Beim Schweißen von Edelstahlrohren und -leitungen ist bei herkömmlichen Verfahren wie Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) und Metallschutzgasschweißen (SMAW) häufig eine Rückspülung mit Argon erforderlich. Allerdings können die Gaskosten und die Einrichtungszeit des Spülvorgangs erheblich sein, insbesondere bei zunehmenden Rohrdurchmessern und -längen.
Beim Schweißen von Edelstahl der 300er-Serie können Auftragnehmer Rückschläge bei offenen Wurzelkanalschweißungen vermeiden, indem sie vom herkömmlichen GTAW- oder SMAW-Schweißen auf ein verbessertes Schweißverfahren umsteigen. Dabei wird weiterhin eine hohe Schweißqualität erreicht, die Korrosionsbeständigkeit des Materials gewahrt und die Schweißverfahrensspezifikation (WPS) erfüllt, die ein Kurzschluss-Metall-Schutzgasschweißverfahren (GMAW) erfordert. Das verbesserte Kurzschluss-GMAW-Verfahren bietet außerdem zusätzliche Vorteile hinsichtlich Produktivität, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit und trägt so zur Gewinnsteigerung bei.
Edelstahllegierungen werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit in vielen Rohr- und Schlauchanwendungen eingesetzt, unter anderem in der Öl- und Gasindustrie, der Petrochemie und der Biokraftstoffindustrie. Obwohl GTAW traditionell in vielen Edelstahlanwendungen eingesetzt wird, weist es einige Nachteile auf, die durch verbessertes Kurzschluss-GMAW behoben werden können.
Erstens ist es angesichts des anhaltenden Mangels an qualifizierten Schweißern eine ständige Herausforderung, Arbeiter zu finden, die mit dem GTAW-Schweißen vertraut sind. Zweitens ist GTAW nicht das schnellste Schweißverfahren, was Unternehmen, die ihre Produktivität steigern möchten, um die Anforderungen ihrer Kunden zu erfüllen, behindert. Drittens erfordert es eine zeitaufwändige und teure Rückspülung von Edelstahlrohren.
Was ist Rückblasen? Unter Spülen versteht man die Zufuhr von Gas während des Schweißvorgangs, um Verunreinigungen zu entfernen und Unterstützung zu bieten. Das Spülen der Rückseite 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 Schäden am Substrat kommen. Dieser Zerfall wird als Verzuckerung bezeichnet, da er im Inneren der Schweißnaht eine Oberfläche entstehen lässt, die wie Zucker aussieht. Um ein Zerdrücken zu verhindern, führt der Schweißer einen Gasschlauch in ein Ende des Rohrs ein und verschließt das Rohrende mit einem Spüldamm. Außerdem wird am anderen Ende des Rohrs eine Entlüftung geschaffen. Normalerweise wird auch Klebeband um die Öffnung der Verbindung geklebt. Nach der Reinigung des Rohrs wird ein Stück Klebeband um die Verbindung abgezogen und mit dem Schweißen begonnen. Der Vorgang des Abziehens und Schweißens wird wiederholt, bis die Wurzelnaht fertig ist.
Beseitigen Sie Rückschläge. Rückführungen können viel Zeit und Geld kosten und in einigen Fällen die Projektkosten um Tausende von Dollar erhöhen. Durch die Umstellung auf ein verbessertes Kurzschluss-GMAW-Verfahren konnte das Unternehmen bei vielen Edelstahlanwendungen Wurzellagen ohne Rückspülen durchführen. Schweißanwendungen für Edelstahl der 300er-Serie sind hierfür gut geeignet, während Schweißanwendungen für hochreine Duplex-Edelstähle derzeit GTAW für die Wurzellage erfordern.
Eine möglichst geringe Wärmezufuhr trägt dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit des Werkstücks aufrechtzuerhalten. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Wärmezufuhr besteht darin, die Anzahl der Schweißdurchgänge zu reduzieren. Verbesserte Kurzschluss-GMAW-Prozesse wie die regulierte Metallabscheidung (RMD®) verwenden eine präzise gesteuerte Metallübertragung, um eine gleichmäßige Tropfenabscheidung zu gewährleisten. Dadurch kann der Schweißer das Schweißbad leichter kontrollieren, was wiederum die Wärmezufuhr und die Schweißgeschwindigkeit steuert. Durch die geringere Wärmezufuhr gefriert das Schweißbad schneller.
