SWR+HyperFill von Novarc Technologies nutzt die Zweidraht-Lichtbogenschweißtechnologie von Lincoln Electric zum Füllen und Abdichten von Rohrschweißnähten.
Das Schweißen kurzer Rohre ist ein komplexer Prozess. Durchmesser und Wandstärke variieren leicht – das liegt in der Natur der Sache. Daher erfordert das Anpassen Kompromisse und das Schweißen selbst Anpassung. Dieser Prozess lässt sich nur schwer automatisieren, und es gibt weniger qualifizierte Rohrschweißer als je zuvor.
Das Unternehmen möchte seine hervorragenden Rohrschweißer halten. Gute Schweißer werden wohl kaum acht Stunden am Stück mit 1G-Rohr schweißen wollen, während das Rohr in einem Drehfutter eingespannt ist. Vielleicht haben sie bereits 5G-Rohre (horizontal, Rohre können sich nicht drehen) oder sogar 6G-Rohre (nicht rotierende Rohre in geneigter Position) getestet und hoffen, diese Kenntnisse anwenden zu können. Das Löten mit 1G-Rohr erfordert Geschick, kann aber für erfahrene Schweißer eintönig sein und sehr lange dauern.
In den letzten Jahren haben sich jedoch in der Rohrfertigung vermehrt Automatisierungsoptionen etabliert, darunter auch kollaborative Roboter. Novarc Technologies aus Vancouver, British Columbia, das 2016 den kollaborativen Spulenschweißroboter (SWR) auf den Markt brachte, hat das System um die HyperFill-Doppeldraht-Metall-Lichtbogenschweißtechnologie (GMAW) von Lincoln Electric erweitert.
„Dadurch erhält man eine größere Lichtbogensäule für das Schweißen großer Mengen. Das System verfügt über Rollen und spezielle Kontaktspitzen, sodass zwei Drähte im selben Schutzrohr geführt werden können und ein größerer Lichtbogenkegel entsteht, wodurch fast die doppelte Menge an Material abgeschieden werden kann.“
„Das sagte Soroush Karimzade, CEO von Novarc Technologies, dem Unternehmen, das die SWR+Hyperfill-Technologie auf der FABTECH 2021 vorstellte. Vergleichbare Abscheidungsraten lassen sich auch für Rohre [Wandstärken] von 0,5 bis 2 Zoll erzielen.“
In einer typischen Konfiguration richtet der Bediener den Cobot für eine Wurzellage mit einem Draht und einem Brenner ein. Anschließend wird der Brenner wie gewohnt durch einen anderen Brenner mit einer 2-Draht-GMAW-Einstellung ersetzt, um die Füllmenge zu erhöhen. Dadurch werden Ablagerungen und verstopfte Kanäle vermieden. „Dies trägt dazu bei, die Anzahl der Schweißgänge und den Wärmeeintrag zu reduzieren“, sagte Karimzadeh und fügte hinzu, dass die Wärmekontrolle die Schweißqualität verbessert. „Bei unseren internen Tests konnten wir bis zu -50 Grad Fahrenheit hohe Kerbschlagzähigkeitswerte erzielen.“
Wie jede Werkstatt sind auch manche Rohrleitungswerkstätten diversifizierte Betriebe. Zwar bearbeiten sie selten dickwandige Rohre, verfügen aber über entsprechende Anlagen für solche Fälle. Mithilfe des Cobots kann der Bediener für dünnwandige Rohre mit einem Ein-Draht-System arbeiten und anschließend auf ein Zwei-Brenner-System umschalten (ein Draht für den Wurzelkanal und Zwei-Draht-GMAW zum Füllen und Verschließen der Kanäle), um dickwandige Rohre zu bearbeiten, die zuvor für das Unterpulverschweißen benötigt wurden.
Karimzadeh ergänzt, dass eine Doppelbrennerkonfiguration die Flexibilität zusätzlich erhöht. So kann beispielsweise ein Cobot mit Doppelbrenner sowohl Kohlenstoffstahl- als auch Edelstahlrohre schweißen. Bei dieser Anordnung verwendet der Bediener zwei Brenner in einer Ein-Draht-Konfiguration. Ein Brenner führt den Schweißdraht für Kohlenstoffstahl, der andere den Schweißdraht für Edelstahlrohre zu. „In dieser Konfiguration verfügt der Bediener über ein kontaminationsfreies Drahtvorschubsystem für einen zweiten Brenner, der speziell für die Bearbeitung von Edelstahl ausgelegt ist“, erklärt Karimzadeh.
