26. MAI 2016

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Produktivitätsreserven nutzen


Auch bei gesteigertem Produktionstempo muss eine hohe Schweißqualität garantiert werden. aus sicht der Westfalen AG steuern neu entwickelte gase einen entscheidenden Beitrag zum besseren Gesamtergebnis bei.

Allerdings sind es nicht nur die Gase allein, die zum Erfolg führen. Erst eine Kombination von neuen Schweißverfahren mit optimierten Vorrichtungen für den Arbeitsplatz und das für den speziellen Einsatz geeignete Schutzgas bringt das gewünschte Ergebnis. Auf diese Zusammenhänge machten Ende letzten Jahres Experten der Westfalen AG in Münster aufmerksam, als sie nicht nur neu entwickelte Gase sondern auch schweißtechnische Gesamtlösungen präsentierten. Die Frage, wie zum Beispiel das Schweißen von Rohren und Pipelines noch schneller ablaufen kann, beantworten die Experten der Westfalen AG mit dem Verfahren Ekonor (Erweitertes Konzept zum Orbitalschweißen), das nun durch eine neue hydraulische Innenspann-Vorrichtung und ebenfalls neue manuelle Heft- und Formiereinrichtungen ergänzt wurde. Ekonor vereinfacht und verbessert sämtliche Arbeitsschritte von der Heftung bis zur anlauffarbenfreien Nahtwurzel. Zum Verfahren gehören insgesamt vier Komponenten, die beliebig miteinander kombiniert werden können. Im Einzelnen sind dies das Teilnahtschweißen, die Innenspann-Vorrichtung, eine integrierte Kamera und eine Kühlung der Wurzelseite. Diese Komponenten stehen bei der Westfalen AG zur mobilen oder stationären Anwendung bereit und können gekauft, geliehen oder geleast werden. Bei dem patentierten Teilnahtschweißen wird die orbitale Schweißnaht, die normalerweise umlaufend 360 Grad geschweißt wird, in zwei Teilnähte unterteilt. Dabei beginnt die erste Teilnaht in Sechs-Uhr-Position und wird zu einer Seite bis 12 Uhr mit anschließender Absenkung geschweißt. Die zweite Teilnaht schweißt man dann mit einer bestimmten Vorheizstrecke in Sechs-Uhr- und einer Überlappung in Zwölf-Uhr-Position. Der kritische Fallnahtbereich wird so vermieden. Mit dem Teilnahtschweißen ist man nach Angaben aus Münster in der Lage, Wandstärken bis fünf Millimeter in einer Lage ohne Zusatz zu schweißen. Auch Kantenversatz oder Luftspalte, die auf Baustellen zuweilen auftreten, werden damit sicher beherrscht. Diese Verfahrensvariante des Orbitalschweißens ist besonders für die Molchtechnik interessant, denn es können große Wandstärken verschweißt und höhere Anforderungen an die Schweißnaht-Qualität erfüllt werden. Was insbesondere für den Wurzeldurchhang und den Wurzelrückfall gilt.

Stationäres Ekonor
Auch für die stationäre Vorfertigung bietet nach Aussagen von Ulf Jenter, Leiter des Bereiches Schweißen und Schneiden, das Ekonor-Verfahren mit Rundnahtschweißanlagen oder einfachen Heft- und Formiereinrichtungen praxisgerechte Problemlösungen, die die Nebenzeiten für Heften und Formieren deutlich reduzieren. An die Innenspann-Vorrichtung kann eine Kamera angeschlossen werden. Sie ermöglicht eine Begutachtung der Wurzellage sofort nach dem Schweißprozess. So können eventuelle Wurzelbindefehler schnellstens erkannt und falls nötig überschweißt werden. Durch die Kamera erhält der Benutzer gleichzeitig eine lückenlose Dokumentation per Bild- oder Videoaufnahme. Die bisherige Ungewissheit bei der Erfassung der Wurzel gehört der Vergangenheit an. Ein optimales Schweißergebnis ist jedoch nicht nur durch die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens allein zu erzielen. Erst die Kombination mit einem auf das Verfahren abgestimmten Schutzgas garantiert ein gutes Ergebnis.
Optimale Schutzgase

Zwei solcher Schutzgase bietet die Westfalen AG unter den Bezeichnungen Sagox HC und Sagox SC an. Sie eigenen sich speziell zum MAG-Schweißen hoch legierter Stähle und ermöglichen nach Ansicht von Matthias Thume spürbare Qualitätssteigerungen bei wesentlich verkürzten Verarbeitungszeiten und erweitern darüber hinaus die Möglichkeiten des MAG-Schweißens. So lassen sich beispielsweise Stumpfnähte ohne Nahtvorbereitung in einer Lage schweißen und spritzerfreie Resultate sogar bei Blechdicken unter einem Millimeter erzielen. Um die richtige Schutzgasmischung für den entsprechenden Werkstoff zu ermitteln, führte die Westfalen AG umfangreiche Testreihen durch. Dabei wurde mit unterschiedlichen Gemischen und Parametern (diverse Blechstärken, als Kehlnaht und als I-Stoß) die optimale Gaszusammensetzung empirisch ermittelt.

