Beim Schweißen von Edelstahlrohren und -leitungen ist bei traditionellen Verfahren wie dem Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) und dem Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG) häufig eine Spülung mit Argon erforderlich. Die Kosten für das Gas und die Rüstzeit für den Spülvorgang können jedoch, insbesondere bei zunehmenden Rohrdurchmessern und -längen, eine wichtige Rolle spielen.
Beim Schweißen von Edelstahl der 300er-Serie können Schweißer Rückschläge bei offenen Wurzelkanalbehandlungen vermeiden, indem sie vom herkömmlichen WIG- oder E-Hand-Schweißen auf ein verbessertes Schweißverfahren umsteigen. Dabei wird weiterhin eine hohe Schweißnahtqualität erzielt, die Korrosionsbeständigkeit des Materials erhalten und die Anforderungen der Schweißverfahrensspezifikation (WPS) erfüllt, die ein Kurzschluss-Metallschutzgasschweißen (GMAW) vorschreibt. Das verbesserte Kurzschluss-GMAW-Verfahren bietet zudem Vorteile hinsichtlich Produktivität, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit und trägt somit zur Gewinnsteigerung bei.
Edelstahllegierungen werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit in vielen Rohrleitungsanwendungen eingesetzt, unter anderem in der Öl- und Gasindustrie, der Petrochemie und der Biokraftstoffindustrie. Obwohl das WIG-Schweißen traditionell in vielen Edelstahlanwendungen Anwendung findet, weist es einige Nachteile auf, die durch verbesserte Kurzschluss-GMAW-Verfahren behoben werden können.
Erstens stellt der anhaltende Mangel an qualifizierten Schweißern eine ständige Herausforderung dar, da Fachkräfte mit WIG-Schweißkenntnissen gesucht werden. Zweitens ist WIG-Schweißen nicht das schnellste Schweißverfahren, was Unternehmen, die ihre Produktivität steigern und die Kundennachfrage befriedigen wollen, behindert. Drittens erfordert es ein zeitaufwändiges und kostspieliges Rückspülen von Edelstahlrohren.
Was ist Blowback? Spülen bezeichnet die Zufuhr von Gas während des Schweißprozesses, um Verunreinigungen zu entfernen und die Schweißnaht zu stützen. Die Rückseitenspülung schützt die Schweißnahtrückseite vor der Bildung schwerer Oxide in Gegenwart von Sauerstoff.
Wird die Rückseite beim Schweißen im offenen Wurzelkanal nicht geschützt, kann es zu Schäden am Untergrund kommen. Dieser Abbau wird als Verzuckerung bezeichnet, da er zu einer zuckerähnlichen Oberfläche im Inneren der Schweißnaht führt. Um ein Zerdrücken zu verhindern, führt der Schweißer einen Gasschlauch in ein Rohrende ein und verschließt das andere Ende mit einem Spüldamm. Am anderen Rohrende wird eine Entlüftung angebracht. Üblicherweise wird die Nahtöffnung zusätzlich mit Klebeband umwickelt. Nach der Reinigung des Rohrs wird ein Abschnitt des Klebebands um die Naht entfernt und mit dem Schweißen begonnen. Dieser Vorgang des Abisolierens und Schweißens wird wiederholt, bis die Wurzelnaht fertiggestellt ist.
Rückblasen vermeiden. Nachschweißen kann viel Zeit und Geld kosten und in manchen Fällen die Projektkosten um Tausende von Dollar erhöhen. Die Umstellung auf ein verbessertes Kurzschluss-GMAW-Verfahren hat es dem Unternehmen ermöglicht, bei vielen Edelstahlanwendungen die Wurzellage ohne Rückspülung zu schweißen. Schweißanwendungen für Edelstähle der 300er-Serie eignen sich dafür besonders gut, während Schweißanwendungen für hochreine Duplex-Edelstähle derzeit noch das WIG-Schweißen für die Wurzellage erfordern.
Eine möglichst geringe Wärmeeinbringung trägt zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit des Werkstücks bei. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Wärmeeinbringung besteht darin, die Anzahl der Schweißdurchgänge zu verringern. Verbesserte Kurzschluss-GMAW-Verfahren, wie beispielsweise das Regulated Metal Deposition (RMD®), nutzen einen präzise gesteuerten Metallübergang für eine gleichmäßige Tropfenablagerung. Dies erleichtert dem Schweißer die Kontrolle des Schmelzbades, wodurch wiederum die Wärmeeinbringung und die Schweißgeschwindigkeit gesteuert werden. Die geringere Wärmeeinbringung führt zu einem schnelleren Erstarren des Schmelzbades.