Berichten zufolge kann das System während kritischer Wurzellagen in Echtzeit Anpassungen vornehmen. „Beim Wurzelschweißen, insbesondere beim Heften, verändert sich der Spalt je nach Passung des Rohrs“, erklärt Karimzade. „Um dies auszugleichen, erkennt das System das Anhaften und führt adaptives Schweißen durch. Es ändert also automatisch die Schweiß- und Bewegungsparameter, um ein optimales Aneinanderfügen der Heftpunkte zu gewährleisten. Außerdem erfasst es die Spaltveränderung und passt die Bewegungsparameter entsprechend an, um Durchschweißungen zu vermeiden und so die korrekte Wurzellage zu erzielen.“
Das Cobot-System kombiniert Lasernahtverfolgung mit einer Kamera, die dem Schweißer eine klare Sicht auf den Draht (bzw. die Drähte bei einer Zweidraht-Schweißung) ermöglicht, während das Metall in die Nut fließt. Novarc nutzt Schweißdaten seit Jahren, um NovEye zu entwickeln, ein KI-gestütztes Bildverarbeitungssystem, das den Schweißprozess automatisiert. Ziel ist es, dass der Bediener nicht ständig die Schweißung steuern muss, sondern sich anderen Aufgaben widmen kann.
Vergleichen Sie dies mit einer Anwendung, bei der die Wurzelkanäle manuell aufbereitet werden, gefolgt von einer Schnellbehandlung und einer manuellen Heißaufbereitung mit einem Grinder zur Reinigung der Wurzelkanaloberfläche. Anschließend wird das kurze Röhrchen in den Füll- und Kappenkanal eingeführt. „Dafür muss die Rohrleitung oft an eine andere Stelle verlegt werden“, fügt Karimzade hinzu, „wodurch mehr Material gehandhabt werden muss.“
Stellen Sie sich nun dieselbe Anwendung mit Cobot-Automatisierung vor. Mit einem einzigen Draht für Wurzel- und Deckkanäle verschweißt der Cobot die Wurzel und beginnt anschließend sofort mit der Kanalfüllung, ohne die Wurzeloberfläche vorher zu glätten. Bei dickwandigen Rohren kann dieselbe Station mit einem Einzeldrahtbrenner beginnen und für die folgenden Durchgänge auf einen Doppeldrahtbrenner umschalten.
Diese kollaborative Roboterautomatisierung könnte in einer Rohrleitungsfertigung bahnbrechend sein. Professionelle Schweißer verbringen den Großteil ihrer Zeit mit der Ausführung schwierigster Rohrschweißungen, die mit einem Drehfutter nicht möglich sind. Anfänger steuern Cobots gemeinsam mit erfahrenen Kollegen, beobachten und kontrollieren die Schweißnähte und lernen, wie man qualitativ hochwertige Rohrschweißungen herstellt. Mit der Zeit (und nach Übung in der manuellen Position 1G) lernen sie, den Schweißbrenner zu führen und bestehen schließlich die Prüfungen 5G und 6G, um selbst professionelle Schweißer zu werden.
Heute kann ein Berufsanfänger, der mit einem Cobot arbeitet, eine neue Karriere als Rohrschweißer einschlagen, doch Innovationen mindern nicht die Effektivität. Die Branche benötigt zudem qualifizierte Rohrschweißer, insbesondere Möglichkeiten zur Steigerung ihrer Produktivität. Die Automatisierung des Rohrschweißens, einschließlich kollaborativer Roboter, wird zukünftig voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle spielen.
Tim Heston, leitender Redakteur von The FABRICATOR, ist seit 1998 in der Metallverarbeitungsbranche tätig. Seine Karriere begann er beim Welding Magazine der American Welding Society. Seitdem deckt das Magazin alle Metallverarbeitungsprozesse ab, vom Stanzen, Biegen und Schneiden bis hin zum Schleifen und Polieren. Er ist seit Oktober 2007 bei The FABRICATOR.
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