Effizientere Verfahren und Geräte beim Schweißen in maritimen Anwendungen

Die Optimierung von Produktionsprozessen ist ein Dauerthema – im Schiffbau

ebenso wie im Offshore-Bereich. Im Folgenden stellt Thomas Wägener verschiedene Schweißgeräte und -verfahren vor
Die Anforderungen der Kunden im Be-reich Schweißen und Schneiden im Schiffbau und im Offshore-Bereich sind in den vergangenen[ds_preview] Jahren deutlich gestiegen. Neben der Präzision spielt die Bearbeitungsgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Deshalb erfolgt eine ständige Optimierung der Fertigungsprozesse, um möglichst schnell, sicher und kostengünstig zu produzieren. Dabei ist es unerheblich, ob die Werften ein Schiff neu bauen oder umrüsten, denn die eingebauten Teile oder Teilstücke müssen zumeist individuell für das jeweilige Schiff gefertigt werden. Die Schweißtechnik, ein wichtiger Bestandteil im Konstruktions-prozess, hat sich in den vergangenen Jahren verändert. Mithilfe verschiedener Techniken und Geräte lassen sich die Produktions-prozesse signifikant verkürzen.

Praxisbeispiel für das Unterpulverschweißen

Aus bis zu 100 mm dicken Stahlblechen produziert das Unternehmen WeserWind Offshore Construction seine Rohre für Tripoden und Türme. Zusammen mit Oerlikon Schweißtechnik haben die Experten von WeserWind die ganzheitliche Lösung einer Produktionslinie entwickelt. Im Mittelpunkt der Fertigung steht das Schweißen der Rohrnähte im Unterpulverschweißverfahren (UP-Schweißen).

Aus dem speziellen Baustahl S355G8+M bestehen die überwiegend konisch geformten Fuß- und Kopfstreben sowie die Unter- und Mittelteile der Tripoden-Zentralrohre. Mitarbeiter von WeserWind schneiden am Standort Bremerhaven mithilfe eines Brennschnittprogramms die Konturen aus dem plan liegenden Blech. Die automatisierte Produktionslinie gliedert sich in sechs Stationen. In der Schussmontage schweißt ein Mitarbeiter die gehefteten Schüsse in Längsrichtung von innen und außen. Die Ausricht- und Heftstation vereint zwei Schüsse zu einem Zwilling. Hier gelten Höchstanforderungen an die Maßgenauigkeit der gigantischen Rohrkomponenten. Der zulässige Versatz in radialer Richtung des 6.000-mm-Rohrdurchmessers beträgt beispielsweise nur 3 mm oder 0,05 %. Dabei sind die zu fügenden Teile meist nicht zylindrisch, sondern konisch und statt Kreissymmetrie weisen sie die passenden Schnitte zur Montage mit den Anschluss-elementen auf. Die Sicherheit hat oberste Priorität. Dementsprechend ist ein umfangreiches Prüf- und Versuchsprogramm Pflicht. Alle Prüfergebnisse erfül­len das detaillierte Regelwerk des Germanischen Lloyd.

Plasmaschneiden ohne Emissionen

Mit der neuen Plasmaschneidmaschine Alphatome II von Oerlikon ist das Plasmaschneiden ohne Emissionen möglich. Sie bietet eine hohe Schneidpräzision, Wiederholgenauigkeit und Dynamik. Das gemeinsame HPC Digital Process System von Oerlikon steuert alle Bewegungen und den Plasmaprozess. Die Alphatome II lässt sich mittels zweier voneinander getrennter Längsbahnen per Dübel im Hallenboden befestigen. Die beiden innen liegenden Präzisionszahnführungen schützen 6 mm dicke Bleche gegen mechanische Beschädigungen und Staub. Zusammen mit dem gewichtsoptimierten Querträger gewährleisten sie das ±0,1 mm exakte Positionieren des Brenners. Weil der Plasmastrahl gegen Blenden abgeschirmt ist, benötigt der Bediener keine Schutzeinrichtungen wie Maske oder Brille und kann darüber hinaus den Schneidprozess sowie das Positionieren des Brenners am Display der Steuereinheit kontrollieren.

Die Schneideinrichtung kann zwischen der Nertajet HP 150, HP 300 und der HP 450 gewählt werden. Mit 20 bis zu 400 A Stromstärke lassen sich sowohl niedrig-

legierte oder rostfreie Stähle als auch Aluminium schneiden. Die Dicke kann maximal 40 bzw. 70 mm betragen, die Schneidgeschwindigkeiten liegen bei bis zu 10 m/min. und die Verfahrgeschwindigkeiten bei bis zu 22 m/min. Optionen sind ein servogesteuertes 3D-Fasenaggregat, eine Bohr-einrichtung, eine Signiereinrichtung und ein zweiter Brenner.

VR 5000 Case schützt vor Verschmutzung und Schäden

Das Unternehmen Fronius hat speziell für den Einsatz im Schiffbau und im Offshore-Bereich einen Drahtvorschub entwickelt, der sich vor allem durch Robustheit, Stoßfestigkeit und durch seine Kompaktheit und Mobilität auszeichnet. Schweißgeräte müssen zumeist großen mechanischen Beanspruchungen standhalten und sind nicht selten tropischem Regen, hoher Luftfeuchtigkeit, Salzwasser oder einer erhöhten Konzentration leitfähiger Verschmutzung ausgesetzt.

