Was ist Orbitalschweißen?
Das Orbitalschweißen ist ein spezielles Lichtbogenschweißverfahren, bei dem Rohre oder Flasche verschweißt werden, während eine Elektrode automatisiert um das Objekt rotiert (oder kreist), um die Schweißnaht zu bilden.
Wie funktioniert Orbitalschweißen?
Beim Orbitalschweißen wird eine spezielle Maschine verwendet, die das zu schweißende Rohr einspannt, während die Elektrode mit dem Lichtbogen um das Werkstück rotiert. Da die Schweißparameter von einem Mikroprozessor eingestellt werden, können die Einstellungen gespeichert und wiederverwendet werden, so dass es sich um einen äußerst wiederholbaren Prozess handelt.
Orbitalschweißungen können entweder mit einer abschmelzenden oder einer nicht abschmelzenden Elektrode durchgeführt werden, wobei erstere die Energie eines MIG-Drahtvorschubs nutzt, um den Lichtbogen mit Metall zu versorgen, während letztere die WIG-Elektrode des Orbitalschweißsystems und Wolfram-Inertgas verwendet. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Anwendungen und Vorteile.
Seit den 1980er Jahren hat sich eine Industrie entwickelt, die Fittings, Messgeräte, Regler, Ventile und andere Artikel für hochreine Orbitalschweißanwendungen herstellt. Das Schweißen von Rohren für hochreine Anwendungen erfordert die Verwendung eines vollständig geschlossenen Schweißkopfes.
Für eine vollständige Wiederholbarkeit ist es außerdem wichtig, den Schweißkopf zu überprüfen und sicherzustellen, dass die inneren Teile nicht durch Kohlenstoffablagerungen verkohlt sind, die den Stromfluss kurzschließen können. Der Schweißkopf muss regelmäßig gereinigt und gewartet werden, damit die Teile nicht mit der Zeit verschleißen.
Obwohl es sich um einen hochautomatisierten Prozess handelt, sind Ingenieure erforderlich, um die Maschine effektiv zu bedienen. Bei der Eingabe der Schweißparameter in die Schweißmaschine, kann es vorkommen, dass der Schweißer aufgrund variabler Randbedingungen Korrekturmaßnahmen ergreifen muss. Dazu gehört die regelmäßige Überprüfung von Mustern oder Proben auf Abweichungen im Einbrandverhalten. Diese Proben werden in der Regel zu Beginn einer Schweißschicht angefertigt, aber auch immer dann, wenn Anpassungen oder Änderungen vorgenommen werden. Diese Proben müssen weiterhin einen vollständigen Einbrand und eine gleichmäßige Wulstbreite aufweisen.
Die Qualität von Orbitalschweißnähten hängt von der Qualität der verwendeten Materialien ab. Häufig werden Rohre aus rostfreiem Stahl AISI 316L (Werkstoffnummer 1.4404, V4A, X2CrNiMo17-12-2) sowie eine Argonquelle für Schutz- und Formiergas mit einer Mindestreinheit von 99,9995 % für industrielle Anwendungen verwendet.
Die Qualität der Schweißnaht hängt von Faktoren wie der Lichtbogenlänge, der Stärke des Schweißstroms und der Impulsfrequenz, der Schweißgeschwindigkeit, der Art der Grund- und Zusatzwerkstoffe, dem Schutzgas, der Wärmeleitfähigkeit und der Schweißnahtvorbereitung ab. Die Kenntnis und Einstellung dieser verschiedenen Parameter verbessert die Schweißqualität erheblich.
Wann sollte man Orbitalschweißen anwenden?
Es kann schwierig sein, ein hohes Maß an Sicherheit und Qualität zu erreichen, wenn man in bestimmten Schweißpositionen, z. B. von unten oder über Kopf, manuell schweißt. Der eingeschränkte Zugang des Anwenders kann zu fehlerhaften Schweißnähten führen, da der Schweißer Mühe hat, das Schweißbad durch ein Gleichgewicht zwischen Oberflächenspannung und Schwerkraft in verschiedenen Brennerpositionen unter Kontrolle zu halten. Das Orbitalschweißen kann dieses Problem lösen, indem es den Prozess automatisiert, obwohl ein Schweißer immer noch erforderlich ist, um den Prozess zu überwachen und einzustellen.
