben dem Gas, das passend zur Aufgabe, den Werkstoffen und der Form des Bauteils ausgewählt werden muss, spielt aber auch der Schutzgasschlauch eine wichtige Rolle.

So eignen sich herkömmliche Schläuche aus PVC nicht, denn ein solches Schlauchmaterial könnte die Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen und an das trockene Formiergas weitergeben. Aus diesem Grund sollten Schutzgasschläuche verwendet werden, die gemäß DIN EN 559 gefertigt und entsprechend gekennzeichnet sind.  

Der Zündbereich und die Vorspülzeiten

Je nachdem, wie hoch der Gehalt an Wasserstoff ist, sind Formiergase an der Umgebungsluft brennbar und müssen bei ihrem Austritt aus dem Bauteil, das formiert werden soll, abgefackelt werden. Die Zündgrenze liegt bei vier Prozent Wasserstoff, bei zehn Prozent Wasserstoff muss abgefackelt werden. Dabei wird zwischen selbstständig und nicht selbstständig brennenden Formiergasen unterschieden.

Bei nicht selbstständig brennenden Formiergasen ist es notwendig, eine Pilotflamme zu verwenden. Bei brennbaren Formiergasen hingegen besteht eine Verpuffungsgefahr, wenn das Gemisch aus Formiergas und Luft zu Beginn der Schweißarbeiten noch zündfähig ist. Wird ein Behälter oder ein Rohr mit Formiergas umspült, lässt sich eine Vermischung mit der Atmosphäre nie vollständig vermeiden. Dadurch entsteht aber ein Restgehalt an Sauerstoff, durch den die Oberfläche beim Schweißen oxidiert. Zu erkennen ist dies an den Anlauffarben.

Auch wenn sich der Restsauerstoffgehalt im Behälter im Laufe des Formierprozesses ändert, muss er je nach Werkstoff vor Beginn der Schweißarbeiten ausreichend niedrig eingestellt werden. Üblicherweise bewegt sich die Einstellung in einem Bereich zwischen 20 und 50ppm.

Der vorhandene Restsauerstoffgehalt kann zum einen durch ein entsprechendes Messgerät nachgewiesen werden, vor allem bei Serienbauteilen, die kostengünstig hergestellt werden können, lässt sich die erforderliche Spülzeit aber auch empirisch ermitteln. Grundsätzlich gilt dabei, dass die Vorspülzeit umso länger ausfällt, je empfindlicher ein Werkstoff ist.    

Hilfsmittel beim Formieren

Nach Möglichkeit sollte der bearbeitete Bereich beim Formieren räumlich abgegrenzt werden und hierfür stehen eine Reihe an Hilfsmitteln zur Verfügung. Werden Bleche geschweißt, ist der Wurzelbereich vielfach zugänglich. Dies wiederum macht es möglich, eine Formiervorrichtung aufzusetzen, durch die die Schweißwurzel und die Wärmeeinflusszone vollständig abgedeckt sind.

Sind die Schweißarbeiten abgeschlossen, wird die Temperatur gemessen und die Abdeckung erst entfernt, wenn das Bauteil ausreichend abgekühlt ist. Etwas anspruchsvoller ist das Formieren von Behältern und Rohrleitungen, denn hier sind die Schweißwurzeln oft nur schlecht zugänglich. Um sicherzustellen, dass der Wurzelbereich genügend mit Formiergas abgedeckt ist, sind häufig spezielle Formiervorrichtungen erforderlich.

Teilweise kann es sogar notwendig sein, das Rohr oder den Behälter vollständig mit Formiergas zu füllen, um eine ausreichende Abdeckung zu gewährleisten.

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