Durch kontrollierten Metallübergang und schnelleres Erstarren des Schmelzbades ist dieses weniger turbulent, und das Schutzgas verlässt die GMAW-Schweißpistole relativ ungestört. Dadurch kann das Schutzgas durch die offene Wurzel strömen, die Atmosphäre verdrängen und so Verzuckerung oder Oxidation auf der Schweißnahtrückseite verhindern. Diese Gasabdeckung erfolgt in kurzer Zeit, da das Schmelzbad sehr schnell erstarrt.
Tests haben gezeigt, dass das modifizierte Kurzschluss-GMAW-Verfahren die Schweißqualitätsstandards erfüllt und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls beibehält, wie sie beim WIG-Schweißen der Wurzelnaht gegeben war.
Eine Änderung des Schweißverfahrens erfordert zwar eine Neuzertifizierung der Schweißanweisung (WPS) durch das Unternehmen, aber ein solcher Wechsel kann enorme Zeitersparnisse und Kosteneinsparungen bei neuen Fertigungs- und Reparaturarbeiten mit sich bringen.
Die offene Wurzelkanalbehandlung mittels eines verbesserten Kurzschluss-GMAW-Verfahrens bietet zusätzliche Vorteile hinsichtlich Produktivität, Effizienz und Schweißerausbildung. Dazu gehören:
Dadurch wird die Gefahr von Heißkanälen beseitigt, da mehr Metall aufgetragen werden kann, um die Dicke des Wurzelkanals zu erhöhen.
Ausgezeichnete Toleranz gegenüber großen und kleinen Fluchtungsfehlern zwischen den Rohrabschnitten. Dank des gleichmäßigen Metalltransfers können mit diesem Verfahren Spalten bis zu 3/16 Zoll problemlos überbrückt werden.
Die Lichtbogenlänge ist unabhängig vom Elektrodenvorschub konstant, was die Schwierigkeiten des Bedieners ausgleicht, einen gleichmäßigen Vorschub zu gewährleisten. Ein besser kontrollierbares Schmelzbad und ein gleichmäßigerer Materialübergang können die Einarbeitungszeit für neue Schweißer verkürzen.
Reduzieren Sie Ausfallzeiten bei Prozessumstellungen. Für Wurzel-, Füll- und Decklagen können derselbe Draht und dasselbe Schutzgas verwendet werden. Ein gepulstes GMAW-Verfahren ist möglich, sofern die Kanäle mit mindestens 80 % Argon-Schutzgas gefüllt und abgedeckt werden.
Für Betriebe, die bei der Verarbeitung von Edelstahl Rückspülungen vermeiden möchten, ist es wichtig, fünf wichtige Tipps für den Erfolg beim Wechsel zu einem modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahren zu befolgen.
Reinigen Sie die Rohre innen und außen, um Verunreinigungen zu entfernen. Verwenden Sie eine für Edelstahl geeignete Drahtbürste, um die Rückseite der Verbindungsstelle mindestens 2,5 cm vom Rand entfernt zu reinigen.
Verwenden Sie einen Edelstahl-Schweißzusatzwerkstoff mit hohem Siliziumgehalt, z. B. 316LSi oder 308LSi. Der höhere Siliziumgehalt fördert die Benetzung des Schmelzbades und wirkt als Desoxidationsmittel.
Für optimale Ergebnisse verwenden Sie ein speziell für den Prozess entwickeltes Schutzgasgemisch, z. B. 90 % Helium, 7,5 % Argon und 2,5 % Kohlendioxid. Alternativ können Sie auch 98 % Argon und 2 % Kohlendioxid verwenden. Ihr Schweißgaslieferant hat möglicherweise weitere Empfehlungen.
Für optimale Ergebnisse verwenden Sie eine konische Düse zur Wurzelkanalisierung, um eine optimale Gasabdeckung zu gewährleisten. Eine konische Düse mit integriertem Gasverteiler bietet eine hervorragende Abdeckung.
Beachten Sie, dass beim modifizierten Kurzschluss-GMAW-Verfahren ohne Schutzgas eine geringe Menge Zunder auf der Rückseite der Schweißnaht entsteht. Dieser blättert typischerweise beim Abkühlen der Schweißnaht ab und erfüllt die Qualitätsstandards für Anwendungen in der Erdöl-, Kraftwerks- und petrochemischen Industrie.
Jim Byrne ist Vertriebs- und Anwendungsmanager bei Miller Electric Mfg. LLC, 1635 W. Spencer St., Appleton, WI 54912, 920-734-9821, www.millerwelds.com.
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