Ein Fall für Fallrohre

Fokus - Schweißen

Die Produktion von Rohren und Dachrinnen bei Umicore war ausgelastet, die Nachfrage jedoch stieg. Was tun? Das Unternehmen führte das WIG-Hochleistungsschweißverfahren ›Infocus‹ von Kjellberg ein.

09. März 2016

Beim Rundgang durch die Hallen von Umicore Bausysteme im sachsen-anhaltinischen Gatterstätt fällt die Vielfalt der Fallrohre und Dachrinnen auf versandfertigen Paletten auf. Neben verschiedenen Rohrdurchmessern produziert das Unternehmen Elemente für Dachentwässerungssysteme aus Kupfer, Aluminium und Titanzink. Hauptprodukte sind Titanzinkrohre und -rinnen, die unter dem Markennamen ›VM-Zinc‹ mit verschiedenen Oberflächen als ›Natural-Zinc‹, ›Quartz-Zinc‹, ›Anthra-Zinc‹, ›Pigmento‹, ›Azengar‹ angeboten werden.

Auf drei Fertigungslinien werden bisher jährlich allein 2.500 Kilometer Rohre in mehreren Durchmessern von 60 bis 120 Millimeter und mit einem bis vier Meter Länge produziert, davon 80 Prozent aus Titanzink. Das heißt auch, dass 2.500 Kilometer Schweißnaht gezogen werden. Ausgangsmaterial sind Bänder von zirka 2,2 Kilometer Länge, die vom Coil abgewickelt, zum Endlosrohr geformt, auf Stoß geschweißt und schließlich konfektioniert werden.

Die Fertigung ist gut ausgelastet und läuft im Mehrschichtbetrieb. Doch die Nachfrage steigt, und so macht sich Produktionsleiter Torsten Hanke mit seinen Kollegen Gedanken darüber, wie noch mehr Fallrohre in kürzerer Zeit produziert werden können. »Engpass ist das Schweißen der Längsnähte«, so Torsten Hanke. »Mit konventionellem WIG wird nur eine Schweißgeschwindigkeit von etwa fünf Metern pro Minute erreicht.« Der betreuende Schweißhändler schlug vor, es mit einem neuen Verfahren zu versuchen: WIG-Hochleistungsschweißen Infocus von Kjellberg.

Eine Investition in neue Stromquellen war dafür nicht erforderlich; die vorhandenen konnten, nach Aufrüstung mit einer effizienten Kühlung, genutzt werden. Technologieträger ist der Infocus-Schweißbrenner. Er ist mit seinem hochfokussierten Lichtbogen ein Werkzeug, das Schweißnähte in ähnlich hervorragender Qualität liefern kann, wie das Plasma- oder Laserschweißen.

Sicherer und stabiler Prozess

Infocus ist ein WIG-Hochleistungsverfahren, mit dem niedrig- und hochlegierte Stähle, Nichteisenmetalle sowie verzinkte Bleche mit hoher Geschwindigkeit verschweißt werden können. Dünnblechschweißen ist genauso möglich wie das Schweißen dicker Bleche, bis zu zehn Millimeter in einer Lage. Der Prozess verläuft sicher und spritzerfrei. Die Schweißnähte zeichnen sich aus durch eine hochwertige und gleichmäßige Nahtoberfläche, eine schmale Wärmeeinflusszone und einen geringen Verzug. Die Anforderungen an die Schweißnähte sind auch bei Umicore hoch: Außer einer absolut glatten Nahtoberfläche und einer gut ausgebildeten Wurzel müssen sie eine hohe Zähigkeit und Biegefestigkeit aufweisen. Bereits im Werk müssen die Nähte die Qualität haben. Jedes Fallrohr wird nach dem Schweißen an einem Ende bis zu zwei Millimeter aufgeweitet. Die entstandene Muffe dient später auf der Baustelle als Verbindungselement. Ist die Nahtqualität unzureichend, reißen die Nähte beim Weiten auf und die Rohre sind unbrauchbar.