Gesicherte Qualität
Zur Sicherung der Nahtgüte wurden metallographische Untersuchungen an den geschweißten Blechen durchgeführt. Am Ende der Untersuchungen stand die Einführung von zwei Gasgemischen: Sagox HC und Sagox SC sind genau an die Bedürfnisse hoch legierter Stähle angepasst. Sagox HC ist ein Schutzgas auf Argon-Basis und bietet mit exakt aufeinander abgestimmten Beimischungen von Helium, Wasserstoff und Kohlendioxid entscheidende Verbesserungen. Die gezielte Zugabe von Wasserstoff gleicht die nachteilige Wirkung von Kohlendioxid auf das Fließverhalten aus. Die geringe Kohlendioxid-Beimischung, die deutlich unter zwei Prozent liegt, minimiert die Oxidation auf der Naht. Sagox HC ist daher besonders für Blechdicken bis vier Millimeter geeignet. Auch Sagox SC ist ein Gemisch auf Argon-Basis. Hier wurde die Beimengung von Wasserstoff durch sehr kleine Mengen Sauerstoff ersetzt. Dadurch entsteht ein extrem stabiler und konzentrierter Lichtbogen. Der Anteil von Sauerstoff ist so gering, dass kaum Oxidation entstehen kann. Allerdings muss unterschieden werden, ob die Oxidation durch das Schutzgas entsteht oder durch Luftzutritt, nachdem der Brenner nicht mehr die Schmelze abdeckt. Bei dünnen Blechen wird die Oxidation meist durch den Luftzutritt bestimmt. Bei Blechen ab sechs oder sieben Millimeter ist bei einem entsprechenden Lagenaufbau die Abkühlung der Schmelze durch das Bauteil selbst so groß, dass die Oxidation allein durch die Bestandteile des Schutzgases erfolgt. Hier ist die Oxidation mit reduziertem Kohlendioxid-Anteil deutlich geringer. Sagox HC und Sagox SC haben sich bereits in der Praxis bewährt. So werden bei einem Behälterproduzenten Stumpfstöße von sechs Millimetern ohne Nahtvorbereitung und in einer Lage mit Sagox SC geschweißt. Durch den Einsatz des neuen Schweißgases wurden so die Kosten deutlich gesenkt.

Das Gas zum Lasern
Auch beim Laserschweißen lassen sich durch den Einsatz passgenau abgestimmter Gasgemische in vielen Fällen Kosten senken und Qualitäten verbessern. So muss beispielsweise in der Metallbe- und -verarbeitung nicht immer reines Helium verwendet werden. Helium-Gemische mit Argon oder Wasserstoff führen oft zu besseren Resultaten. Als Arbeitsgase (auch Schutz- oder Prozessgase genannt) werden beim Laserschweißen Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid eingesetzt. Helium hat sich zum sichersten Schutzgas beim Laserschweißen entwickelt, da es dem Anwender das größte Parameterfenster für optimale Schweißresultate bietet. Der Grund: Durch das hohe Ionisationspotenzial setzt unter Einsatz von Helium die Plasmabildung erst relativ spät ein. Argon besitzt dagegen ein nur geringes Ionisationspotenzial, sodass hier sehr rasch die Plasmabildung beginnt. Durch die passgenaue Auswahl des Schutzgases lassen sich wirtschaftliche und qualitative Faktoren des Schweißprozesses maßgeblich beeinflussen.
Blick in die Zukunft
Einen Blick in die Zukunft wagte Dr.-Ing. Axel Zwick vom Fraunhofer-Institut Werkstoff- und Strahltechnik in Dortmund. Bei der Auswahl des richtigen Lasers für Schweißmaschinen ist nach Ansicht von Axel Zwick auch die vorherige genaue Analyse des Fertigungsauftrages notwendig. So konnte er am Beispiel einer Getrieberad-Produktion berechnen, dass sich bei der Produktion hoher Stückzahlen eine Laserquelle mit höherer Leistung lohnt; bei niedrigen zu fertigenden Stückzahlen würde sich bei gleicher Arbeitsgeschwindigkeit schon ein Laser mit halber Leistung anbieten.

Steigende Anforderungen
Weil die Umsetzung von Leichtbaustrategien im Stahlbau neben dem Einsatz hochfester Werkstoffe auch geeignete Verbindungs- und Fügetechniken erfordert, muss die Bauteilgestaltung den werkstoff- und fügetechnischen Erfordernissen angepasst werden. Die Verwendung von hochfesten Feinkornbaustählen ermöglicht eine Verringerung der Blechdicke und des einzubringenden Schweißzusatzwerkstoffes. Dies hat dann die gewünschte Reduzierung des Konstruktionseigengewichtes zur Folge. Herstellungs- und Betriebskosten werden so gesenkt. Dieser Vorteil kommt allerdings nur dann voll zum Tragen, wenn in geschweißten Konstruktionen die Schweißverbindung auch die Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes erreicht. »Hier werden«, so Dr. Axel Zwick, »die Anforderungen an die Festigkeit der Schweißverbindungen eindeutig größer.«

Ausgabe:
bbr 02/2007
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