Orbitalschweißen

Andrea Gillhuber,

Dünnwandige Rohre sicher schweißen

Orbitalschweißen ist ein vollmechanisches Schutzgas-Schweißverfahren, bei dem die Elektrode samt Lichtbogen komplett um runde Werkstücke herumgeführt wird. Die Vorteile: hohe Verfahrenssicherheit und Reproduktionsfähigkeit, kurze Produktionszeiten, gleichbleibend hohe Qualität der Schweißnaht sowie einfache Bedienbarkeit des Prozesses und Dokumentation. 

Offene Orbitalschweißzangen vom Typ TP mit offenem Lichtbogensystem. © Orbitalum

In Branchen, wo dünnwandige Rohre in gleichbleibend guter Qualität verschweißt werden, spielt das Orbitalschweißen seine Vorteile aus. Dazu gehören die Halbleiterfertigung, die Lebensmitteltechnik, die Luft- und Raumfahrt, Pharma und Chemie sowie der Wärmetauscherbau – also überall da, wo aggressive und korrosive Medien oder hohe Prozessdrücke eine leckagefreie Verrohrung sowie einen hohen Hygieneanspruch voraussetzen.

Aufgrund des hohen Qualitätsbewusstseins sowie des Facharbeitermangels steigt der Bedarf an Orbitalschweißsystemen stetig an. Auch die zunehmende Dokumentationspflicht tut ihr Übriges, denn aufgrund intelligenter Schweißstromquellen und definierter Prozesse entspricht dieses Verfahren den internationalen Anforderungen.

Orbitalschweißkopftypen für dünnwandige Rohre

Eine Orbitalschweißanlage wie von Orbitalum besteht aus Stromquelle mit Steuerung und Kühleinheit, dem Schweißkopf mit Schlauchpaket für die Zuführung von Steuersignalen, Schutzgas, Kühlmedium und Schweißstrom. Bei den Schweißköpfen wird zwischen geschlossenen und offenen Schweißkopftypen unterschieden. Bei dünnwandigen Rohren beispielsweise aus Edelstahl oder Titan mit Durchmessern bis etwa 170 mm und Wandstärken von 0,3 bis circa 3,5 mm kommen geschlossene Köpfe und das Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren (WIG) zum Einsatz. Der Schweißprozess läuft dabei unter gleichbleibenden Bedingungen im Orbitalschweißkopf ab, der das Rohr komplett umgibt. Unter permanenter Schutzgasatmosphäre wird eine WIG-Elektrode über den Schweißkopfrotor definiert um das Rohr herumgeführt. Die zu verschweißenden Rohre werden stumpf (spalt- und versatzfrei) durch einen Lichtbogen miteinander verschweißt. Das setzt eine gute Nahtvorbereitung voraus: Rechtwinklig getrennte Rohre, eine gleichbleibend plane Anfasung sowie eine metallisch saubere und gratfreie Oberfläche können mithilfe von Orbital-, Rohrtrenn- und Anfasmaschinen erzielt werden.

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Besonders dort, wo in der Serienfertigung viele Rohre effizient und in gleichbleibender Qualität verschweißt werden, spielt die Orbitalschweißtechnik ihre Vorteile aus. © Orbitalum

Die Abmessung der Schweißköpfe wurde im Laufe der Entwicklung immer kompakter, sodass heute auch unter beengten Montageverhältnissen geschweißt werden kann. Geschlossene Schweißköpfe gibt es derzeit für Rohrdurchmesser von 3 bis 170 mm.

Bei größeren Wanddicken und Rohrdurchmessern bis 270 mm kommen häufig offene Orbitalschweißzangen zum Einsatz. Durch den offenen Lichtbogen besteht hier im Gegensatz zu geschlossenen Systemen die Möglichkeit, dem Schweißbad Zusatzmaterial in Form von Kaltdraht zuzuführen. Auch Mehrlagenschweißungen bei dickeren Wandstärken sind so möglich.

Intelligenz im Schweißprozess

Mit Rohrtrenn- und Anfasmaschinen gelingt die Nahtvorbereitung für das Orbitalschweißen. © Orbitalum

Das Handling des Schweißverfahrens am Beispiel der geschlossenen Schweißköpfe ist einfach: Der Kopf wird aufgeklappt und die beiden zu verschweißenden Rohre spaltfrei eingelegt. Der Rohrstoß wird zur Elektrode hin ausgerichtet. Nach dem Verschließen des Kopfes und dem Startvorgang wird der flüssigkeitsgekühlte Kopf mit Argon-Gas zuverlässig geflutet. Nach der Lichtbogenzündung fährt die Elektrode sauber um das Werkstück herum. Anlauffarben werden durch die permanente Schutzgasabdeckung vermieden. Die Schweißung läuft automatisch, versatz- und spaltfrei in gleichbleibend hoher Qualität ab.

Intelligente Schweißstromquellen gewährleisten während des Prozesses die Bediensicherheit: Durch Eingabe der werkstückabhängigen Parameter wie Material, Durchmesser und Wandstärke ermittelt die Stromquelle automatisch die zur Anwendung passenden Ströme, Pulszeiten, Schweißgeschwindigkeiten sowie bei offenen Schweißzangen die benötigte Drahtmenge.

Automatisch erkannt wird der angeschlossene Kopftyp, so dass der Bediener vor Schweißbeginn lediglich das entsprechende Schweißprogramm aufrufen und den Prozess starten muss.

Die Schweißstromquelle Orbimat 180 SW überzeugt mit leichter Bedienbarkeit per Touchscreen oder ein Drehsteller – bekannt aus Premium-Automobilen. © Orbitalum

Bei modernen Schweißstromquellen ist auch eine lückenlose Datenaufzeichnung und -sicherung im LAN des Anwenders möglich. Über die integrierte LAN-Schnittstelle lässt sich beispielsweise der Orbimat 180  SW ins Netzwerk einbinden: Über das IoT-/Industrie-4.0-taugliche MQTT-Protokoll ist die Kommunikation mit verschiedenen Systemen möglich. Der gesamte Schweißprozess kann so unmittelbar nachverfolgt werden, weil Bediener, Arbeitsvorbereiter und QS-Experten jederzeit Zugriff auf Projekte und Daten haben. Alle Schweißdaten und -programme jeder einzelnen Schweißung sind lückenlos abrufbar und dokumentierbar, können analysiert und für künftige Schweißungen übernommen oder optimiert werden. Produktionsabläufe lassen sich so besser planen.

Darüber hinaus können alle Daten im internen Systemspeicher oder auf einem externen USB-Datenträger gesichert werden. Neben Daten wie Rohrdurchmesser, Materialqualität und Wandstärke kann der Kunde weitere Parameter festlegen – beispielsweise den Bedienernamen, Werkstück-Chargennummern und die Positionsnummer der Schweißnaht sowie die Rohrleitungsisometrienummer.

Walter Lutz, freier Fachjournalist / ag

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