Obwohl die Orbitalschweißtechnologie nicht neu ist, entwickelt sie sich ständig weiter und wird immer leistungsfähiger und vielseitiger, insbesondere beim Rohrschweißen. Ein Interview mit Tom Hammer, einem erfahrenen Schweißer von Axenics in Middleton, Massachusetts, zeigt die vielen Möglichkeiten, mit dieser Technik schwierige Schweißprobleme zu lösen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Axenics
Orbitalschweißen gibt es seit etwa 60 Jahren. Dabei handelt es sich um eine Automatisierung des MSG-Verfahrens. Es handelt sich um eine zuverlässige und praktische Methode zum Ausführen mehrerer Schweißnähte. Allerdings nutzen einige Erstausrüster und Hersteller die Leistungsfähigkeit von Orbitalschweißgeräten noch nicht und verlassen sich auf Handschweißen oder andere Strategien zum Verbinden von Metallrohren.
Die Prinzipien des Orbitalschweißens sind seit Jahrzehnten bekannt, doch die neuen Orbitalschweißgeräte sind dank ihrer Leistungsfähigkeit ein noch leistungsfähigeres Werkzeug für Schweißer. Viele verfügen jetzt über intelligente Funktionen, die die Programmierung und Bearbeitung vor dem eigentlichen Schweißen erleichtern. Beginnen Sie mit schnellen, präzisen Einstellungen, um gleichmäßige, reine und zuverlässige Schweißnähte zu gewährleisten.
Das Schweißerteam von Axenics in Middleton, Massachusetts, ist ein Auftragshersteller von Komponenten, der viele seiner Kunden in die Praxis des Orbitalschweißens einführt, wenn die richtigen Elemente für die jeweilige Aufgabe vorhanden sind.
„Wir wollten den menschlichen Faktor beim Schweißen möglichst eliminieren, da Orbitalschweißgeräte im Allgemeinen qualitativ hochwertigere Schweißnähte produzieren“, sagt Tom Hammer, ein erfahrener Schweißer bei Axenics.
Obwohl die ersten Schweißarbeiten bereits vor 2.000 Jahren durchgeführt wurden, handelt es sich beim modernen Schweißen um einen äußerst fortschrittlichen Prozess, der integraler Bestandteil anderer moderner Technologien und Prozesse ist. Beispielsweise können mit Orbitalschweißen hochreine Rohrleitungssysteme hergestellt werden, die zur Herstellung von Halbleiterwafern verwendet werden, die heute in praktisch allen elektronischen Geräten verbaut werden.
Einer der Kunden von Axenics ist Teil dieser Lieferkette. Er suchte einen Vertragshersteller, der ihm beim Ausbau seiner Produktionskapazität helfen sollte. Dabei ging es ihm insbesondere um die Herstellung und Installation sauberer Edelstahlkanäle, die den Gasdurchfluss durch den Waferherstellungsprozess ermöglichen.
Obwohl für die meisten Rohrarbeiten bei Axenics Orbitalschweißgeräte und Drehtische mit Brennerklemmen zur Verfügung stehen, schließen diese gelegentliches Handschweißen nicht aus.
Hammer und das Schweißteam prüften die Anforderungen des Kunden und stellten Fragen unter Berücksichtigung von Kosten- und Zeitfaktoren:
Die von Hammer verwendeten rotierenden geschlossenen Orbitalschweißgeräte sind Swagelok M200 und Arc Machines Modell 207A. Sie können Rohre von 1/16 bis 4 Zoll aufnehmen.
„Mit Mikroschweißköpfen können wir auch an sehr enge Stellen gelangen“, sagte er. „Eine Einschränkung beim Orbitalschweißen besteht darin, dass wir keinen passenden Schweißkopf für eine bestimmte Verbindung haben. Heutzutage kann man aber auch eine Kette um das zu schweißende Rohr wickeln. Der Schweißer kann über die Kette fahren, und die Größe der Schweißnähte ist praktisch unbegrenzt. Ich habe einige Anlagen gesehen, die 20-Zoll-Rohre schweißen. Es ist beeindruckend, was diese Maschinen heute leisten können.“
Unter Berücksichtigung der Reinheitsanforderungen, der Anzahl der erforderlichen Schweißnähte und der dünnen Wandstärke ist Orbitalschweißen für diese Art von Projekt eine kluge Wahl. Für Rohrleitungsarbeiten zur Prozesssteuerung des Luftstroms schweißt Hammer häufig Edelstahl 316L.
Da wird es richtig subtil. Wir sprechen hier vom Schweißen auf hauchdünnem Metall. Beim Handschweißen kann die kleinste Veränderung die Schweißnaht zerstören. Deshalb verwenden wir gerne einen Orbitalschweißkopf, mit dem wir jeden Teil des Rohrs präzise einstellen und perfektionieren können, bevor wir das Teil einsetzen. Wir reduzieren die Leistung auf einen bestimmten Wert, damit wir wissen, dass das Teil perfekt sitzt, wenn wir es einsetzen. Von Hand erfolgt die Anpassung nach Augenmaß, und wenn wir zu stark treten, kann es direkt durch das Material dringen.
Die Arbeit besteht aus Hunderten von Schweißnähten, die identisch sein müssen. Das für diese Arbeit verwendete Orbitalschweißgerät schafft eine Schweißnaht in drei Minuten; wenn Hammer mit Höchstgeschwindigkeit arbeitet, kann er dasselbe Edelstahlrohr manuell in etwa einer Minute schweißen.
