Einführung in gängige Verfahren zum Schweißen von Stahlrohren

Derzeit werden üblicherweise folgende Methoden verwendet:Schweißen von StahlrohrenDazu gehören das Lichtbogenschweißen mit Elektrode (SMAW), das Unterpulverschweißen (SAW), das Wolfram-Inertgasschweißen (GTAW), das Schmelzgasschweißen (GMAW), das Fülldrahtschweißen (FCAW) und das Fallschweißen usw.

(1) Die Vorteile des Lichtbogenschweißens liegen in der einfachen Handhabung, der Mobilität und der flexiblen Einsatzmöglichkeiten der Geräte. Es eignet sich für das Schweißen kurzer Nähte bei Wartungs- und Montagearbeiten, insbesondere an schwer zugänglichen Stellen. Zu den Nachteilen zählen die hohen technischen Anforderungen an die Schweißer, die hohen Ausbildungskosten, die oft schwierigen Arbeitsbedingungen, die geringe Produktivität und die Ungeeignetheit für das Schweißen von Spezialmetallen und dünnen Blechen. Für das Lichtbogenschweißen werden die entsprechenden Elektroden benötigt, mit denen sich die meisten industriell gefertigten Stähle wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Gusseisen, Kupfer, Aluminium, Nickel und deren Legierungen schweißen lassen.
(2) Beim Unterpulverschweißen kann mit einem höheren Strom gearbeitet werden. Unter der Einwirkung der Lichtbogenhitze schmilzt ein Teil des Flussmittels zu Schlacke und reagiert mit dem flüssigen Metall in einer flüssigmetallurgischen Reaktion. Der andere Teil der Schlacke schwimmt auf der Oberfläche des Schmelzbades. Dies schützt einerseits das Schweißgut, verhindert Luftverschmutzung und führt zu physikalischen und chemischen Reaktionen mit dem Schmelzbad, wodurch die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Schweißguts verbessert werden. Andererseits sorgt es für eine langsame Abkühlung des Schweißnahtmaterials und beugt so Fehlern wie Rissen und Poren vor. Im Vergleich zum Elektrodenschweißen bietet es die Vorteile einer hohen Schweißnahtqualität, einer hohen Schweißgeschwindigkeit und guter Arbeitsbedingungen. Daher eignet es sich besonders für das Schweißen von geraden und kreisförmigen Nähten an großen Werkstücken und wird meist maschinell eingesetzt. Der Nachteil besteht darin, dass es sich im Allgemeinen nur für das Schweißen von Flachnähten und Ecknähten eignet. Für Schweißungen in anderen Positionen sind spezielle Vorrichtungen erforderlich, um sicherzustellen, dass das Flussmittel den Schweißbereich vollständig bedeckt und ein Auslaufen des Schmelzbades verhindert wird. Der Lichtbogen und die Schweißnaht können während des Schweißens nicht direkt beobachtet werden. Die relative Ausrichtung der Schweißnaht erfordert den Einsatz eines automatischen Schweißnahtverfolgungssystems, um sicherzustellen, dass der Schweißbrenner ohne Schweißabweichung mit der Schweißnaht fluchtet. Bei hohem Strom ist die elektrische Feldstärke des Lichtbogens hoch, bei Strömen unter 100 A ist die Lichtbogenstabilität gering, weshalb sich das Verfahren nicht für das Schweißen dünner Teile mit einer Dicke von weniger als 1 mm eignet. Das Unterpulverschweißen findet breite Anwendung beim Schweißen von Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Baustahl und Edelstahl. Da die Schlacke die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißverbindung verringert, können auch einige hochfeste Baustähle und hochkohlenstoffhaltige Stähle mit dem Unterpulverschweißverfahren geschweißt werden.
