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Wurzelbehandlung ohne Schmerzen: Stromquelle fürs Wurzelschweißen

| Autor/ Redakteur: Franz Joachim Roßmann / Frauke Finus

Die Bilfinger VAM Anlagentechnik setzt das einseitige Wurzelschweißen beim Bau von Anlagen, Behältern und Rohren ein. Zum ersten Mal hat das Unternehmen dafür bei einem Wasserkraftwerksprojekt die MIG/MAG-Schweißstromquelle TPS/i von Fronius genutzt. VAM konnte so die Schweißarbeiten vereinfachen und die Zahl der erforderlichen Geräte reduzieren.

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Die Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH gehörte zu den ersten Anwendern der TPS/i, der intelligenten Schweißstromquelle von Fronius.
Die Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH gehörte zu den ersten Anwendern der TPS/i, der intelligenten Schweißstromquelle von Fronius.
( Bild: Fronius )

Auf 2500 m Seehöhe wird in Kärnten derzeit ein 430-MW-Pumpspeicherkraftwerk als Modernisierungs- und Erweiterungsbau einer bestehenden Kraftwerksgruppe realisiert. Mit der für 2016 geplanten Fertigstellung entsteht einer der leistungsstärksten Wasserkraftwerksverbünde Europas. Für Außenstehende sind Dimension und Baufortschritt des Neubaus jedoch kaum erkennbar, denn die eigentlichen Bauarbeiten finden fast ausschließlich im Berg statt. Tief im Gestein entsteht eine 25 m breite, 58 m lange und 43 m hohe Kaverne, die Platz für zwei Maschinensätze mit einer Turbinen- und Pumpleistung von jeweils 215 MW bietet. Um diese mit einem vorhandenen Stausee zu verbinden, der als Oberbecken fungiert, wurde ein Tunnel durch den Fels getrieben. In ihm wird ein 5 km langes Untertage-Stahlrohrsystem installiert, das im Wesentlichen aus einem 3,3 km langen Druckstollen und einem 800 m langen Druckschacht mit 42°-Gefälle besteht.

Der Druckschacht hat einen Durchmesser von 3,60 m und einen Betriebsdruck von 105 bar. Die Höhendifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Speichersee beträgt im Mittel 595 m. Für die Realisierung des Druckschachtes wurden von der dafür beauftragten Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH 3963 t Stahl für die Druckschachtpanzerung sowie zugehörige Anlagenteile verbaut. Außer der Druckschachtpanzerung baut und montiert die Bilfinger VAM Anlagentechnik in den eigenen Werkstätten und vor Ort auch die zugehörigen Verteilrohrleitungen mit einem Gewicht von 132 t, zwei Saugrohrklappen mit einer Breite von 3,60 m und einer Höhe von 2,40 m und 20 bar Betriebsdruck sowie gemeinsam mit einem Partner zwei Kugelschieber mit einem Durchmesser von 1600 mm und einem Betriebsdruck von 105 bar.

Die bessere Lösung

Zudem wurde für die Druckschachtpanzerung erstmals in Europa thermomechanischer Stahl in der Festigkeitsklasse 690 N/mm2 verwendet. Gegenüber Vergütungsstahl hat dieser Stahl den Vorteil, dass er kostengünstiger gefertigt und einfacher geschweißt werden kann. „Im Vordergrund steht für uns aber immer die Qualität der Schweißnaht“, betont Peter Krenmayr, Leiter des Geschäftsfelds Schweiß- und Prüftechnik bei Bilfinger VAM. „Das gilt insbesondere auch für einseitige Wurzelschweißungen, die einen wesentlichen Teil der Schweißarbeiten bei der Herstellung der Druckschachtpanzerung ausmachen.“

Bis vor kurzem setzte der Anlagenbauer dafür auf einen speziell für einseitige Wurzelschweißungen im Pipelinebau entwickelten Prozess, der weder Strom noch Spannung konstant hält, sondern den Strom automatisch an den Wärmebedarf des Lichtbogens anpasst. „Die mit diesem Prozess erreichbare Nahtqualität bei fallend geschweißten Wurzelnähten entspricht zwar unseren hohen Anforderungen und unserer Kunden“, berichtet der VAM-Manager. „Allerdings ist die Einstellung der Parameter bei dem Schweißgerät nicht ganz einfach und erfordert viel Erfahrung seitens des Schweißers.“ Aus diesem Grund sahen sich die Verantwortlichen schon länger nach besseren Alternativen um.

