Gas-elektrisches Schweißen

Gas-Elektroschweißen

Zwischen einer Wolframelektrode und dem Rohrwerkstück wird ein Lichtbogen gezündet. Die Hitze des Lichtbogens konzentriert sich auf einen kleinen Bereich in der Verbrennungszone, wodurch die Kanten recht schnell schmelzen. Das Bad aus geschmolzenem Metall wird durch eine Schutzgasschicht von der Luft abgeschirmt, die eine Oxidation des Metalls verhindert, bis die Schweißnaht entstanden ist. Die Schweißnaht kristallisiert von selbst und die Kanten werden nicht zusammengedrückt. Die Schweißnaht ist von guter Qualität und dauerhaft ohne Sägezahngrate.

Die Schweißtechnik

Neben der Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 3−5 mm benötigen Sie eine Keramikdüse für die Gaszufuhr zur Schweißstelle. Die Heizung ist am Schweißkopf angebracht, der mit Vorrichtungen für die Längs- (parallel zur Schweißnaht), Höhen- und Quereinstellung ausgestattet ist. Geschweißt wird mit Wechselstrom (180−360 Hz). Am häufigsten wird Gleichstrom verwendet. Je nach dem zu schweißenden Material kann er wegen der höheren Temperatur der Anodenpunkte des Lichtbogens unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Wechselstrom erhöht die Wärmeleistung des Lichtbogens, macht ihn aber weniger stabil.

Schweißen von extrem dünnwandigen Rohren

Eine Besonderheit ist die sehr genaue Kantenverbindung. Dies wird erreicht, indem die Stützrollen durch eine geteilte Düse ersetzt werden, die einen einstellbaren Bohrungsdurchmesser hat. Das Schweißbad wird mit Argon, Helium oder heliumhaltigen Gemischen geschützt und gekühlt. Helium ist am besten geeignet — es trägt zur Stabilisierung des Lichtbogens und der Wärmeübertragung bei und verbessert so die Qualität der Schweißnähte. Helium verflüchtigt sich jedoch aufgrund seiner geringen Dichte schnell. Argon ist dichter als Luft, es ist wirtschaftlicher, schützt den Schweißbereich besser und ist billiger. Das Argon-Lichtbogenschweißen ist weit verbreitet.

Grat

Eine weitere wichtige Aufgabe ist die Herstellung von Rohren mit einem minimalen inneren «Grat» — dem Überstand der Schweißnaht über die Oberfläche des Rohrs. Die Schweißraupe wird durch Oberflächenspannungskräfte aufgehängt. Je größer die Dicke der Rohre und je höher das Gewicht einer solchen Schale ist, desto stärker hängt sie nach innen durch. Zur Erzeugung zusätzlicher vertikaler Kräfte und zum Schutz vor Oxidation wird Argon in den Rohrhohlraum eingeblasen. Die durch dieses Verfahren entstehenden kleinen «Perlen» ermöglichen die Verwendung der geschweißten Rohre als Knüppel für die HWP-Werke.

Nachteile

Der größte Nachteil des Argon-Lichtbogenverfahrens ist die niedrige Schweißgeschwindigkeit von 0,01−0,03 m/s. Die Schweißgeschwindigkeit von besonders dünnwandigen Rohren beträgt 0,01 m/s. Dies ist auf die Unterwasser-Wärmekapazitätsgrenze (wegen möglicher Kantenverformungen und Durchbrände) und auf die Zeit zurückzuführen, die das geschmolzene Metall zum Erstarren benötigt.

Optimierung

Um das Schweißen zu beschleunigen, werden die Kanten mit einem Hochfrequenzinduktor auf 150−200°C vorgewärmt. Eine weitere Steigerung der Schweißgeschwindigkeit ist durch den Einsatz von Plasmabrennern möglich. Sie werden für das Mikroplasmaschweißen und das Schweißen mit geschlossenem, komprimiertem Lichtbogen verwendet. Dieser Lichtbogen entsteht, nachdem die Elektroden im Brenner installiert sind und sich ein dünner Düsenkanal mit einem Lichtbogendurchmesser von bis zu 3 mm gebildet hat. Durch diese Öffnung können auch die Plasmagase entweichen. Der Lichtbogen zündet zwischen der Elektrode und der Kante (so genannter direkter Lichtbogen). Argon isoliert und komprimiert den Lichtbogen am Düsenausgang. Die Stromdichte im Lichtbogen nimmt zu, das Gas wird ionisiert und in Plasma umgewandelt. Die Temperatur im mittleren Teil eines solchen Lichtbogens beträgt t* 1500−3000°C. Da der Heizfleck um mehr als den Faktor 2 verkleinert wird, beschleunigt eine Erhöhung der Stromkonzentration bei gleicher Wärmezufuhr das Schweißen um fast den Faktor 2.

Mikroplasmaschweißen

Es wird zum Schweißen sehr dünnwandiger 12x18n10t-Rohre verwendet. Aufgrund der höheren Lichtbogenverdichtung und Stromdichte bei einem minimalen Düsendurchmesser von 1 mm und 1 mm Elektrode wird der Lichtbogen durch eine separate Schwachstromquelle gezündet. Wenn sich der Plasmastrahl gebildet hat, wird dieser Lichtbogen abgeschaltet, die Spannung auf eine Röhre geschaltet und ein direkter Plasmalichtbogen gebildet. Der kleine Heizpunkt verhindert Kantenverzug und führt zu einer schmalen Naht.

Furnizor

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