Das Orbitalschweißen wird häufiger bei Rohrleitungen als bei Pipelines angewandt, da bei der Herstellung von Rohren gleichbleibende Außendurchmesser erzielt werden, die sich besser in den Schweißkopf einpassen lassen.
Das Orbitalschweißen hat sich zu einer Standardverbindungsmethode für hochintegrierte Flüssigkeits- und Gassysteme in der Halbleiter- und Pharmaindustrie entwickelt, die eine hohe Reinheit und Dichtheit erfordern.
Das Orbitalschweißen sollte eingesetzt werden, wenn manuelles Schweißen schwierig oder gefährlich wäre und wenn große Mengen an Schweißnähten erforderlich sind, da es vollautomatisch und in hohem Maße wiederholbar ist.
Vorteile
Das Orbitalschweißen bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Schweißtechniken, unter anderem:
- Höhere Produktivität: Da Orbitalschweißgeräte mechanisiert sind, bieten sie im Vergleich zum manuellen WIG-Schweißen eine höhere Produktivität, da die Schweißsequenzen einfach und zuverlässig wiederholt werden können.
- Gleichbleibende Qualität der Schweißnaht: Sobald die Schweißparameter eingestellt und eingegeben wurden, kann der Schweißzyklus mit hoher Präzision und Konsistenz wiederholt werden. Da die meisten Orbitalschweißgeräte eine Echtzeitüberwachung ermöglichen, kann ein vollständiges Schweißprotokoll erstellt und zur späteren Verwendung gespeichert werden.
- Qualifikationsniveau des Bedieners: Einmal geschult, können erfahrene Mechaniker Orbitalschweißgeräte bedienen. Das Qualifikationsniveau ist niedriger als beim manuellen Schweißen, was bedeutet, dass auch die Personalkosten niedriger sein dürften.
- Umgebungsbedingungen: Orbitalschweißen kann unter rauen Umgebungsbedingungen sowie bei eingeschränktem Zugang oder schlechter Sicht durchgeführt werden. Sobald der Schweißkopf in Position ist, kann die Arbeit aus sicherer Entfernung mit Hilfe von Videoübertragung zur Überwachung der Schweißung abgeschlossen werden.
- Verbesserte Sicherheit: Das Orbitalschweißen bietet mehr Sicherheit, da die Schweißer nicht mehr im Arbeitsbereich arbeiten müssen, sondern den Prozess aus sicherer Entfernung überwachen können.
Einschränkungen
Trotz der Vorteile gibt es auch einige Einschränkungen beim Orbitalschweißen. Erstens lassen sich nicht alle Werkstücke orbitalschweißen, und zweitens sind für das Schweißen verschiedener Werkstücke unterschiedliche Schweißköpfe erforderlich.
Außerdem kann die Ausrüstung für das Orbitalschweißen das 5 bis 10fache der Anschaffungskosten für das konventionelle Schweißen kosten.
Benötigte Ausrüstung
Die Hauptbestandteile eines Orbitalschweißsystems sind die Stromversorgung (einschließlich einer integrierten Computersteuerung), der Schweißkopf und, falls erforderlich, ein Drahtvorschubsystem. Für bestimmte Teile oder Werkstoffe ist außerdem ein Kühlsystem erforderlich. Im Folgenden werden wir die einzelnen Systeme nacheinander betrachten:
- Programmierbare Stromversorgung: Mit einem programmierbaren Netzgerät können Sie eine Reihe verschiedener Parameter einstellen, z. B. die Stromstärke, die Impulsrate, den Schutzgasfluss, die Fahrgeschwindigkeit des Schweißkopfs und die Drahtvorschuboptionen. Idealerweise sollte das Netzgerät so leicht sein, dass es von einer Person getragen werden kann, mindestens vier Achsen steuern können und kompakt sein.
