Beim Schweißen von Edelstahlrohren und -leitungen ist bei herkömmlichen Verfahren wie dem Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) und dem Schutzgasschweißen (SMAW) häufig eine Rückspülung mit Argon erforderlich. Die Gaskosten und die Rüstzeit des Spülvorgangs können jedoch wichtig sein, insbesondere wenn Rohrdurchmesser und -längen zunehmen.
Beim Schweißen von Edelstahl der Serie 300 können Auftragnehmer Rückschläge in offenen Wurzelkanalschweißungen vermeiden, indem sie vom herkömmlichen GTAW- oder SMAW-Verfahren auf ein verbessertes Schweißverfahren umsteigen und gleichzeitig eine hohe Schweißqualität erzielen, die Korrosionsbeständigkeit des Materials beibehalten und die Schweißverfahrensspezifikation (WPS) einhalten.
Edelstahllegierungen sind aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit beliebt und werden in vielen Rohr- und Rohrleitungsanwendungen verwendet, darunter Öl und Gas, Petrochemie und Biokraftstoffe. Während GTAW traditionell in vielen Edelstahlanwendungen verwendet wird, weist es einige Nachteile auf, die durch verbessertes Kurzschluss-GMAW behoben werden können.
Erstens ist es aufgrund des anhaltenden Mangels an qualifizierten Schweißern eine ständige Herausforderung, Arbeitskräfte zu finden, die mit GTAW vertraut sind. Zweitens ist GTAW nicht das schnellste Schweißverfahren, was Unternehmen daran hindert, ihre Produktivität zu steigern, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden. Drittens erfordert es eine zeitaufwändige und teure Rückspülung von Edelstahlrohren.
Was ist Rückstoß? Unter Spülen versteht man die Einführung von Gas während des Schweißprozesses, um Verunreinigungen zu entfernen und Unterstützung zu bieten. Die Rückseitenspülung schützt die Rückseite der Schweißnaht vor der Bildung schwerer Oxide in Gegenwart von Sauerstoff.
Wenn die Rückseite beim offenen Wurzelkanalschweißen nicht geschützt wird, kann es zu einer Beschädigung des Substrats kommen. Diese Störung wird als Verzuckerung bezeichnet, weil dadurch in der Schweißnaht eine Oberfläche entsteht, die wie Zucker aussieht. Um ein Zerstampfen zu verhindern, führt der Schweißer einen Gasschlauch in ein Ende des Rohrs ein und verschließt das Ende des Rohrs mit einem Spüldamm. Am anderen Ende des Rohrs wurde außerdem eine Entlüftungsöffnung angebracht. Normalerweise wurde auch Klebeband um die Verbindungsöffnung geklebt. Nach dem Reinigen des Rohrs zog man einen Abschnitt Klebeband um das Rohr herum ab Verbindung und begann mit dem Schweißen, wobei der Vorgang des Abisolierens und Schweißens wiederholt wurde, bis der Wurzelwulst fertig war.
Eliminieren Sie Rückschläge. Rückführungen können viel Zeit und Geld kosten und in einigen Fällen Tausende von Dollar zum Projekt hinzufügen. Der Übergang zu einem verbesserten Kurzschluss-MSG-Verfahren hat es dem Unternehmen ermöglicht, Wurzellagen ohne Rückspülung in vielen Edelstahlanwendungen durchzuführen. Schweißanwendungen für rostfreie Stähle der Serie 300 sind dafür gut geeignet, während Schweißanwendungen für hochreine Duplex-Edelstähle derzeit GTAW für die Wurzellage erfordern.
Den Wärmeeintrag so gering wie möglich zu halten trägt dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit des Werkstücks aufrechtzuerhalten. Die Reduzierung der Anzahl der Schweißdurchgänge ist eine Möglichkeit, den Wärmeeintrag zu reduzieren. Verbesserte Kurzschluss-GMAW-Prozesse wie Regulated Metal Deposition (RMD®) nutzen eine präzise kontrollierte Metallübertragung, um eine gleichmäßige Tröpfchenablagerung zu gewährleisten. Dadurch kann der Schweißer das Schweißbad leichter kontrollieren, was wiederum den Wärmeeintrag und die Schweißgeschwindigkeit steuert. Durch den geringeren Wärmeeintrag gefriert das Schweißbad schneller.
