Schweißen 300

Beim Schweißen von rostfreien Stählen der Serie 300 können Auftragnehmer das Rückspülen beim Schweißen offener Rohre vermeiden und dennoch eine hohe Schweißqualität erzielen.

Beim Schweißen von Edelstahlrohren und -rohren ist bei herkömmlichen Verfahren wie dem Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) und dem Schutzgasschweißen (SMAW) in der Regel eine Rückspülung mit Argongas erforderlich. Die Gaskosten und die Rüstzeit für den Spülvorgang können jedoch erheblich sein, insbesondere wenn die Rohrdurchmesser und -längen zunehmen.

Beim Schweißen von rostfreien Stählen der Serie 300 können Auftragnehmer das Rückspülen beim Rohrschweißen mit offener Wurzel vermeiden und dennoch eine hohe Schweißqualität erzielen, die Korrosionsbeständigkeit des Materials beibehalten und die Anforderungen der Schweißverfahrensspezifikation (WPS) erfüllen, indem sie vom herkömmlichen GTAW- oder SMAW-Verfahren auf ein modifiziertes Verfahren umsteigen Verfahren zum Kurzschluss-Metall-Lichtbogenschweißen (MSG). Ein modifizierter Kurzschluss-MSG-Prozess bietet außerdem zusätzliche Vorteile für Produktivität, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit, die zur Verbesserung des Endergebnisses beitragen können.

Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit werden Edelstahllegierungen für viele Rohr- und Röhrenanwendungen verwendet, darunter Öl und Gas, Petrochemie und Biokraftstoffe. Während GTAW traditionell für viele Edelstahlanwendungen verwendet wird, weist es einige Nachteile auf, die durch modifiziertes Kurzschluss-GMAW behoben werden können.

Erstens ist es angesichts des anhaltenden Mangels an qualifizierten Schweißern eine ständige Herausforderung, Arbeitskräfte zu finden, die sich mit GTAW auskennen. Zweitens ist GTAW nicht das schnellste Schweißverfahren, was Unternehmen, die ihre Produktivität steigern möchten, um die Kundennachfrage zu erfüllen, behindert. Drittens ist eine zeitaufwändige und kostspielige Rückspülung von Edelstahlrohren und -rohren erforderlich.

Unter Spülen versteht man die Einführung eines Gases, um Verunreinigungen zu entfernen und beim Schweißen eine Unterstützung zu bieten. Die Rückspülung schützt die Rückseite der Schweißnaht und verhindert so die Bildung schwerer Oxide, die in Gegenwart von Sauerstoff entstehen.

Wenn die Rückseite beim Schweißen offener Rohre nicht geschützt ist, kann es zu einem Bruch des Grundmaterials kommen. Dieser Abbau wird als Zuckerbildung bezeichnet, da er auf der Innenseite der Schweißnaht zu einem zuckerähnlichen Oberflächenbild führt. Um eine Zuckerbildung zu verhindern, führen Schweißer einen Gasschlauch in ein Ende des Rohrs ein und blockieren dann die Rohrenden mit Spüldämmen. Sie erzeugen außerdem ein Entlüftungsloch am gegenüberliegenden Ende des Rohrs. In der Regel wird auch die Gelenköffnung mit Klebeband umwickelt. Nachdem sie das Rohr gespült haben, ziehen sie einen Teil des Klebebands um die Verbindung herum ab und beginnen mit dem Schweißen. Dabei wiederholen sie den Vorgang des Abziehens und Schweißens, bis die Wurzellage abgeschlossen ist.

Eine Rückspülung kann einen Betrieb erheblich Zeit und Geld kosten und in manchen Fällen Tausende von Dollar zu einem Projekt hinzufügen. Der Übergang zu einem modifizierten Kurzschluss-MSG-Verfahren ermöglicht es Unternehmen, bei vielen Edelstahlanwendungen Wurzellagen ohne Rückspülung durchzuführen. Schweißanwendungen an rostfreien Stählen der Serie 300 sind dafür gute Kandidaten, während Schweißanwendungen an hochreinem Duplex-Edelstahl derzeit GTAW für die Wurzellage erfordern.

Eine möglichst geringe Wärmeeinbringung trägt dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit des Werkstücks zu erhalten. Die Reduzierung der Anzahl der Schweißdurchgänge ist eine Möglichkeit, den Wärmeeintrag zu reduzieren. Ein modifiziertes Kurzschluss-GMAW-Verfahren wie Regulated Metal Deposition (RMD®) nutzt eine präzise kontrollierte Metallübertragung, um eine gleichmäßige Tröpfchenabscheidung zu gewährleisten. Dies erleichtert dem Schweißer die Kontrolle der Schweißpfütze und damit die Kontrolle der Wärmezufuhr und Schweißgeschwindigkeit. Durch eine geringere Wärmezufuhr gefriert die Schweißpfütze schneller.

