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m klassischen erdverlegten Pipe -line- bzw. Großrohrleitungsbau fürgrößere Nenndrücke in Deutsch-

land und den westeuropäischen Nach-barstaaten ist in den letzten Jahren einWandel von manuellen Schweißver-fahren hin zum Einsatz von mecha -nisierten Schweißverfahren festzustellen.Die Rohrleitungsbauunter nehmenhaben sich diesen Entwick lungen zustellen. Im Rahmen dieses Beitrags sollendie Gründe für diese Entwicklung näherbeleuchtet werden. Ferner sollen Infor -mationen zum Stand der Technik, zu denBedingungen für den Einsatz dieserTechnologien und möglichen zukünf -tigen Entwicklungen gegeben werden.

die linearen Gleichstrom erzeugen, sindzum wirtschaftlichen Einsatz der Fall-nahttechnik unumgänglich.

Immer häufiger aber kommen mecha -nisierte Schweißverfahren zum Ein -satz. Bei diesen Verfahren handelt essich meistens um sogenannte Orbi -talschweißprozesse. Dabei wird dieSchweiß bewegung nicht vom Schweißerper Hand ausgeführt, sondern erfolgtvoll mechanisiert unter Nutzung vonmotorischen Antriebssystemen undSpannringen über den gesamten Rohr-umfang (Abb. 1). Je nach Rohrlei tungs -durchmesser kommen zwei oder mehrAutomaten pro Schweißnaht zum Ein-

Schweißtechnologien im Großrohrleitungsbau Das manuelle Metall-Lichtbogen-schweißen mit Stabelektroden ist auchheute noch ein sehr häufig eingesetztesVerfahren. In Steignahttechnik ist esdurch große Spaltüberbrückbarkeit unddicke Einzelschweißlagen gekenn-zeichnet. Eine verhältnismäßig hoheSchweißgeschwindigkeit ermöglichtwiederum das Lichtbogenschweißen inFallnahttechnik mit celluloseumhülltenElektroden. Qualifizierte Fallnaht-schweißer mit großer Handfertigkeit,geeignete Zentriervorrichtungen, ent-sprechende Schweißzusatzwerkstoffeund geeignete Schweißstromquellen,

Innovative Schweißverfahren im GroßrohrleitungsbauVerfahrenstechnik n Schweißtechnologien im Großrohrleitungsbau gestern und heute: Beschrieben werden Entwicklungen und Neuerungen sowie die Ursachen für den verstärktenEinsatz mechanisierter Schweißverfahren im Großrohrleitungsbau.

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Abb. 1 Orbitalautomat im Einsatz

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satz. Entsprechend der Rohrwandstärkewerden mehrere dieser Ferti gungs -stationen für das Schweißen von eineroder mehreren Lagen eingesetzt.

Gründe für den Einsatz mecha nisierter SchweißverfahrenBesonders im Vorbau der Pipelinebau-stellen (≥ 40“) ist der Einsatz von manu -ellen Handschweißprozessen, spezielldie Anwendung des klassischen Fall-nahtschweißens, derzeit als eher rück-läufig zu bezeichnen. Die Gründe fürdiese Erscheinung sind unter schiedlicherNatur:

Steigende Nachfrage Bedingt durch die Energieversor gungs -frage ist in den letzten Jahren ein regel -rechter Nachfrageschub nach Pipe linesfestzustellen, die innerhalb von relativstraffen Zeitfenstern realisiert werdensollen. Das führte zu Engpässen in der Verfügbarkeit von guten Hand-schweißern (Fallnahtschweißer) aufdem Markt.

Technische AnforderungenDarüber hinaus sind steigende An-forderungen an die werkstofftechnischenEigenschaften des Systems Pipeline fest-zustellen. Ein weit verbreiteter Werk-stoff ist der L485MB (X70) oder auchder L555MB (X80) nach EN 10208-2.Diese hochfesten Werkstoffe stellenwegen der Gefahr der wasserstoff indu -zierten Rissbildung besondere Anfor -derungen an die Schweißtechnik.

Darüber hinaus stiegen die Anfor de -rungen an die Werkstoff- bzw. Schweiß-nahtduktilität dahingehend, dass vieleBetreiber von Gasversor gungs netzenPrüftemperaturen für die Min dest kerb -schlagarbeit von -20 °C fordern. Daherscheiden manuelle Cellulose-Schweiß-verfahren meistens aus. Um diese er -höh ten Anforderungen sicher zu er-füllen, muss bei den manuellen Schweiß-verfahren auf basische Schweißzusätzeausgewichen werden. Der Zeit bedarf istdabei aber um ein Viel faches höher alsbeim Fallnahtprozess.

