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Sauberer geht’s nicht

Das automatisierte Orbitalschweißen im Apparatebau erfüllt die strengen Hygienenormen
Sauberer geht’s nicht

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Das automatisierte WIG-Orbitalschweißen ist das Fügeverfahren der Wahl in den High-Purity-Industrien. Dort erzielt es im komplexen Rohrleitungs- und Apparatebau hervorragende Nahtqualitäten und wird von EHEDG, ASME und FDA empfohlen. Blitzsaubere, glatte Schweißnähte, die keinen Angriffspunkt für Verunreinigungen, Bakterien, Produktanhaftungen und Korrosion bieten, und das auch noch schnell. Ein Kriterium, warum auch der Anlagenbauer Schrader auf dieses Fügeverfahren setzt.

Dieter Schnee

„Bei Schweißverbindungen, die korrosiven Medien bei hohen Drücken und Temperaturen standhalten müssen, kann mit dem automatisierten WIG-Orbitalschweißen der geforderte Qualitätsstandard erreicht werden. Bedeutende Vorteile des Verfahrens sind kürzere Fertigungszeiten, gesteigerte Produktivität, eine glatt durchlaufende Schweißnahtoberfläche und, nicht zu vergessen, die minimale Wärmeeinbringung“, auf diesen Nenner bringt Geschäftsführer Dipl.-Ing. Dirk Darmstädter die Entscheidung der Schrader Unternehmensgruppe, auf das automatisierte Fügen von Rohren zu setzen. In der Vergangenheit dominierten im Anlagenbau für die High-Purity-Industrien anwenderspezifisch angefertigte Konstruktionen aus korrosionsbeständigem Stahl. Heute können diese Sonderlösungen zum Großteil mit Standardkomponenten verwirklicht werden. Um Anwender wie die Pharma- und Lebensmittelindustrie bei der kontinuierlichen Optimierung ihrer Herstellungsprozesse zu unterstützen und deren strenge Vorgaben sowie die inzwischen schärfer gefassten Normen zu erfüllen, verfolgen die Anlagenhersteller den eingeschlagenen Weg der Standardisierung ihrer Konstruktionen konsequent weiter.
Schrader, mit Hauptsitz in Ennigerloh, gehört zu den Herstellern, die die steigende Nachfrage nach Anlagen für hochreine Produkte als erste registrierten. Ein wichtiges Arbeitsgebiet des Unternehmens ist das Errichten von Industrieanlagen für die Industriezweige Pharmazie, Biotechnologie, Nahrungsmittel, Chemie, Automobil, Energie, Papier und Zellulose sowie Farben und Lacke. So vielfältig wie die Branchen, sind auch die zu liefernden Anlagen und deren Komponenten: Apparate, Behälter, Kolonnen, Wärmetauscher, Autoklaven, Extrakteure und Vakuum-Units, überwiegend aus korrosionsbeständigen und höher legierten Stählen (z. B. Duplexstähle und Nickelbasislegierungen).
Die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte ist besonders streng und umfassend reglementiert. Das Einhalten der Qualitätskriterien nach der amerikanischen Norm der Food and Drug Administration (FDA) ist oberstes Gebot, denn das Endprodukt könnte durch prozessbedingte Verunreinigungen oder mikrobakterielles Wachstum in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt und damit wertlos werden. Der Geschäftsführer Dirk Darmstädter erinnert sich noch genau an die Anfänge des automatisierten Orbitalschweißens in seinem Unternehmen anlässlich eines Auftrages aus der pharmazeutischen Industrie: „Es wurden sehr glatte Oberflächen gefordert und wir fragten uns natürlich, ob wir manuell schweißen sollten oder trotz mangelnder Erfahrung mit der WIG-Orbitaltechnik besser bedient wären?“ Darmstädter erkannte: „Die Zeit war reif und wir brauchten eine gesteigerte Qualität. Unsere Schweißer kommen zum großen Teil aus der Kerntechnik, sie verstehen sich also auf ihr Metier. Die von ihnen manuell hergestellten Schweißnähte unterscheiden sich kaum von automatisiert gefertigten, aber die manuelle Methode ist sehr viel langsamer.“
„Die Zeit war reif und wir brauchten eine gesteigerte Qualität, verbunden mit einer erheblich höherer Wirtschaftlichkeit.“
Schrader entschied sich probeweise für eine französische Orbitalschweißmaschine. „Polysoude vermietete uns bei diesem ersten Projekt die Ausrüstung und wir stellten das Personal; so haben wir durch unsere Zusammenarbeit den Auftrag im Sinne des Kunden ausführen können“, erinnert sich Darmstädter, „mit der Einführung des Orbitalschweißens stieg die Produktivität, denn der mechanisierte Prozess ist weniger arbeitsaufwendig. Die durchgehende Schweißnaht ohne Überlappungen erlaubt es dem Schweißer, mehr Schweißnähte pro Arbeitstag fertigzustellen. Nacharbeiten wie das Schleifen oder das Reinigen fallen nicht mehr an.“