(3) Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist ein hervorragendes Verfahren zum Verbinden dünner Bleche und zum Schweißen von Rückseiten, da es eine präzise Steuerung der Wärmeeinbringung ermöglicht. Es eignet sich für nahezu alle Metalle, insbesondere für das Trockenschweißen von Metallen wie Aluminium und Magnesium, die hochschmelzende Oxide bilden können, sowie von reaktiven Metallen wie Titan und Berkelium. Die Schweißqualität ist hoch, unterscheidet sich jedoch von anderen Lichtbogenverfahren. Im Vergleich zum konventionellen Schweißen ist die Schweißgeschwindigkeit geringer, die Produktionskosten sind höher und das Verfahren reagiert stark auf die umgebende Luftströmung, weshalb es für den Einsatz im Freien ungeeignet ist.
(4) Beim MIG-Schweißen werden üblicherweise Argon, Helium, Kohlendioxid oder Gemische dieser Gase verwendet. Wird Argon und Stickstoff als Schutzgas eingesetzt, spricht man von MIG-Schweißen (international abgekürzt). Bei Verwendung eines Gemisches aus Schutzgas und Oxidationsmittel (O₂, CO₂) oder CO₂ und CO₂+ wird das MIG-Schweißen als Schutzgas bezeichnet. Der Hauptvorteil des Metall-Schutzgasschweißens liegt in der Möglichkeit, in verschiedenen Positionen zu schweißen. Zudem bietet es höhere Schweißgeschwindigkeiten und eine höhere Abschmelzleistung. Das MIG-Schweißen eignet sich für die meisten wichtigen Metalle, darunter Kohlenstoffstahl und legierter Stahl. Es ist geeignet für Edelstahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan, Zirkonium und Nickellegierungen. Auch Punktschweißen ist mit diesem Verfahren möglich.
(5) Fülldrahtschweißen zählt zu den Metall-Schutzgasschweißverfahren. Der verwendete Schweißdraht ist mit Fülldraht gefüllt, dessen Kern aus Pulvern verschiedener Komponenten besteht. Während des Schweißvorgangs wird Schutzgas, hauptsächlich CO₂, zugeführt. Das Pulver zersetzt sich durch die Hitze und bildet Schutzgas und Schlacke, um das Schmelzbad zu schützen, die Legierung zu durchdringen und den Lichtbogen zu stabilisieren. Wird beim Fülldrahtschweißen kein zusätzliches Schutzgas zugeführt, spricht man von selbstschützendem Fülldrahtschweißen. Hierbei dient das durch die Zersetzung des Pulvers entstehende Gas als Schutzgas. Die Änderung der Trockendehnung des Schweißdrahts beeinträchtigt die Schutzwirkung bei diesem Schweißverfahren nicht, und der Änderungsbereich ist groß. Fülldrahtschweißen bietet folgende Vorteile: gute Schweißprozesseigenschaften, schöne Schweißnahtform, hohe Abschmelzgeschwindigkeit, hohe Produktivität sowie kontinuierliches, vollautomatisches und halbautomatisches Schweißen. Die einfache Anpassung des Legierungssystems, das die Metallhülle und den Fülldraht durchdringen kann, ermöglicht die Einstellung der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts. Weitere Vorteile sind der geringe Energieverbrauch und die niedrigen Gesamtkosten. Zu den Nachteilen zählen die komplexe Fertigungsausrüstung, die hohen technischen Anforderungen an den Herstellungsprozess, die hohen Lageranforderungen an den Fülldraht und dessen Anfälligkeit für Feuchtigkeit. Das Fülldraht-Lichtbogenschweißen eignet sich zum Schweißen der meisten Eisenmetalle unterschiedlicher Dicke und für verschiedene Verbindungen.
(6) Das Fallschweißen ist ein aus dem Ausland eingeführtes Verfahren, das sich für das Rundschweißen von Rohren eignet. Dabei wird der Lichtbogen am oberen Ende der Schweißnaht gezündet und nach unten geschweißt. Das Fallschweißen zeichnet sich durch hohe Produktionseffizienz und gute Schweißnahtqualität aus.