Diese Gründe führten dazu, dass diemechanisierten Schweißverfahren inden Pipelinebau verstärkt Einzug ge-halten haben.

Mechanisierte Schweißverfahren Kombinierter Innen- und Außenschweißprozess – komplettmechanisiertSchon vor ca. 40 Jahren hielt ein me-chanisiertes Schweißverfahren im Pipe -linebau Einzug und hat sich nahezugleichbleibend bis heute gehalten. Dabeihandelt es sich um ein kombiniertesInnen- und Außenschweißsystem aufBasis des MAG-Schweißprozesses. DasVerfahren greift die Notwendigkeit einerInnenzentrierung für das Vorrichtenauf und kombiniert den Vorrichtprozessmit dem Schweißen einer ersten Lagevon der Rohrinnenseite aus. Diese Wur -zel dient somit als Bad sicherung für die von außen einzu bringenden Füll-

und Decklagen mittels MAG-Orbital-schweißgeräten. Dem Vorteil der hohenmöglichen Produk tions zahlen bei demVerfahren stehen jedoch Nachteile wiedie aufzuwendende An lagenmiete (dasVerfahren und die Geräte bleiben im Eigentum der Prozess- und Anlagen-eigentümer) und die fehlende Haftungs-übernahme für die Nahtqualität durchden Geräteeigentümer entgegen. Zudemist es für kleinere Montage abschnitteund Bereiche mit starker Infrastrukturwegen hoher Rüstzeiten durch dasSchweißen nur einer Lage von inneneher unwirtschaftlich.

Kombination aus manuellem und mechanisiertem Orbital -prozess von außenDie Problematik einer notwendigenBadsicherung wird in einem anderenSchweißprozess mit dem Einbringeneiner Wurzel mittels Handschweißpro-zessen gelöst. In dem Fall werden dieWurzel und der Hotpass mittels Elek-trodehandverfahren fallend eingebracht.Die Füll- und Decklagen werden mittelsMAG-Orbitalschweißgeräten von außenausgeführt. Zum Einsatz kommen dabeiFülldrähte, die in steigender Positionverschweißt werden (Tab. 1). Unter derVerwendung von Mischgasen, Argonund CO2 findet der Tropfenüber gangstatt (Prozesse 111/136, z. B. PROTEUS).Die Vorteile bei dieser Kombination bestehen in der Nutzung des Cellu-lose-Handschweißens, eines langjährigpraktizierten Schweißprozesses. Fernerkommen nur Außenorbitalschweißgerätezum Einsatz, die von unterschiedlichenHerstellern erworben werden können.Für das Handschweißen und das Auto-matenschweißen können Stromquellender gleichen Bauart genutzt werden. AlsNachteil ist festzustellen, dass Schweißerund Bediener mit unterschiedlichenQualifikationen (Handschweißer gemäßEN 287-1 111 PG) und Automaten bedie -ner (EN 1418) eingesetzt werden müssen,deren Verfügbarkeit und Handfertigkeitnicht immer durchgängig gesichert sind.

Komplett mechanisierter Orbitalprozess von außenDank der STT-Technologie hat sich voreinigen Jahren im Großrohrlei tungs bauein weiterer Schweißprozess bzw. eineKombination von Prozessen durch-gesetzt. Die Abkürzung STT steht für

Tabelle 1 Schweißzusatzwerkstoffgüten für unterschiedliche Anforderungen

Für Wurzellagen:Massivdraht nach EN ISO 16834: G 55 6 M Mn3Ni1 Mo

Für Füll- und Decklagen:Fülldraht gemäß EN ISO 17632: T 46 4 P M 1 H5 oderFülldraht gemäß EN ISO 18276: T 55 4 Mn1Ni P