Durch die kontrollierte Metallübertragung und das schnellere Erstarren der Schweißpfütze ist die Schweißpfütze weniger turbulent und das Schutzgas tritt relativ ungestört aus der MSG-Schweißpistole aus. Dadurch kann das Schutzgas durch die offene Wurzel dringen, die Atmosphäre verdrängen und Zuckerbildung oder Oxidation auf der Rückseite der Schweißnaht verhindern. Diese Gasversorgung ist nur für kurze Zeit erforderlich, da die Pfütze so schnell gefriert.

Tests zeigen, dass ein modifiziertes Kurzschluss-MSG-Verfahren die Schweißqualitätsstandards erfüllt und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl genauso gut beibehält wie das Schweißen der Wurzellage mit GTAW.

Der Einsatz eines modifizierten Kurzschluss-MSG-Verfahrens zum Rohrschweißen mit offener Wurzel bietet weitere Vorteile für Produktivität, Effizienz und Schweißerausbildung.

Eine Änderung des Schweißprozesses erfordert zwar, dass ein Unternehmen seine WPS neu qualifizieren muss, aber die Umstellung kann sich durch Zeit- und Kosteneinsparungen enorm auszahlen – sowohl bei neuen Fertigungs- als auch bei Reparaturarbeiten.

Der Einsatz eines modifizierten Kurzschluss-MSG-Verfahrens zum Rohrschweißen mit offener Wurzel bietet weitere Vorteile für Produktivität, Effizienz und Schweißerausbildung. Diese beinhalten:

Die Möglichkeit, den Heißdurchgang zu eliminieren, ergibt sich aus der Möglichkeit, mehr Metall abzuscheiden, um die Dicke des Wurzeldurchgangs zu erhöhen.

Außergewöhnliche Toleranz für Hoch-Tief-Fehlausrichtung zwischen Rohrabschnitten. Aufgrund der reibungslosen Metallübertragung können mit dem Verfahren problemlos Lücken von bis zu 3⁄16 Zoll überbrückt werden.

Gleichbleibende Lichtbogenlänge unabhängig vom Elektrodenüberstand, wodurch Bediener entschädigt werden, die Schwierigkeiten haben, eine konstante Überstandslänge beizubehalten. Die einfacher zu kontrollierende Schweißpfütze und die gleichmäßige Metallübertragung können die Einarbeitungszeit für neue Schweißer verkürzen.

Minimale Reinigungszeit, da der Prozess keine Schlacke und, wenn überhaupt, kaum Spritzer hinterlässt.

Reduzierte Ausfallzeiten für Prozessumstellungen. Für Wurzel-, Füll- und Kappendurchgänge können der gleiche Draht und das gleiche Schutzgas verwendet werden. Ein gepulster GMAW-Prozess kann verwendet werden, vorausgesetzt, dass für die Füll- und Verschlussdurchgänge ein Schutzgas mit mindestens 80 Prozent Argon verwendet wird.

Für Betriebe, die das Rückspülen bei Edelstahlanwendungen vermeiden möchten, ist es wichtig, fünf Schlüsseltipps für den Erfolg bei der Umstellung auf einen modifizierten Kurzschluss-MSG-Prozess zu befolgen.

Reinigen Sie das Rohr innen und außen, um eventuelle Verunreinigungen zu entfernen. Verwenden Sie eine für Edelstahl geeignete Drahtbürste, um mindestens 1 Zoll von der Verbindungskante entfernt zu reinigen.

Verwenden Sie ein Edelstahl-Füllmetall mit hohem Siliziumgehalt, z. B. 316LSi oder 308LSi. Ein höherer Siliziumgehalt hilft, die Schweißpfütze auszufeuchten und wirkt als Desoxidationsmittel.

Um die beste Leistung zu erzielen, verwenden Sie eine Schutzgasmischung, die speziell auf den Prozess abgestimmt ist, z. B. 90 Prozent Helium, 7,5 Prozent Argon und 2,5 Prozent Kohlendioxid. Eine weitere Option ist 98 Prozent Argon und 2 Prozent Kohlendioxid. Schweißgaslieferanten haben möglicherweise andere Empfehlungen.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie eine konische Spitze und Düse für den Wurzeldurchgang, um die Gasabdeckung zu lokalisieren. Konische Düsen mit eingebauten Gasdiffusoren sorgen für eine hervorragende Abdeckung.

Beachten Sie, dass bei Verwendung eines modifizierten Kurzschluss-MSG-Verfahrens ohne Schutzgas eine kleine Menge Oxidablagerungen auf der Rückseite der Schweißnaht entsteht. Dies blättert normalerweise ab, wenn die Schweißnaht abkühlt, und liegt innerhalb der Qualitätsstandards für Öl-, Kraftwerks- und petrochemische Anwendungen.

Jim Byrne ist Vertriebs- und Anwendungsmanager bei Miller Electric Mfg. LLC, 1635 W. Spencer St., Appleton, WI 54912, 920-734-9821, www.millerwelds.com.