Nach diesem Erfolg setzte Schrader das automatisierte Orbitalschweißen auch beim Bau von Anlagen für die Pigment- und Farbenherstellung ein. Die Anforderungen an die Qualität dieser Anlagen lassen sich mit denen der pharmazeutischen Industrie oder der Nahrungsmittelherstellung vergleichen. Ungleichmäßig ausgebildet Schweißnähte führen im Inneren der Rohre zu Anlagerungen von Pigmenten, was die Unbrauchbarkeit anschließend hergestellter Chargen verursachen kann.
Heute ist das automatisierte WIG-Orbitalschweißen innerhalb der Unternehmensgruppe in all seinen Varianten vertreten: mit geschlossenen Schweißzangen und offenen Schweißköpfen zur Herstellung von Rohr-Rohr-Verbindungen, von Rohr-Flansch-Verbindungen sowie im Pipelinebau. Rohr-Rohrboden-Schweißköpfe mit und ohne Zusatzdraht dienen zum Bau von Wärmetauschern, selbst Hinterbodenschweißungen an Rohrböden sind absolut kein Hindernis mehr. Bei all diesen Fügeaufgaben kommen die Vorteile des automatisierten Orbitalschweißens voll zum Tragen: die niedrigen Produktionszeiten, die besonders guten Nahtoberflächen bei optisch und hygienisch einwandfreien Verbindungen, die minimale Wärmeeinbringung zur Erlangung der – auch metallurgisch – hohen Qualität und Reproduzierbarkeit der Schweißnähte, die sich dann gleichen wie ein Ei dem anderen. Die Voraussetzung für diese Null-Fehler-Produktion ist neben der einwandfreien Nahtvorbereitung das exakt abgestimmte Schweißprogramm, bei dem alle Parameter sitzen – Lichtbogenlänge, Stärke und Pulstechnik des Schweißstroms, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasführung, Kombination aus Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff (wenn nötig) und natürlich die Wärmeführung.
Beispielhafte Qualität
Bei Schrader wird auf eine sorgfältige Ausbildung der Orbitalschweißer Wert gelegt: sechs Wochen auf der Baustelle und nochmals drei Wochen im Werk. „Unser Top-Schweißer“, erläutert Darmstädter, „beherrscht die Programmierung umfassend. Er kennt alle Orbital-Schweißanlagen und die darauf installierten Programme, überwacht die Qualität und zeichnet für das exakte Einhalten der Parameter verantwortlich. Zudem begutachtet er in den meisten Fällen die eingangs vor einer Schicht hergestellten Arbeitsproben.“ Damit beschreibt Darmstädter die Produktionssicherheit bei Aufträgen mit häufig wiederkehrenden Fertigungsschritten. „Mit unzureichend abgestimmten Parametern wiederholt sich ein Schweißfehler bei jeder neuen Naht. Deshalb beginnt jede Schicht mit einer Probeschweißung. Erst wenn diese zur Zufriedenheit des Qualitätsverantwortlichen ausfällt, läuft die Produktion an.“ Danach dokumentieren die in die Schweißautomaten des Herstellers integrierten Schweißdaten-Erfassungssysteme die Parameter jeder Schweißnaht als verlässlichen Beleg der Qualität.
Beispielhaft für die Qualitätssicherung im Haus steht ein Auftrag aus dem Jahr 2005. Ein großer Kondensatabscheider für einen Anwender aus der chemischen Industrie war zu fertigen. Dafür mussten 5000 Rohre in Rohrböden eingeschweißt werden. Das bedeutete über 20 000 Schweißungen an Duplex-Stahl. Während der 4-monatigen Bauzeit wurde kein Augenblick von den bewährten Arbeitsabläufen abgewichen. „Jeder Morgen begann mit Probeschweißungen“, resümiert Darmstädter, „über einen solch langen Fertigungszeitraum kann es in der Fertigungshalle sehr heiß werden, die Temperatur kann aber auch stark sinken. Zudem ist es auch denkbar, dass die Netzspannung des Werkes Schwankungen unterliegt. Gefügeaufnahmen der täglichen angefertigten Probestücke belegten letztlich die perfekte Durchschweißung.“
Eine ähnlicher Auftrag, bei dem 2000 Rohre in Böden eines Gärbehälters einzuschweißen waren, verdeutlicht, mit welchen Produktivitätssprüngen der Anwender beim automatisierten Orbitalschweißen kalkulieren kann: Bedient ein Schweißer bei solchen Aufgaben mehrere Orbital-Schweißköpfe parallel, reduziert sich die Fertigungszeit auf einen Bruchteil.
cav 497

