Rohr-zu-Rohrboden-Schweißungen: Eine Anleitung für hochwertige Schweißverbindungen

Rohr-zu-Rohrboden-Schweißungen sind ein wesentlicher Prozessschritt bei der Herstellung von Wärmetauschern, Dampfturbinen, Kondensatoren, Luftkühlern und Kesseln. Hierbei werden Metallrohre auf Rohrböden montiert und mittels WIG-Schweißen (GTAW) für optimale Leistung und Langlebigkeit verschweißt.

Vorteile von automatisiertem Orbitalschweißen gegenüber manuellem Schweißen

Das automatisierte Rohr-zu-Rohrboden-Schweißen hat das manuelle Schweißen abgelöst, um die Produktivität und Reproduzierbarkeit der Rohr-Rohrboden-Verbindungen zu verbessern und die Produktionszeiten industriell gefertigter Rohrwärmetauscher zu verkürzen. Durch das WIG-Orbitalschweißen wird eine erhebliche Produktivitätssteigerung erreicht, da die mechanisierten oder automatisierten Schweißprozesse wiederholgenau sind und Schweißfehler sowie Reparaturaufwand minimieren. Diese Schweißtechnik gewährleistet eine konstant hohe Qualität, da jede erfolgreiche Schweißsequenz unendlich oft fehlerfrei wiederholbar ist. Zusätzlich sind ausgebildete Fachkräfte nach entsprechender Unterweisung in der Lage, Orbitalschweißmaschinen effektiv zu bedienen. Dies verringert die Abhängigkeit von schwer zu findenden und teuren Handschweißern und senkt die Personalkosten.

Optimales Equipment für das automatisierte Rohr-zu-Rohrboden-Schweißen

Das für das automatisierte Rohr-zu-Rohrboden-Schweißen verwendete Equipment sollte streng an die Anwendung und den gewünschten Automatisierungsgrad angepasst werden:

1. Drei Achsen (Gas, Strom, Rotation): Eine Schweißstromquelle (IM-2020-P oder IM-2020-MC-P) und ein Rohr-zu-Rohrboden-Schweißkopf (T-250 oder T-230-MC) führen die Schweißung ohne Zusatzdraht aus.

2. Vier Achsen (Gas, Strom, Rotation, Draht): Eine Schweißstromquelle (IM-2020-P oder IM-2020-MC-P) und ein Rohr-zu-Rohrboden-Schweißkopf (T-250 oder T-230-MC) führen die Schweißung mit Zusatzdraht aus. Zwei Lagen werden in der Regel in zwei Schritten geschweißt.

3. Fünf Achsen (Gas, Strom, Rotation, Draht, Motor Control): Die Stromquelle IM-2020-MC-P zur Steuerung von fünf Achsen und ein Schweißkopf des Typs T-230-MC mit Motor

Die richtige Planung und Vorbereitung für hochwertige Rohr-zu-Rohrboden-Schweißungen

Erfolgreiches orbitales WIG-Schweißen erfordert sorgfältige Planung und Vorbereitung:

1. Fixieren: Die Rohre müssen präzise in der Bohrung des Rohrbodens zentriert und fixiert werden, damit der Spalt zwischen Rohr und Bohrung vollständig geschlossen ist. Hierzu bietet sich die Technodata Fixiergerät TES-97 an.

2. Kein Heften: Das Heften der Rohre sollte vermieden werden, um zusätzliche Wärmeeinbringung, Materialüberschuss an den Heftpunkten und nicht-zentrische Positionierungen der Rohre zu verhindern.

3. Kein Walzen: Die Rohre dürfen vor dem Schweißen nicht eingewalzt werden, um die Entgasung während des Schweißprozesses zu ermöglichen.

4. Sauberkeit: Eine saubere Kontaktzone zwischen Rohr und Rohrboden ist entscheidend, um Porenbildung zu vermeiden.

5. Nahtlose Rohre: Es sollten nahtlose Rohre oder Rohre mit abgeflachter Schweißnaht verwendet werden.

6. Fase: Verbindungen sollten mit J-Vorbereitungen versehen sein, um eine zuverlässige Schmelzung des Rohrkantenbodens zu gewährleisten.