Durch die kontrollierte Metallübertragung und das schnellere Einfrieren des Schweißbades ist das Schweißbad weniger turbulent und das Schutzgas verlässt die MSG-Schweißpistole relativ ungestört. Dadurch kann Schutzgas durch die offene Wurzel strömen, die Atmosphäre verdrängen und eine Verzuckerung oder Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht verhindern. Diese Gasabdeckung dauert nur kurze Zeit, da Pfützen sehr schnell gefrieren.
Tests haben gezeigt, dass das modifizierte Kurzschluss-MSG-Verfahren die Schweißqualitätsstandards erfüllt und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls beibehält, wie beim Schweißen der Wurzelwulst mit GTAW.
Eine Änderung des Schweißprozesses erfordert zwar, dass ein Unternehmen sein WPS erneut zertifizieren muss, aber ein solcher Wechsel kann zu enormen Zeitgewinnen und Kosteneinsparungen bei neuen Fertigungs- und Reparaturarbeiten führen.
Das offene Wurzelkanalschweißen mit einem verbesserten Kurzschluss-MSG-Verfahren bietet zusätzliche Vorteile in Bezug auf Produktivität, Effizienz und Schweißerschulung. Dazu gehören:
Beseitigt die Möglichkeit heißer Kanäle, da mehr Metall abgeschieden werden kann, um die Dicke des Wurzelkanals zu erhöhen.
Hervorragende Toleranz für hohe und niedrige Fehlausrichtungen zwischen Rohrabschnitten. Aufgrund der reibungslosen Metallübertragung können mit dem Verfahren Lücken von bis zu 3⁄16 Zoll problemlos überbrückt werden.
Die Lichtbogenlänge bleibt unabhängig von der Elektrodenverlängerung konstant, wodurch Bediener entschädigt werden, die Schwierigkeiten haben, eine gleichmäßige Verlängerung aufrechtzuerhalten. Eine leichter zu kontrollierende Schweißpfütze und eine gleichmäßige Metallübertragung können die Einarbeitungszeit für neue Schweißer verkürzen.
Reduzieren Sie Ausfallzeiten bei Prozessumstellungen. Derselbe Draht und das gleiche Schutzgas können für Wurzel-, Füll- und Verschlusskanäle verwendet werden. Ein gepulster GMAW-Prozess kann verwendet werden, vorausgesetzt, die Kanäle sind mit mindestens 80 % Argon-Schutzgas gefüllt und abgedeckt.
Für Betriebe, die Rückspülungen in Edelstahlanwendungen vermeiden möchten, ist es wichtig, fünf Schlüsseltipps für den Erfolg bei der Umstellung auf ein modifiziertes Kurzschluss-MSG-Verfahren zu befolgen.
Reinigen Sie die Innen- und Außenseite der Rohre, um etwaige Verunreinigungen zu entfernen. Reinigen Sie die Rückseite der Verbindung mindestens 2,5 cm vom Rand entfernt mit einer für Edelstahl geeigneten Drahtbürste.
Verwenden Sie einen Edelstahlzusatzwerkstoff mit hohem Siliziumgehalt, beispielsweise 316LSi oder 308LSi. Der höhere Siliziumgehalt unterstützt die Benetzung des Schweißbades und wirkt als Desoxidationsmittel.
Um die beste Leistung zu erzielen, verwenden Sie eine speziell für den Prozess formulierte Schutzgasmischung, z. B. 90 % Helium, 7,5 % Argon und 2,5 % Kohlendioxid. Eine weitere Option ist 98 % Argon und 2 % Kohlendioxid. Der Schweißgaslieferant hat möglicherweise andere Empfehlungen.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie eine konische Spitze und Düse zur Wurzelkanalisierung, um die Gasabdeckung zu lokalisieren. Die konische Düse mit integriertem Gasdiffusor sorgt für eine hervorragende Abdeckung.
Beachten Sie, dass bei Verwendung des modifizierten Kurzschluss-MSG-Verfahrens ohne Schutzgas eine kleine Menge Zunder auf der Rückseite der Schweißnaht entsteht. Dieser blättert normalerweise ab, wenn die Schweißnaht abkühlt, und erfüllt die Qualitätsstandards für Erdöl-, Kraftwerks- und petrochemische Anwendungen.
Jim Byrne ist Vertriebs- und Anwendungsmanager für Miller Electric Mfg. LLC, 1635 W. Spencer St., Appleton, WI 54912, 920-734-9821, www.millerwelds.com.
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