„Die Maschine wird jedoch nicht langsamer. Man lässt sie morgens als Erstes mit Höchstgeschwindigkeit laufen, und am Ende des Tages läuft sie immer noch mit Höchstgeschwindigkeit“, sagte Hammer. „Ich lasse sie morgens als Erstes mit Höchstgeschwindigkeit laufen, aber letztendlich ist das nicht der Fall.“
Es ist äußerst wichtig, das Eindringen von Verunreinigungen in Edelstahlrohre zu verhindern. Aus diesem Grund wird das hochreine Löten in der Halbleiterindustrie häufig in einem Reinraum durchgeführt, einer kontrollierten Umgebung, die das Eindringen von Verunreinigungen in den Lötbereich verhindert.
Hammer verwendet in seinen Handbrennern dasselbe vorgeschärfte Wolfram wie im Orbiter. Während beim Hand- und Orbitalschweißen reines Argon für die äußere und innere Spülung sorgt, profitiert das Schweißen mit Orbitalgeräten auch davon, in einem geschlossenen Raum durchgeführt zu werden. Wenn das Wolfram austritt, füllt sich die Hülle mit Gas und schützt die Schweißnaht vor Oxidation. Beim Einsatz eines Handbrenners wird das Gas nur auf eine Seite des Rohrs geblasen, das gerade geschweißt wird.
Orbitalschweißungen sind im Allgemeinen sauberer, da das Gas das Rohr länger umhüllt. Sobald mit dem Schweißen begonnen wird, bietet Argon Schutz, bis der Schweißer sicher ist, dass die Schweißnaht kalt genug ist.
Axenics arbeitet mit zahlreichen Kunden aus dem Bereich alternativer Energien zusammen, die Wasserstoff-Brennstoffzellen herstellen, mit denen eine Vielzahl von Fahrzeugen angetrieben wird. Beispielsweise sind einige für den Einsatz in Innenräumen konzipierte Gabelstapler auf Wasserstoff-Brennstoffzellen angewiesen, um zu verhindern, dass chemische Nebenprodukte essbare Vorräte zerstören. Das einzige Nebenprodukt einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ist Wasser.
Einer der Kunden hatte viele der gleichen Anforderungen wie ein Halbleiterhersteller, beispielsweise hinsichtlich der Reinheit und Konsistenz der Schweißnähte. Er wollte Edelstahl 321 zum Dünnwandschweißen verwenden. Allerdings handelte es sich bei der Arbeit um den Prototyp eines Verteilers mit mehreren Ventilbänken, die jeweils in eine andere Richtung ragten, sodass wenig Platz zum Schweißen blieb.
Ein für diese Aufgabe geeignetes Orbitalschweißgerät kostet etwa 2.000 US-Dollar und kann zur Herstellung einer kleinen Stückzahl von Teilen verwendet werden, wobei die geschätzten Kosten bei 250 US-Dollar liegen. Finanziell ist das nicht sinnvoll. Hammer bietet jedoch eine Lösung, die manuelle und Orbitalschweißtechniken kombiniert.
„In diesem Fall würde ich einen Drehtisch verwenden“, sagt Hammer. „Es ist im Grunde dasselbe wie beim Orbitalschweißen, nur dass man das Rohr dreht und nicht die Wolframelektrode um das Rohr. Ich benutze meinen Handbrenner, kann ihn aber mit einem Schraubstock fixieren. Ich positioniere ihn so, dass ich die Hände frei habe und die Schweißnaht nicht durch Schütteln oder Rütteln beschädigt wird. Dadurch werden menschliche Fehler weitgehend ausgeschlossen. Es ist zwar nicht so perfekt wie das Orbitalschweißen, da es nicht in einer geschlossenen Umgebung stattfindet, aber diese Schweißmethode kann in einem Reinraum durchgeführt werden, um Verunreinigungen auszuschließen.“
Während die Orbitalschweißtechnologie Reinheit und Wiederholbarkeit bietet, wissen Hammer und seine Schweißerkollegen, dass die Schweißnahtintegrität entscheidend ist, um Ausfallzeiten aufgrund von Schweißfehlern zu vermeiden. Das Unternehmen verwendet für alle Orbitalschweißungen zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) und manchmal auch zerstörende Prüfungen.
„Jede Schweißnaht wird optisch geprüft“, so Hammer. „Anschließend werden die Schweißnähte mit einem Heliumspektrometer geprüft. Je nach Spezifikation oder Kundenwunsch werden einige Schweißnähte auch röntgengeprüft. Auch zerstörende Prüfungen sind möglich.“
Zu den zerstörenden Prüfungen können Zugfestigkeitsprüfungen gehören, um die maximale Zugfestigkeit der Schweißnaht zu bestimmen. Um die maximale Spannung zu messen, der eine Schweißnaht aus einem Material wie Edelstahl 316L standhalten kann, bevor sie versagt, wird das Metall bei der Prüfung bis zu seiner Bruchgrenze gedehnt.
Schweißnähte von Kunden alternativer Energien werden manchmal einer zerstörungsfreien Ultraschallprüfung an den Schweißverbindungen der Komponenten von Wasserstoffbrennstoffzellen mit Dreikanal-Wärmetauscher unterzogen, die in Maschinen und Fahrzeugen alternativer Energien verwendet werden.
„Dieser Test ist entscheidend, da die meisten unserer Komponenten potenziell gefährliche Gase enthalten. Für uns und unsere Kunden ist es sehr wichtig, dass der Edelstahl einwandfrei ist und keine Leckstellen aufweist“, so Hammer.
Tube & Pipe Journal war 1990 das erste Magazin, das sich speziell der Metallrohrindustrie widmete. Heute ist es nach wie vor die einzige Publikation in Nordamerika, die sich ausschließlich dieser Branche widmet, und hat sich zur zuverlässigsten Informationsquelle für Rohrprofis entwickelt.
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