Diese Umstände hat Fronius beim für die TransSteel-Serie entwickelten Drahtvorschub VR 5000 Case (für D200-Drahtspulen) berücksichtigt. Neu bei diesem Produkt sind die innenliegenden Anschlüsse, die bestens vor Verschmutzung und Schäden geschützt sind. Die Seitendeckel sind beidseitig aufklappbar und sorgen so für einen optimalen Zugang zu Drahtspule, Motorplatte und den Anschlüssen des Verbindungsschlauchpaketes. Durch das geringe Gewicht und die Kompaktheit wird das Arbeiten überall dort erleichtert, wo Platzmangel herrscht. Der Drahtvorschub passt dadurch auch mühelos durch jedes Mannloch bis 350 mm, was im Schiffbau oft gefordert ist. Durch die in die Seitendeckel integrierten Gleitkurven wird ein optimaler Einsatz sowohl in stehender als auch in liegender Position ermöglicht.

Neues Fertigungsverfahren bietet umfangreiches Einsparpotenzial

Der Schweißgerätehersteller EWM Hightec Welding hat in Zusammenarbeit mit Tara-Schweißtechnik den von ihm entwickelten ForceArc-Lichtbogen für die Offshore-Industrie verfeinert. Das ForceArc-Verfahren ist ein wärmereduzierter, ein­geschnürter und druckvoller Lichtbogen, der es ermöglicht, dickwandige Bleche mit geringerem Öffnungswinkel als herkömmlich zu schweißen. Dafür fanden eine Vielzahl von Untersuchungen in der Offshore-Branche statt. Die Versuche konzentrierten sich auf die Tripoden und dabei auf die sogenannte Hochzeitsnaht, die Schweißnaht zwischen der Tripode und dem Zentralrohr. Die besonderen Anforderungen – beispielsweise das Erreichen von einer Kerbschlagarbeit von 50 J bei -60 °C sowie ein Öffnungswinkel von 60 ° führte zu einer sehr kos­tenintensiven Arbeitsaufgabe. Der neue forceArc-Lichtbogen, der im Gegensatz zum sogenannten Sprühlichtbogen (ab ca. 270 A) nicht auseinander geht, sondern ein wärmeminimierter und richtungsstabiler Lichtbogen mit tiefem Einbrand für den oberen Leistungsbereich bleibt, ermöglicht es, den Öffnungswinkel einer Naht radikal zu reduzieren und somit das Schweißnahtvolumen deutlich zu senken. Werden bei einer Naht mit 60° Öffnungswinkel (X-Naht, ein Drittel / zwei Drittel) und einer Blechdicke von 70 mm ca. 150 Strichraupen gelegt, benötigt man bei einem Öffnungswinkel von 30° nur noch ca. 55 Strichraupen. Zudem entfallen zeitintensive Nebenarbeiten, wie Ausfugen und Schleifen, fast gänzlich.

Eine Teilmechanisierung mit Schweißtraktoren ermöglicht eine Beschleunigung des Schweißprozesses und eine Entlastung des Schweißers. So lassen sich durch die einzigartigen Schweißeigenschaften perfekte Ergebnisse sowie eine ausgezeichnete Qualität mit 100 % Reproduzierbarkeit erzielen. Nach Angaben von Tara-Schweißtechnik können durch das neue Verfahren bis zu 60 % Einsparungen generiert werden, da minimierte Schweißnahtvorbereitungen, weniger Zusatzwerkstoff- und Schutzgasverbrauch sowie geringere Schweißzeiten anfallen. Erfolgreiche Verfahrensprüfungen haben gezeigt, dass dieses ein Weg ist, durch schweißtechnische Innovationen den Stand­ortvorteil Deutschland weiterhin attraktiv zu halten.

BW3000 schützt Bediener vor Gasen, Blitzen und Hitze

Zumeist geht es im Schiffbau gleichzeitig um Bearbeitung und Verschweißung. Das Unternehmen Climax Portable Machining & Welding Systems bietet automatische Schweißsysteme an. Die sind so konzipiert, dass sie direkt an die Montagevorrichtung der Climax Ausbohrmaschinen angeschlossen werden. Das verkürzt den Produktionsprozess und es können auch Teile bearbeitet werden, die zu klein sind, um von Handgeräten geschweißt zu werden. Das automatisierte Schrittschweißsystem des BW3000-Climax-Bohrungsschweißgeräts bewirkt eine deutliche Verkürzung des Schweißvorgangs. Im Vergleich zu manuellen Verfahren arbeitet das Gerät präziser und sorgt für höhere Qualität. Der BW3000 bearbeitet bis zu 2,27 kg Metall pro Stunde und schweißt in horizontaler oder vertikaler Achse konstanter als es Handgeräte könnten. Vier Modi, »Auto-Skip«, »Pie«, »Carriage Return« und »Continious Weld« stehen zur Verfügung. Der BW3000 hat eine Fernsteuerung, die dem Schweißer sicheres Arbeiten fernab des Geräts ermöglicht. So ist er vor Gasen, Blitzen oder Hitze geschützt. Das Gerät spart Kabel, reduziert den Meißelverschleiß und die Schneidezeit um bis zu 50 %.