Andere Rohre werden zu Rohrbögen weiterverarbeitet. Dafür werden sie bis zu einem Winkel von 85 Grad gebogen und nach dem Zuschneiden ebenfalls mit einer Steckmuffe versehen. Trotz der zweifachen Belastung der Naht – Biegen und Dehnen – besteht die größere Gefahr für das Reißen einer Naht laut Torsten Hanke beim Aufweiten der Muffe. Was im Werk noch mit gleichmäßiger Krafteinwirkung durch einen maschinellen Rohraufweiter ausgeführt wird, fordert bei der Verarbeitung von Reststücken auf der Baustelle das Geschick des Klempners. Und je niedriger die Temperaturen, desto rissanfälliger werden die Schweißnähte.

Damit das nicht passiert, wurde durch Kjellberg eine detaillierte Prozessanalyse vorgenommen und gemeinsam mit Umicore die optimalen Schweißdaten für den Infocus-Prozess ermittelt. Die Rahmenbedingungen für das Schweißen geben die drei vorhandenen Fertigungslinien vor. Unabhängig vom Schweißprozess könnten derzeit 7,5 Meter Rohr pro Minute hergestellt werden. Wird mit Infocus geschweißt, ist diese Geschwindigkeit kein Problem und das Potenzial der Linie kann voll ausgenutzt werden. Verglichen mit konventionellem WIG-Verfahren bedeutet das eine Erhöhung der Schweißgeschwindkeit um 50 Prozent – ohne größere Umbaumaßnahmen an der Fertigungslinie.

Die zum Rohr geformten Zuschnitte weisen, wie beim konventionellen WIG-Schweißen, einen geringen Schweißspalt auf. Die Verwendung von Zusatzwerkstoffen erübrigt sich damit. Die Titanzink-Zuschnitte werden mit Wechselstrom und Argon als Schutzgas geschweißt. Der Verzicht auf teures Helium verringert die Produktionskosten. Ist das Coil nicht zu stark verölt, läuft der Prozess über die gesamte Länge des Coils ruhig und stabil. Ein stabiler Prozess beeinflusst wiederum den Elektrodenverschleiß positiv. Unterstützend wirkt auch die Optimierung des Zündprozesses.

Kupfer- und Aluminiumrohre werden bei Umicore in Gatterstätt gleichfalls mit Infocus geschweißt. Vorteilhaft ist, dass die Datensätze für verschiedene Materialien und Dicken aus einer Datenbank abgerufen werden. Das erleichtert den Anlagenbedienern die Arbeit und sichert zugleich die Qualität der Schweißergebnisse.

Exakte Justierung des Brenners

Neben der prozesstechnischen Betreuung liefert Kjellberg auch maschinenbautechnische Unterstützung. Sie reicht vom Bau einfacher Vorrichtungen bis zur Projektierung kompletter Schweißarbeitsplätze. Für Umicore wurde ein Kjellberg-Standardsupport optimiert und an die vorhandene Technik angepasst. Er ermöglicht die exakte Justierung des Brenners über der Schweißnaht mittels manueller Verstellung. In vier Dimensionen kann der Brenner vom Anlagenbediener exakt und mit dem idealen Nahtabstand eingerichtet werden. Hierbei ist die Erfahrung der Anlagenbediener gefragt. In kürzester Zeit haben sie anhand von Lichtbogen- und Nahtaussehen die ideale Position gefunden. Während des Schweißprozesses muss der Brenner nicht nachjustiert werden.

Seit Herbst 2015 läuft die erste der drei Fertigungslinien mit Infocus. Die anderen beiden folgen bis zum Frühjahr. Dafür wird es noch weitere Veränderungen an den Fertigungsanlagen geben, um das Potenzial ausschöpfen zu können. Der Hochleistungsschweißprozess soll dann in einer Minute neun Meter schweißen.

Der Umbau lohnt sich. Denn am Ende kann die Menge der produzierten Fallrohre weiter erhöht werden.

Zahlen & Fakten

VM-Zinc ist eine Titan-Zink-Legierung, die zu 99 Prozent aus Zink und 1 Prozent weiteren Legierungsbestandteilen, etwa Titan und Kupfer, besteht. Die Legierung trägt zu verbesserten Werkstoffkennwerten bei, beispielsweise höhere Zugfestigkeit, verbesserte Dauerstandfestigkeit und verminderte thermische Längenausdehnung. Wichtig sind auch die Verringerung der Kaltsprödigkeit von Zink und die Erhöhung der Kristallisationsgrenze, was das Verarbeiten auf der Baustelle erleichtert. (Quelle: Umicore)

Erschienen in Ausgabe: 02/2016