EWM Phoenix 551: Extremen trotzen

Eine Kugelarmatur eingespannt in die Drehvorrichtung: rechts die MIG/MAG Schweißstromquelle Phoenix 551 mit dem Drahtfördersystem drive 4X und dem weiteren Drahtvorschubgerät tigSpeed drive. (Bilder: EWM)

Hans-Joachim Studte
Leiter Schweißfachwesen bei ITAG

„Beim EWM MAG-Heißdrahtschweißen ist es ausreichend, die Aufschweißung etwa 1 mm höher auszulegen als das spätere Endmaß der Auftragschicht: Ein schneller, sauberer und stabiler Prozess.“

Angetrieben durch einen Druck von bis zu 250 bar strömt die schwarze Flüssigkeit durch die Rohre. Für mindestens ein Viertel Jahrhundert – Tag und Nacht. Eingegraben tief in die Erde oder den Launen der Natur erbarmungslos ausgesetzt: der Hitze in den Wüsten Saudi-Arabiens ebenso wie der extremen Kälte in Sibirien. Solange das Medium durch die Rohre strömt, geht kaum eine Gefahr von ihm aus. Doch an jeder Absperrarmatur, an jedem Kugelhahn gibt es Absätze, hinter denen die Strömung abreißt. Das Rohöl setzt sich an diesen Stellen in der Armatur ab und seine aggressiven Anteile greifen die Oberfläche ungehindert an. Durch die Korrosionsprozesse werden Ionen aus dem Werkstoff ausgelöst, die das Medium weiter versauern und noch aggressiver machen. So kann eine Armatur, die eine Lebensdauer von 25 Jahren aufweisen soll, bereits nach einem halben Jahr förmlich zerfressen sein.

Damit ihre Armaturen der geforderten Lebensdauer mit Sicherheit standhalten, werden die Guss- bzw. Schmiederohlinge aus Kohlenstoffstahl innen mit einer Korrosionsschutzschicht auf Nickelbasis versehen. NBA 625 ist eine Nickel-Basis-Legierung mit einer sehr guten Korrosionsbeständigkeit. Sie wird per Auftragschweißen (Cladding) an den gefährdeten Stellen oder – bei besonders aggressiven Medien – auch vollflächig in der Armatur aufgetragen. Die Aufmischung an der Oberfläche ist auf einen Eisengehalt von fünf Prozent begrenzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Mit den bei ITAG zur Anwendung kommenden Verfahren wird diese Anforderung sicher erreicht.

Während des Schweißprozesses wird die gesamte Armatur gedreht. So entsteht eine kontinuierliche spiralförmige Schweißraupe von innen nach außen.

Abschmelzleistung vervierfachen

Ein übliches Verfahren für das Auftragschweißen ist das WIG-Heißdrahtschweißen. Ein Drahtfördersystem transportiert kontinuierlich bereits vorgewärmten Zusatzwerkstoff zum Lichtbogen. Die Abschmelzleistung ist gegenüber dem manuellen WIG-Schweißen deutlich erhöht und liegt bei 2,5 bis 3 kg pro Stunde. Schneller geht es mit dem MAG-Auftragschweißen. Hier liegen die Abschmelzleistungen mit rund 5 kg/h etwa doppelt so hoch wie beim WIG-Schweißen. Die Anforderungen an das Auftragschweißen der Korrosionsschutzschicht waren klar: möglichst hohe Abschmelzleistung bei möglichst geringer Aufmischung.