- Orbitalschweißköpfe: Für verschiedene Anwendungen können unterschiedlich große Köpfe erforderlich sein, aber in jedem Fall sollte Ihr Schweißkopf die Elektrode in Position halten, den Schweißstrom steuern, eine optimale Temperatur aufrechterhalten und Druck auf die zu schweißenden Werkstücke ausüben
- Drahtvorschub: Der Drahtvorschub kann, falls erforderlich, in den Kopf des Geräts eingeschweißt oder Teil eines separaten Systems sein
- Kühlsystem: Das Kühlmittelsystem, das entweder Luft, Wasser oder ein Kühlmittel verwendet, verhindert eine Überhitzung der Schweißanlage und schützt gleichzeitig den Schweißer vor der Wärmeeinwirkung des Prozesses.
Werkstoffe
Orbitalschweißen kann an einer Reihe von Metallen durchgeführt werden, darunter hochfeste, hochwarmfeste und korrosionsbeständige Stähle, unlegierte und niedriglegierte Kohlenstoffstähle, Nickellegierungen, Kupfer, Titan, Aluminium und die entsprechenden Legierungen.
Da das Orbitalschweißen in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird, sind die Ergebnisse sehr sauber mit geringer Partikelzahl und ohne unerwünschte Spritzer.
Wo wird Orbitalschweißen eingesetzt?
Da Orbitalschweißen in der Lage ist, hochreine Schweißnähte zu erzeugen, wird es für die Herstellung von Reinraumteilen für die Halbleiterindustrie sowie von Rohrleitungen für eine Vielzahl von Branchen eingesetzt. Das Orbitalschweißen wird insbesondere im Anlagenbau sowie unter anderem in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Biotechnologie-, Chemietechnik-, Lebensmittel-, Pharma-, Energie- und Schiffsbauindustrie eingesetzt.
Wofür wird Orbitalschweißen eingesetzt?
Wie bereits erwähnt, wird das Orbitalschweißen in einer Vielzahl von Branchen und Situationen eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass das Verfahren eine hohe Effizienz bei ansonsten komplexen Schweißnähten bietet und glatte und zuverlässige Verbindungen schafft.
Einige Anwendungsbeispiele sind:
- Lebensmittel-, Molkerei- und Getränkerohrleitungen: Da diese Komponenten den Hygiene- und Sicherheitsstandards entsprechen müssen, wird das Orbitalschweißen häufig eingesetzt, um Schweißnähte mit einem guten Maß an Glätte und Eindringtiefe für diese Anwendungen zu erzielen.
- Halbleiter: Orbitalschweißungen werden bei Halbleitern eingesetzt, um effiziente Chargenschweißungen mit glatten Oberflächen zu erzielen und die Ansammlung von Verunreinigungen zu verhindern.
- Teile für die Luft- und Raumfahrt: Orbitalschweißen wird in der Luft- und Raumfahrt seit Jahrzehnten eingesetzt, um Schweißnähte zu erzeugen, die dem Druck beim Fliegen in großer Höhe standhalten und gleichzeitig glatt und makellos sind.
Ist Orbitalschweißen schwer?
Da es sich um ein automatisiertes Verfahren handelt, ist Orbitalschweißen nicht sonderlich schwierig, wenngleich Fachwissen und Erfahrung erforderlich sind, um die Schweißparameter einzustellen und die erforderlichen Anpassungen während des Prozesses vorzunehmen.
Fazit
Orbitalschweißen kann selbst bei ungewöhnlichen Materialien, Teilen mit großer Wandstärke, kleinen Durchmessern oder schwierigen/gefährlichen Umgebungen äußerst wiederholbare und zuverlässige Schweißnähte liefern. All diese Faktoren haben das Orbitalschweißen zu einem weit verbreiteten Verfahren für eine Reihe von Branchen und Anwendungen gemacht.
Während die Kosten für die erforderliche Ausrüstung im Vergleich zu konventionellen Geräten oft 5-10mal so hoch sind, kann das Orbitalschweißen eine 2-3 mal höhere Produktivität als das konventionelle WIG-Schweißen bieten.