Bis zu 170 A Schweißstrom

Auf der diesjährigen Tube präsentierte Polysoude erstmals die tragbare WIG-Schweißanlage P4 zum automatisierten Orbitalschweißen von Edelstahl-Rohrverbindungen. Das Gerät verfügt über einen großformatigen Touchscreen als Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS). Über diesen laufen sämtliche Interaktionen mit der Anlage, sie gibt über die Software alle Befehle an die interne Elektronik und übermittelt dem Bediener den Stand des Fügeprozesses. Weitere Besonderheiten der P4 sind die selbstständige Anlagenkonfiguration sowie die Auto-Programmierung. Hinzu kommt die Echtzeit-Schweißdatenerfassung für ein garantiert reproduzierbares Schweißergebnis: So erkennt die Maschine nicht nur den angeschlossenen Werkzeugtyp (Schweißkopf/-zange), sondern weiß auch, mit welchen Grenzwerten dieser arbeiten kann. Die Auto-Programmierung übernimmt das Einstellen der Schweißparameter bis ins Detail. Neben den vier Grundparametern (Schutzgas, Schweißstrom, Schweiß- und Drahtgeschwindigkeit) können dies bis zu 30 weitere sein, um alle Möglichkeiten der modernen Orbital-Schweißanlage auszuschöpfen – vom Fügen mit pulsierendem Strom, pulsierender und zum Strom synchronisierter Schweiß- und Drahtgeschwindigkeit sowie deren Kombinationen.
Ein weiteres Merkmal der P4 ist ihr unkomplizierter Einsatz auf den Baustellen und in den Vorfertigungen rund um den Globus. Dafür sorgen neben dem geringen Gewicht der Anlage die Bildschirmanzeige in Landessprache sowie die Multi-Spannungs-Automatik für Wechselspannungsnetze von 100, 110, 200 und 230 V. Selbst Schwankungen beim Betrieb an langen Zuleitungen oder Stromgeneratoren toleriert die Anlage in hohem Maße.

Schweißtechnik von Polysoude
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