Abb. 3 Schweißen der Wurzel ohne Badsicherung

Abb. 2 MAG-Orbitalwurzel von derRohrinnenseite

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Soft-Tension-Transfer und ist ein ge-schütztes Markenzeichen der Fa. LincolnElectric. Das STT-Verfahren ist eine ArtWurzelschweißprogramm, bei dem esmöglich ist, in Fallnahtposition offeneWurzellagen ohne Badsicherung vonaußen orbital zu schweißen (Abb. 2 u. 3). Dieses wird durch einen kontro -llier ten Tropfenübergang im Kurzlicht-bogen erreicht. Beim STT-Verfahrensind Grund-, Spitzenstrom, Hot Startund Stromabfall einstellbar. Mit dieserTechnologie wird die Wurzel am offenenSpalt mit einem Massivdraht in fallenderPosition eingebracht. Als Schutzgaskommt CO2 zum Einsatz. Die Füll- undDecklagen werden mittels MAG-Orbi -talschweißgeräten unter Abschirmungeines Mischgases (Argon und CO2) vonaußen ausgeführt (Abb. 4). Es werdendabei ebenfalls Fülldrähte, die in stei -gender Position verschweißt werden,verwendet. Als Vorteile dieses Verfahrensist die Reproduzierbarkeit der Qualitäthervorzuheben. Die Para meter, die imRahmen einer Verfah rensprüfung fest-gelegt wurden, können wiederholt zurAnwendung kommen. Die mecha-nischen Gütewerte der Schweißzusatz-werkstoffe erfüllen problemlos diespezifizierten Anfor de rungen. Ferner istder Personalaufwand im Vergleich zueinem manuellen Vorbau erheblichgeringer. Die Geschwin digkeit des ge-samten Verfahrens wird durch die Ge-schwindigkeit der Wurzellage bestimmt,die durch die fehlende Badsicherungmit ca. 17 cm/min relativ gering ist.

Voraussetzungen für mechanisiertes SchweißenUm die technischen und wirtschaftlichenVorteile des mechanisierten Schweißensnutzen zu können, sind einige Punktezu beachten:

BedienerpersonalDie Schweißer und Bediener müsseneine umfassende Ausbildung und Quali - fizierungsphase durchlaufen. ReineSachkenntnis über die Funktionalitätder Schweißautomaten reicht nichtaus. Der Automatenbediener muss dieschweißtechnischen Zusammenhängevon Ursache und Wirkung bei der Feh -lerermittlung kennen. Diese Grundlagenkönnen am besten durch die Ausbildungin einem manuellen Schweißprozess vermittelt werden. Sinn voller weise kann

erst nach diesem Schritt die weitere Aus-bildung an den Schweißautomaten er -folgen.

SchweißfachpersonalEbenso wichtig ist die permanente Verfolgung der Schweißtechnologiedurch qualifiziertes Schweißfachper-sonal (Schweißfachingenieure, Schweiß-fachtechniker, Schweißfachleute). Nurmit Fachkompetenz können die zur An-wendung kommenden Schweißver-fahren durch eine entsprechende Ver-fahrensprüfung qualifiziert werden.

Gerätetechnik und ServicepersonalStärker noch als im manuellen Schweiß-bereich ist der technischen Wartungund Pflege der Schweißautomaten Auf-merksamkeit zu schenken. Für die arbeitstägliche Reinigung, Wartung undReparatur sind speziell ausgebildeteFachleute nötig, die sich ausschließlichmit dem Thema befassen. Es müssentechnische Redundanzen berücksichtigtwerden, sodass bei Fehlfunktionen ein -zelner Geräte unverzüglich ein Geräte-austausch stattfinden kann. Für dieseZwecke ist der Einsatz eines entsprech -end ausgerüsteten Werkstattwagens un-erlässlich. Ebenso wichtig ist eine kon-tinuierliche Überprüfung der einstell-baren Parameter. Dieses erfolgt durchOnline-Messungen der effektiven Daten(as run data) mittels Weld-Scanner. DerVergleich mit den vorgege benen Datenzeigt, ob eventuelle Jus tierungen an denGeräten notwendig sind.

Rohrdimensionen und maßliche AbweichungenFür den Einsatz von Orbitalschweiß-automaten sind auch maßliche An-

forderungen an die zu verschweißendenRohre zu stellen. Es ist dafür Sorge zutragen, dass der max. Kantenversatz 1,5 mm nicht überschreitet (gilt für Prozess 135 PG/136 PF – komplett me-chanisch orbital von außen am offenenWurzelspalt). Bei einem größerenKantenversatz ist eine ausreichende Auf-schmelzung der Wurzelkante nicht mehrgegeben. Aus diesem Grund ist eineoptimale Abstimmung der Innenzen-triervorrichtung auf den Schweißpro-zess notwendig. Praktische Versuche anInnenzentriervorrichtungen mit hydrau-lischer Funktionsweise der neuerenGeneration haben wesentliche zeitlicheVerbesserungen beim Vorrichten einesakzeptablen Schweißspalts gezeigt.

Forschung und EntwicklungFür den Bereich des mechanisiertenSchweißens ist eine permanente Weiter -entwicklung unerlässlich. Basierend aufden gemachten Erfahrungen müssendie festgestellten Probleme analysiertund Verbesserungsmaßnahmen defi -niert werden. Diese Aktivitäten müssenparallel zum Fertigungsprozess laufen.Ein enger Kontakt zur Forschung istwünschenswert, um mögliche Feststel-lungen direkt in den Fertigungsprozesseinfließen lassen zu können. Dafür sind die notwendigen Ressourcen zuschaffen.