Durch kontrollierten Metallübergang und schnelleres Gefrieren des Schweißbads ist das Schweißbad weniger turbulent und das Schutzgas verlässt die GMAW-Pistole relativ ungestört. Dadurch kann das 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 Schweißpfützen sehr schnell gefrieren.
Tests haben gezeigt, dass das modifizierte Kurzschluss-GMAW-Verfahren die Schweißqualitätsstandards erfüllt und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls so aufrechterhält, wie wenn die Wurzelnaht mit GTAW geschweißt würde.
Eine Änderung des Schweißverfahrens erfordert zwar eine Neuzertifizierung der Schweißanweisungen (WPS) durch das Unternehmen, doch kann eine solche Umstellung zu enormen Zeit- und Kosteneinsparungen bei neuen Fertigungs- und Reparaturarbeiten führen.
Das offene Wurzelkanalschweißen mit einem verbesserten Kurzschluss-GMAW-Verfahren bietet zusätzliche Vorteile hinsichtlich Produktivität, Effizienz und Schweißerausbildung. Dazu gehören:
Eliminiert das Potenzial für heiße Kanäle, da mehr Metall abgeschieden werden kann, um die Dicke des Wurzelkanals zu erhöhen.
Hervorragende Toleranz gegenüber großen und kleinen Fehlausrichtungen zwischen Rohrabschnitten. Dank des sanften Metalltransfers können mit dem Verfahren Lücken von bis zu 3⁄16 Zoll problemlos überbrückt werden.
Die Lichtbogenlänge bleibt unabhängig von der Elektrodenverlängerung konstant, was Bedienern zugutekommt, die Schwierigkeiten haben, eine konstante Verlängerung aufrechtzuerhalten. Ein leichter kontrollierbares Schweißbad und ein gleichmäßiger Metalltransfer können die Schulungszeit für neue Schweißer verkürzen.
Reduzieren Sie Ausfallzeiten für Prozessumstellungen. Für Wurzel-, Füll- und Kappenkanäle können derselbe Draht und dasselbe Schutzgas verwendet werden. Ein gepulster GMAW-Prozess kann verwendet werden, sofern die Kanäle mit mindestens 80 % Argon-Schutzgas gefüllt und verschlossen werden.
Für Betriebe, die das Rückspülen bei Edelstahlanwendungen vermeiden möchten, ist es wichtig, bei der Umstellung auf ein modifiziertes Kurzschluss-GMAW-Verfahren fünf wichtige Erfolgstipps zu befolgen.
Reinigen Sie die Innen- und Außenseite der Rohre, um sämtliche Verunreinigungen zu entfernen. Verwenden Sie eine für Edelstahl geeignete Drahtbürste, um die Rückseite der Verbindung mindestens 2,5 cm vom Rand entfernt zu reinigen.
Verwenden Sie ein Edelstahlfüllmaterial mit hohem Siliziumgehalt, beispielsweise 316LSi oder 308LSi. Der höhere Siliziumgehalt unterstützt die Benetzung des Schweißbads und wirkt als Desoxidationsmittel.
Verwenden Sie für optimale Leistung ein speziell für den Prozess entwickeltes Schutzgasgemisch, beispielsweise 90 % Helium, 7,5 % Argon und 2,5 % Kohlendioxid. Eine weitere Option sind 98 % Argon und 2 % Kohlendioxid. Der Schweißgaslieferant hat möglicherweise andere Empfehlungen.
Die besten Ergebnisse erzielen Sie, wenn Sie zur Wurzelkanalisierung eine konische Spitze und Düse verwenden, um die Gasabdeckung zu lokalisieren. Eine konische Düse mit eingebautem Gasdiffusor bietet eine ausgezeichnete Abdeckung.
Beachten Sie, dass bei der Verwendung des modifizierten Kurzschluss-GMAW-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 Petrochemieanwendungen.
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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