Verschiedene Rohrpositionen und worauf zu achten ist

Bündige Rohre

• Je nach Anwendung kann das Schweißen bündiger Rohre mit oder ohne Zusatzdraht durchgeführt werden. Ohne Zusatzdraht wird eine Nahtvorbereitung ohne Fase angewendet.

• Typische Anwendungen umfassen Schweißverbindungen in Kondensatoren von thermischen Kraftwerken, oft mit Titanrohren und titanbeschichteten Rohrböden.

• Schweißausrüstungen mit vier oder fünf gesteuerten Achsen gewährleisten präzise Schweißarbeiten. Eine Motor Control-Steuerung und eine Zusatzschutzgaskammer sind optional, aber notwendig für Materialien wie Titan oder Zirkon.

• Der Brennerwinkel sollte je nach Anforderung 0° oder 15° betragen. Durch geeignete Bearbeitung des Rohrbodens kann die V-Naht vermieden werden, und J-Nahtvorbereitungen sind vorzuziehen.

Überstehende Rohre

• Überstehende Rohre werden immer mit Zusatzdraht geschweißt. Der Brennerwinkel und die Rohrüberstände müssen sorgfältig angepasst werden. Standardwinkel sind 15° oder 30°.

• Ein Brennerwinkel von 15° eignet sich für dünnwandige Rohre (1,6 mm bis 2,11 mm), um ein Anschmelzen der Innenseite zu verhindern.

• Ein Brennerwinkel von 30° ist für dickwandige Rohre ab 2,5 mm geeignet, wenn der Abstand zu den umliegenden Rohren ausreichend ist.

• Der Rohrüberstand sollte mindestens 5 mm betragen, um das Anschmelzen der Rohrenden zu vermeiden.

Zurückgesetzte Rohre

• Schweißausrüstungen mit vier oder fünf gesteuerten Achsen sind notwendig. Die Motor Control-Funktion des T-230-MC ist besonders bei zurückgesetzten Rohren empfehlenswert.

• Eine V-Nahtvorbereitung des Rohrbodens ist möglich. Abhängig von den Rohrabmessungen sind eine oder mehrere Schweißlagen notwendig.

• Typischer Anwendungsfall: Schweißen hinter dem Rohrboden eines doppelwandigen Sammlers für Luftkühlung oder Flüssigkeitskondensation.

Innenrohrschweißen hinter dem Rohrboden (Inbore-Schweißungen)

• Diese Methode wird verwendet, um Spaltkorrosion zwischen den Rohren und dem Rohrboden zu vermeiden.

• Erfordert präzise Werkstückvorbereitung und eine vollkommene Beherrschung des Schweißprozesses.

• Eine Schutzgasabdeckung der Nahtwurzel ist erforderlich, außer bei einer Standardnahtvorbereitung ohne Schweißfuge.

• Der Wurzelschutz kann durch Fluten des Behälters oder durch lokalen Gasschutz erreicht werden.

• Innenrohrschweißungen sind bei Rohrdurchmessern größer als 35 mm mit Zusatzdraht möglich.

• Bei dickwandigen Rohren (3 mm bis 3,6 mm) ist die horizontale Schweißposition vorteilhaft.

• Die Distanz zwischen der Vorderkante des Rohrbodens und der Schweißfuge muss genau eingehalten werden, da der Schweißprozess nicht direkt beobachtet werden kann.

• Schweißausrüstungen mit drei oder vier gesteuerten Achsen werden benötigt, bei Standardnahtvorbereitung ohne Schweißfuge sind fünf Achsen erforderlich. Ein spezieller Inbore-Schweißkopf muss verfügbar sein.

Fazit

Eine sorgfältige Planung und Vorbereitung sind entscheidend für erfolgreiche und hochwertige Rohr-zu-Rohrboden-Schweißungen. Durch die Einhaltung dieser detaillierten Anforderungen können mechanische Belastungen minimiert und die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung erfüllt werden. Die Wahl des richtigen Equipments und die präzise Durchführung des Schweißprozesses garantieren langlebige und zuverlässige Verbindungen.