Fachinformationen zum Orbitalschweißen

Fachinformationen zum Orbitalschweißen 

Beim Orbitalschweißen handelt es sich um ein vollmechanisches Schweißverfahren.

Beim Schweißen wird der Lichtbogen ohne Unterbrechung 360 Grad um Rundkörper wie beispielsweise Rohre herumgeführt. 

 

Hier alle wesentlichen Fachinformationen zum Orbitalschweißen auf einen Blick:

Die Orbitalschweißanlage

Jede Orbitalschweißanlage enthält eine Stromquelle mit Steuerung und einen Schweißkopf als Grundbestandteile, in vielen Fällen ist außerdem ein Drahtvorschub vorhanden. Die Schweißparameter, zu denen beispielsweise die Länge des Lichtbogens, die Stärke und die Pulsfrequenz des Stroms, die Schweißgeschwindigkeit oder der Typ des Schutzgases gehören, werden in Abhängigkeit von der Geometrie der Schweißnaht, dem Grund- und dem Zusatzstoff und anderen Komponenten wie dem Schutzgas frei programmiert.

Beim Schweißverfahren selbst handelt es sich dann um das WIG– oder das MSG-Schweißen.

Ausgeführt wird der eigentliche Schweißprozess durch eine Schweißzange, die es im Wesentlichen in drei Varianten gibt:

1.      

Eine geschlossene Schweißzange, die auch als Orbitalschweißkopf bezeichnet wird, umfasst den Rundkörper vollständig und muss daher auf den Durchmesser des Rundkörpers abgestimmt sein. Der Schweißkopf befindet sich in einer vollständig mit Schutzgas ausgefüllten Kammer und wird um den Rundkörper herumgeführt.

Da wegen dieser Kapselung kein Schweißzusatzwerkstoff zugeführt werden kann, erfolgt das Aneinanderfügen der Rundkörper in Form einer I-Fuge stumpf, spalt- sowie versatzfrei. Mittels geschlossenen Schweißzangen werden in erster Linie nichtrostende Stähle verarbeitet, denn da die Schweißnaht auf der Außenseite nicht oxidieren kann, entstehen auch keine Anlauffarben.

Lediglich die Innenseite des Rundkörpers muss mittels Formieren vor Oxidation geschützt werden. Insgesamt sind die Abmessung der Schweißzange recht kompakt, so dass es auch unter beengten Verhältnissen noch möglich ist, zu schweißen. Allerdings können derzeit nur Rundkörper mit einem Durchmesser von etwa 76mm mit geschlossenen Schweißzangen bearbeitet werden.

2.      

Eine offene Schweißzange umschließt den Rundkörper nicht vollständig und es gibt keine abgeschlossene Schutzgaskammer. Aus diesem Grund ist es hier möglich, Schweißzusatzstoffe zuzuführen, und neben der spaltfreien I-Fuge können auch andere Schweißnähte gearbeitet werden.

In den meisten Fällen werden mit offenen Schweißzangen dabei die tulpenförmigen U-Fugen gewählt. Mit offenen Schweißzangen können Rundkörper mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu Rundkörpern mit einem Durchmesser von 275mm gefügt werden. 

3.      

Vor allem im Kessel- und Pipelinebau wird häufig mit deutlich größeren Rohrdurchmessern gearbeitet, als dies mithilfe von geschlossenen oder offenen Schweißzangen hinsichtlich der Handhabung und der Wirtschaftlichkeit umsetzbar wäre.

Daher wird in diesen Bereichen mit Schweißsystemen gearbeitet, bei denen sich der Lichtbogen oder der Brennerkopf auf einer Schiene um den Rundkörper bewegen. Möglich ist auch, dass dabei mehrere Brennerköpfe auf einer Schiene angebracht werden, wodurch dann Schweißungen in mehreren übereinanderliegenden Lagen gearbeitet werden können. Begrenzungen im Hinblick auf die Durchmesser der Rundkörper gibt es dabei nicht.  

Die Anwendung von Orbitalschweißen

Mithilfe des Orbitalschweißens können grundsätzlich alle Materialien verschweißt werden, die auch unter Anwendung von WIG- und MSG-Schweißverfahren gefügt werden können. Die Vorbereitung der Schweißnaht und die Schweißung selbst erfolgen dann genauso wie bei diesen Verfahren.

Die besonderen Stärken zeigt das Orbitalschweißen als vollmechanisches Schweißverfahren aber bei solchen Werkstoffen, die nur unter schwierigen oder besonders kontrollierten Bedingungen sicher verschweißt werden können. Zu diesen Werkstoffen gehören beispielsweise einige hochfeste, hochwarmfeste und korrosionsbeständige Stähle, Nickellegierungen oder Titan.

Die Vollmechanisierung stellt dabei unter den Voraussetzungen einer sorgfältigen Vorbereitung der Schweißnaht und der gewissenhaften Fertigungskontrolle gleichbleibend hohe Qualitäten sicher. Das Orbitalschweißen wird in erster Linie im Rohrleitungsbau angewandt, da hier eben jene gleichbleibend hohen Nahtqualitäten bei kontrollierbaren Bedingungen notwendig sind.

Dabei stellen der Pipeline- und der Kesselbau sowie die chemische und die Nahrungsmittelindustrie die Hauptanwendungsgebiete dar. Vor dem Schweißprozess ist es erforderlich, zum einen die Schweißparameter zu programmieren und zum anderen die Schweißnaht exakt vorzubereiten und die Werkstücke versatzfrei vorzurichten.

Manuelle Korrekturen sind später nämlich nicht mehr möglich, zudem muss ausreichend Platz vorhanden sein, damit der Schweißkopf um den Rundkörper herumgeführt werden kann. Da dies vor allem im Montagebereich nicht immer der Fall ist, kommt das Orbitalschweißen hier kaum zur Anwendung.  

Die Wirtschaftlichkeit von Orbitalschweißen

Bei Schweißungen in einer Lage ist das Orbitalschweißen durchaus wirtschaftlich. Werden wie im Pipelinebau mehrere Schweißköpfe zeitgleich eingesetzt, sind außerdem recht hohe Schweißgeschwindigkeiten möglich. Allerdings können solche Anlagen nur eingesetzt werden, wenn die Durchmesser der Rundkörper bestimmte Größen aufweisen.

Grundsätzlich gilt, dass die höhere Schweißgeschwindigkeit, die beim gleichzeitigen Einsatz von mehreren Schweißköpfen erzielt werden kann, spaltlose I-Fugen bis zu einer Breite von etwa 4mm nahelegt. Bei breiteren Fugen müssen die Verbindungen als U-Fugen gearbeitet werden, wobei die Fugenvorbereitung in diesem Fall vollmaschinell erfolgen muss.

Eine manuelle oder teilmechanische Fugenvorbereitung würde die erforderliche Qualität der Nahtvorbereitung nicht sicherstellen. U-Fugen setzten die Zugabe von Schweißzusatzstoffen voraus, was wiederum nur durch offene Schweißzangen möglich ist. Diese Faktoren führen insgesamt dazu, dass das Orbitalschweißen weniger wirtschaftlich ist als eine manuelle Schweißung.

Insofern wird das Orbitalschweißen bislang auch nur dann eingesetzt, wenn sehr hohe Anforderungen an die Qualität der Schweißnaht gestellt werden.

Weiterführende Schweißverfahren, Anleitungen und Ratgeber:

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