Entsprechend positiv reagierten die Verantwortlichen, als Fronius die neue MIG/MAG-Schweißstromquelle TPS/i Ende 2013 ankündigte und nahmen die Gelegenheit gerne wahr, sich als Beta-Tester frühzeitig von der Leistungsfähigkeit der neuen Schweißtechnik zu überzeugen und wichtiges Feedback zu liefern. Heute setzt der Anlagenbauer bevorzugt die TPS/i mit der Kennlinie LSC Root für fallend ausgeführte einseitige Wurzelschweißungen ein. Drei Geräte der Schweißgerätegeneration hat das Unternehmen mittlerweile in den eigenen Werkstätten am Stammsitz in Wels im Einsatz. Zusätzlich kann es bei Bedarf auf den Geräte-Pool der Bilfinger Gerätetechnik GmbH zurückgreifen, der alleine über 1200 Fronius-Geräte bereithält, darunter bereits 20 Geräte aus der TPS/i-Serie.

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Während die Vorgängerlösung ausschließlich für fallende einseitige Wurzelschweißungen konzipiert wurde, kann die TPS/i als universell einsetzbares MIG/MAG-Schweißgerät auch für die Fertigung der Füll- und Decklagen verwendet werden. Für die VAM Anlagentechnik bedeutet dies, dass der Gerätepool abgespeckt werden kann und Schweißaufgaben schneller und wirtschaftlicher erledigt werden.

Hohe Lichtbogenstabilität

Das LSC in LSC Root steht dabei für Low Spatter Control. Im direkten Vergleich der unterschiedlichen Lichtbogenprozesse wird schnell klar, wie es zu diesem Namen gekommen ist: Im Vergleich zum traditionellen Kurzlichtbogen konnte der Spritzerauswurf deutlich reduziert werden. Verantwortlich hierfür zeichnet vor allem die extrem hohe Lichtbogenstabilität, die erst durch den schnelleren und präziseren Regelkreis der TPS/i möglich geworden ist. Wurzeldurchdruck und Abschmelzleistung sind bei LSC als Folge eines stabileren und noch stärker fokussierten Lichtbogens höher als bei den bisher verfügbaren Lichtbogenvarianten. Damit hat LSC auch in puncto Schweißgeschwindigkeit die Nase vorne. Besonders deutlich wird dies bei einer Gegenüberstellung der Verfahren im Fall einer Wurzelnahtschweißung, die fallend bzw. steigend auszuführen ist: Mit dem herkömmlichen Elektrodenhandschweißen lässt sich eine Wurzelnaht mit einer Geschwindigkeit von etwa 9 cm/min schweißen – einen erfahrenen Schweißer vorausgesetzt. Doch muss die Schlacke innen und außen entfernt und die Naht auch noch geschliffen werden. Das TIG-Schweißen überzeugt durch eine optimale Nahtoptik, erlaubt aber nur eine Schweißgeschwindigkeit von etwa 5,5 cm/min. Wesentlich schneller geht es mit einem konventionellen Kurzlichtbogen. In fallender Position kann mit bis zu 25 cm/min geschweißt werden, allerdings besteht wegen des geringen Lichtbogendrucks und dem Vorlaufen des Schmelzbads die Gefahr von Bindefehlern. Bisher konnte eine Wurzel mit MAG-Geräten daher in der Regel nur steigend verschweißt werden. Um ein Durchfallen zu verhindern, musste zudem mit geringerem Wärmeeintrag und halbem Tempo (etwa 12 cm/min) geschweißt werden. Darüber hinaus war ein Schleifen der Naht erforderlich, um der Gefahr von Bindefehler entgegenzuwirken.

Mit der von VAM genutzten Charakteristik LSC Root und der TPS/i gehört das alles zur Vergangenheit, weil dank eines hohen Lichtbogendrucks und hoher Abschmelzleistung fallend und damit schneller geschweißt werden kann. Schliffbilder belegen, dass LSC Root durch ein besonderes Stromprofil eine sehr gute Wurzelerfassung und Spaltüberbrückbarkeit garantiert sowie Bindefehler fast ausgeschlossen sind. „In unserem Hause ausgeführte Tests bestätigen diese Ergebnisse“, sagt Krenmayr.

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