ITAG verfügt über langjährige Erfahrung sowohl mit dem WIG-Heißdrahtschweißen als auch mit dem MAG-Auftragschweißen. Was also lag näher, als beide Verfahren miteinander zu kombinieren: Parallel zum Drahtvorschub der MAG-Stromquelle Phoenix 551 von EWM schaltete ITAG ein Heißdrahtvorschubgerät tigSpeed des gleichen Herstellers. So werden während des Auftragschweißens nicht nur 12 m Inconel-Draht pro Minute vom MAG-Schweißgerät gefördert, sondern gleichzeitig 12 m Heißdraht pro Minute von dem Drahtvorschubgerät tigSpeed. Die Förder- und damit die Abschmelzleistung ist auf einen Schlag verdoppelt. „Bereits die ersten Versuche haben gute Ergebnisse geliefert“, berichtet Schweißfachingenieur Hans-Joachim Studte von ITAG.

Die erzielten Abschmelzleistungen beim kombinierten EWM MAG-Heißdrahtverfahren liegen je nach Bauteilgegebenheiten zwischen 10 und 13,8 kg/h und damit mehr als doppelt so hoch im Vergleich zum MAG-Schweißen und sogar mehr als viermal so hoch im Vergleich zum WIG-Heißdrahtschweißen.

Geringe Welligkeit – hohe Produktivität

Dicht an dicht liegen die einzelnen Schweißraupen des Auftrages. Jede von ihnen hat eine Höhe von etwa 5 mm. Dabei beträgt der Höhenunterschied zwischen den einzelnen Raupen nur etwa 0,5 mm. Im Vergleich: Andere Auftragschweißverfahren wie beispielsweise das Elektroschlacke-Verfahren führen zu Welligkeiten von etwa 2 bis 2,5 mm. Eine zweite Auftragschicht vervollständigt das Werkstück. Abschließend wird die Oberfläche des Werkstücks maschinell spanend bearbeitet, um die geforderte Oberflächengüte zu erreichen. Dabei gilt: je größer die Welligkeit, desto mehr des teuren Materials muss später wieder abgetragen werden. Beim EWM MAG-Heißdrahtschweißen ist es ausreichend, die Aufschweißung etwa 1 mm höher auszulegen als das spätere Endmaß der Auftragschicht. „Schnell, sauber, stabiler Prozess – einfach schön. Jetzt noch einmal überdrehen, fertig“, fasst Studte den gesamten Arbeitsprozess zusammen.

Es sind die zentrischen Bereiche der Armatur, die ITAG mit dem EWM MAG-Heißdrahtschweißen bearbeitet. Dabei handelt es sich um ein mechanisiertes Verfahren. Die Schweißparameter werden noch manuell eingestellt, anschließend läuft das Verfahren automatisch. Dafür wird die Armatur in eine Aufnahme eingespannt, die sich kontinuierlich dreht. Der Brenner bewegt sich dann in der Längsachse und legt Schweißraupe neben Schweißraupe, bis die gesamte Fläche abgefahren ist.

Hohe Anforderungen an den Schweißprozess

Bei dieser Anwendung muss der Schweißprozess viel leisten: Er muss leistungsstark sein, um viel Zusatzwerkstoff aufzuschweißen. Er muss extrem ruhig und gleichmäßig sein, um die Aufmischung in der Schmelze minimal zu halten. Und er muss so sicher sein, dass er während des mechanisierten Prozesses eine gleichmäßige Schweißraupe über die gesamte Fläche erzeugt.

Die eingesetzten Geräte von EWM werden laut ITAG all diesen Anforderungen gerecht und gewährleisten die hohe Prozesssicherheit. Da bereits kleine Parameterveränderungen die Ergebnisse des Schweißprozesses empfindlich verändern können, ist eine hohe Konstanz sämtlicher Parameter substantiell wichtig. Neben der konstanten Leistung der Lichtbogenenergie zählt dazu ebenso die präzise und sichere Drahtförderung sowohl beim drive 4X für die MIG/MAG-Stromquelle Phoenix 551 als auch beim Heißdrahtfördersystem tigSpeed drive45. Erst die hohe Zuverlässigkeit und die großen Leistungsreserven der eingesetzten Geräte machen diesen empfindlichen Prozess zu einem Prozess mit hoher Reproduzierbarkeit, der zudem noch mechanisiert werden konnte.