Ausblick Wie eingehend beschrieben liegen dieGründe für den verstärkten Einsatz me-chanisierter Schweißverfahren nebender kontinuierlichen und reproduzier-baren Qualität in dem Streben nacherhöhter Wirtschaftlichkeit und Renta -bilität. So muss die Entwicklung von

Abb. 4 MAG-Orbitalprozess in der Anwendung am Rohr DN 1400

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leistungsfähigeren Schweißprozessenbzw. -verfahren unter folgenden Ge -sichtspunkten erfolgen:

• Reduzierung der Lagenzahl bei kon s -tanter bzw. verbesserter Nahtqualitätund• Reduzierung der Anzahl der Schweiß-stationen und damit des gerätetech-nischen und personellen Aufwandes[1].

Diesen Punkten kann man in unter -schiedlichen Bereichen Rechnung tra -gen:

• Technologie der Schweißstromquellen,• Schweißnahtvorbereitung und• Schweißprozesse.

Die MAG-Stromquellen der neuerenGenerationen mit ihren digitalen Mög -lichkeiten der Lichtbogenaus for mungwerden sicherlich Möglichkeiten bieten,Schweißungen am geschlossenen Spalt(modifizierte Tulpennahtvorbereitung)durchzuführen. Durch die Impulstech-nologie der Stromquellen wird diemögliche Bindefehlerproblematik er -heblich eingeschränkt. Der Lichtbogenwird das Grundmaterial ausreichendaufschmel zen. Die Wurzellage kann be-dingt durch die so ausgeformte Bad -sicherung mit erhöhter Geschwindigkeitvon mind. 50 cm/min eingebracht wer -den. Die weiteren Füll- und Decklagenkönnen ebenfalls mit einem Massiv-drahtzusatz oder aber auch mit dem

bekannten MAG-Fülldrahtprozess insteigender Position eingebracht werden.Um diese erhöhten Geschwin digkeitenin relativ schmalen Nahtfugenformen zubeherrschen, werden optische Naht-verfolgungssysteme auf Laserbasis not -wendig werden. Wird mit den heutevorhandenen Möglichkeiten dazu nochdas optische und akustische Erschei -nungsbild des Lichtbogens in digitaleForm überführt, werden auch dieseInformationen für ein Rechnersystemverarbeitbar und können zur Prozess-steuerung und -optimierung eingesetztwerden [2].

Losgelöst von möglichen Innovationenauf Basis bestehender Technologien ist die Kombination von einzelnenSchweiß prozessen mit ihren indivi du -ellen Vorteilen zu nennen. In dem Zu-sammenhang ist das MSG-Laserstrahl -hybridschweißen schon relativ weit ge -diehen. Aus den bereits durchgeführtenVersuchen lässt sich ein erhebliches Potenzial ableiten. Speziell die Umlauf-geschwindigkeiten von 3 bis 5 m/minsind im Vergleich zu den aktuellen Geschwindigkeiten im Standard MSG-Orbitalschweißen sehr hoch [1].

Auch im Bereich der Weiterentwick-lung der Orbitalschweißtechnik wirdes nicht nur eine dominante Variantegeben. Bedingt durch die unter schied -lichen Anforderungen an das „SystemPipeline“ und die lokalen Gegebenheitender Einsatzorte haben sicherlich auch zu-

Autoren:

Dipl.-Ing. Peter Legler

Dipl.-Ing. (FH) Ralf Prior

PPS Pipeline Systems GmbH

Hindenburgstr. 36

49610 Quakenbrück

Tel.: 05431 14-220

Fax: 05431 14-209

E-Mail: prior.ralf@pipelinesystems.de

legler.peter@pipelinesystems.de

Internet: www.pipelinesystems.de

künftig unterschiedliche Schweißtech-nologien und -prozesse ihre Daseins-berechtigung.

Literatur[1] DVS-Bericht „Orbital-Laserstrahl-MSG-

Hybridschweißen für landverlegte Rohrleitun-

gen – Stand der Entwicklungen“ von J. Neubert,

S. Keitel, M. Ströfer und S. Rude, Halle/Saale im

Rahmen des DVS Congress 2010

[2] „Moderne (innovative) Stromquellen und

Steuerungskonzepte für alle Lichtbogen-

schweißverfahren“; Dipl.-Ing. Hans Kaulbach,

EWM GmbH, D-56271 Mündersbach

Abbildungen: PPS Pipeline Systems GmbH

Impressum:

wvgw Wirtschafts- und Verlags gesellschaft

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