Rohrschweißen Orbitalschweißen erhöht Prozesssicherheit

Autor / Redakteur: Bernhard Foitzik / Rüdiger Kroh

Für einen Gasröhrenspeicher waren insgesamt 540 Rohre mit einer Gesamtlänge von rund 8700 m, einem Durchmesser von 1520 mm und einer Wandstärke von 19,4 mm zu verschweißen. Die Verfahrenswahl fiel auf das Orbitalschweißen. Es wurden reproduzierbare Ergebnisse auf hohem Qualitätsniveau mit geringer Nahtüberwölbung erzielt.

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Mit der Orbitalschweißanlage wurden die Rohre geheftet und mit Füll- und Decklagen ausgeschweißt.
Mit der Orbitalschweißanlage wurden die Rohre geheftet und mit Füll- und Decklagen ausgeschweißt.
(Bild: Kemppi)

Das Schicksal vieler guter Taten ist es, im Verborgenen zu liegen. So ist auch vom unterirdischen Gasspeicher der Wiener Energiespeicher GmbH wenig zu sehen. Insgesamt fasst der Gasröhrenspeicher ein Volumen von 15.000 m3 und ist für einen Druck bis 70 bar ausgelegt. Er ersetzt zwei oberirdische, konventionelle Kugelspeicher. Das gebunkerte Gas wird bei Bedarf abgerufen und über ein Mitteldrucknetz verteilt. In einer gestaffelten Inbetriebnahme fährt der Energieversorger den Druck nach und nach hoch. Der derzeitige Druck liegt bei durchschnittlich 45 bar.

Festlegung des Schweißverfahren

Zwischen der Vergabe des Projektes und der ersten Schweißnaht lagen gerade einmal drei Monate. Dabei haben die Cofely Gebäudetechnik GmbH, Wien, als Auftraggeber und Kemppi mit dem Systemhaus Rothberger als Lieferant der Schweißausrüstung einen echten Coup gelandet. Denn obwohl die Bauarbeiten erst 14 Tage später als vorgesehen begonnen werden konnten, war man vier Wochen vor der Zeit fertig. Cofely-Montageleiter Josef Bugl: „Das war wirtschaftlich ein Gewinn und kommt bei Baustellen unter freiem Himmel nicht häufig vor.“

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Dabei waren zum Projektstart noch einige Aufgaben zu klären. Auftragsleiter Peter Rossbacher: „Bis zum Beginn der Schweißarbeiten mussten wir noch das Schweißverfahren festlegen.“ Das war sowohl für die Ausschreibung als auch für Anbieter Kemppi eine Herausforderung. Denn die Experten mussten festlegen, ob nach der Druckbehälterverordnung oder nach dem Regelwerk für Rohrleitungen ausgelegt und geprüft wird. Keine Frage: Gas als Medium erfordert besondere Sorgfalt und Qualitätsprüfung.

Orbitalfahrwerk 14 Tage getestet

Für den Gasröhrenspeicher waren insgesamt 540 Rohre mit einer Gesamtlänge von rund 8700 m, einem Durchmesser von 1520 mm und einer Wandstärke von 19,4 mm zu verschweißen. Viel Zeit blieb nicht, das Schweißverfahren auszuwählen. Aus Sicht von Norbert Pfleger, Verkaufsrepräsentant von Kemppi und selbst gelernter Schweißer, kam nur das Orbitalschweißen infrage – ein Schweißverfahren, mit dem Cofely in einem früheren Projekt mit anderem Equipment nicht gerade gute Erfahrungen gemacht hatte.

Montageleiter Bugl vertraute jedoch dem Vorschlag: „Mehrere Schweißverfahren standen zur Debatte. Aber die Beratung und Vorführungen von Kemppi haben uns restlos überzeugt.“ Ein besonderes Entgegenkommen sei es gewesen, das Orbitalfahrwerk 14 Tage testen zu können.

Die Schweißversuche wurden direkt bei Cofely gemacht. Gleichzeitig wurde das Schweißpersonal intensiv geschult. Nicht nur bei der Verfahrensprüfung war Pfleger vor Ort: „Für mich ist es selbstverständlich, in einer solchen Phase tatkräftige Unterstützung zu leisten.“ Den Fortschritt sieht man insbesondere in der höheren Qualität. Bugl: „Wir haben durchweg reproduzierbare Ergebnisse erzielt – und das auf einem hohen Qualitätsniveau.“

Zelt schützt Stromquellen

Im Vergleich zu den Jahre zurückliegenden Versuchen mit dem Orbitalschweißen gab es zwei entscheidende Verbesserungen: die höhere Prozesssicherheit und die stabilere Führung des Fahrwerks. Bei der eingesetzten Technik von Gullco International hat jeder der Traktoren seinen eigenen Ring als Laufbahn.

Zehn Stunden pro Tag, maximal 50 Stunden pro Woche sind die Schweißgeräte im Einsatz gewesen. Begrenzendes Kriterium waren die personellen Kapazitäten. „Die Schweißstromquellen“, so Pfleger, „hätten locker auch Doppelschichten bewältigt.“ Dabei waren die Stromquellen mit IP 23 S praktisch in Katalogversion geliefert worden. Ein schützendes Zelt über der Arbeitsstelle reichte aus, um den Schweißbetrieb auch im dicksten Winter aufrechterhalten zu können.

Als Schweißstromquelle diente eine Fast-Mig-Pulse 450 W, die jederzeit eine volle Kontrolle über die Schweißarbeiten erlaubt. Für die Schweißgeräte wurden aus Kostengründen nur die Kennlinien implementiert, die tatsächlich erforderlich waren. Kemppi hält auf diese Weise nicht nur die Komplexität gering, sondern liefert eine ganz individuelle Ausstattung.

In der Steuerung der Schweißstromquelle zwei Kanäle belegtt

Zum Zünden des Lichtbogens hatte Kemppi noch eine kleine Änderung vorgenommen. „Sehr komfortabel“ findet es Josef Bugl, wenn mit dem Start des Traktors auch gleichzeitig der Lichtbogen gezündet wird. Optional könnte man auch noch eine Verzögerungszeit eingeben.

In der Steuerung der Schweißstromquelle wurden zwei Kanäle belegt. Die Daten des einen Kanals dienten ausschließlich dem automatisierten Orbitalschweißen. Auf dem zweiten Kanal speicherte man die Parameter für das manuelle Schweißen der Endkappen. Was Bugl besonders beeindruckt hat, ist die Art, wie die Schweißparameter vorgegeben werden: „Wir geben die Schweißparameter nur innerhalb eines engen Toleranzbereiches frei, sodass auf der Baustelle wirklich nur mit den für das Verfahren freigegebenen Werten gearbeitet wird.“

Dazu wurde in der Setup-Box für den Schweißstrom von 200 A nur eine Schwankungsbreite von 15 % freigegeben. Die Bandbreite von –5 bis 10 % wurde aus Qualitätsgründen so eng gelegt. Bugl: „Bei größeren Toleranzen besteht die Gefahr von Verbindungsfehlern.“ Bei der von Cofely gewählten Konfiguration können die Parameter also gar nicht aus dem Ruder laufen.

Orbitalschweißen ist prädestiniert für enge Vorgabe

Gerade das Orbitalschweißen, so Pfleger, eigne sich für so enge Vorgaben, wobei die Kemppi-Schweißstromquelle die Pendelbreite, die Pendelgeschwindigkeit und damit die Schweißgeschwindigkeit insgesamt regle. Eine Setup-Box gibt es für jede Stromquelle, von denen insgesamt sechs Einheiten auf der Baustelle zum Einsatz kamen. Diese Boxen werden jedoch nach Eingabe der Parameter und dem Teachen der Stromquelle wieder entfernt und nur die Verantwortlichen haben darauf Zugriff und können Änderungen vornehmen.

Der Ablauf der einzelnen Schweißschritte war durchaus klassisch. Die Rohre wurden auf 140 °C vorgewärmt, geheftet und mit Füll- und Decklagen ausgeschweißt. Die eingesetzte Orbitalschweißanlage war so konzipiert, dass ein schneller Wechsel gegeben war. Besondere Aufmerksamkeit erforderte die Wahl des Fülldrahtes.

Pfleger: „Für den Prozess war ein Fülldraht mit schnell erstarrendem Schlackensystem erforderlich, denn die beiden Traktoren sollten von sechs bis zwölf Uhr schweißen“. Immerhin liefen rund 7 t Schweißdraht mit einer Geschwindigkeit von bis zu 6,8 m/min durch die MXF-65-Drahtvorschubgeräte. Für die V-Naht wurde ein herkömmliches Schutzgas M21 eingesetzt.

Schweißnähte sind nur ganz leicht erhaben

Josef Bugl hat schon einige Kilometer Schweißnähte in seinem Leben gesehen. Aber was seine Leute mit der Kemppi-Ausrüstung hinbekommen haben, nötigt ihm großen Respekt ab: „Unsere Schweißnähte sind nur ganz leicht erhaben. Damit sind wir der idealen Schweißnaht sehr nahe.“ Die geringe Nahtüberwölbung hat durchaus auch wirtschaftliche Aspekte. Denn eine nur 1 mm höhere Naht hätte schon 10 % mehr Nahtvolumen bedeutet.

Nach 30 % Nahtfüllung erfolgte ein Isotopentest

Doch nicht erst die fertige Naht galt es zu überprüfen. Nach 30 % Nahtfüllung gab es jeweils einen Isotopentest sowie eine visuelle Kontrolle durch den Schweißtechniker. Die fertigen Schweißnähte unterzog man einer Ultraschallprüfung und auch sie wurden noch einmal in Augenschein genommen. Ihre Wirtschaftlichkeit sollen die Stromquellen schon bei nächster Gelegenheit unter Beweis stellen. Für den Bau von Fernwärmerohrleitungen wird jetzt schon getestet. Bugl: „Wir überlegen auch, das Fülldrahtschweißen vermehrt in der Haustechnik einzusetzen. Dort sehen wir ein großes Potenzial.“

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