Neue Entwicklungen im modernen Rohrschweißen

Der Pipeweld Orbiter von ESAB Welding & Cutting Products ist ein mechanisiertes Schweißsystem, das darauf ausgelegt ist, die Kosten pro Verbindung bei Pipelineprojekten mit Anbindungen und speziellen Abschnitten wie Straßen- und Flussüberquerungen zu senken.

Der technologische Wandel hat in einigen Teilen der Fertigungswelt ein rasantes Tempo erreicht. An anderen Orten halten sich einige traditionelle Herstellungsverfahren immer noch.

Die Gründe sind bekannt. Die Anschaffung neuer Technologien kann für einige Unternehmen als zu teuer angesehen werden. Andere glauben einfach, wenn der Prozess nicht kaputt ist, warum sollte man sich dann die Mühe machen, ihn zu reparieren?

Die Wettbewerbsrealität ist jedoch unabhängig von Girokonten und ineffizienten Herstellungspraktiken. Sie neigen dazu, Unternehmen ins Gesicht zu schlagen, wenn sie nicht auf die Welt um sie herum achten.

Das gilt insbesondere beim Rohrschweißen. Die Kombination aus erfahrenen Schweißern und dem Glauben an bewährte Methoden zum Verbinden von Rohren hat ein Umfeld geschaffen, das sich nicht so schnell verändert. Aber wenn die jüngsten Technologieeinführungen auf der FABTECH®-Messe in Chicago im vergangenen November Anzeichen dafür sind, könnten Rohrschweißer in die Lage geraten, ernsthaft über neue Schweißtechnologien nachzudenken.

Die Art und Weise, wie das Hauptrohrschweißen – das Schweißen langer, gerader Rohrabschnitte, die durch die Landschaft führen – in Nordamerika durchgeführt wird, ist ziemlich einfach. Zwei Abschnitte ähnlich großer Rohre werden zusammengeführt, und eine pneumatische oder hydraulische Maschine, typischerweise im Inneren, wird verwendet, um die beiden Abschnitte zusammenzuklemmen, um das Schweißen zu erleichtern. Beim Anschließen werden die Rohre etwa 5 Grad J-förmig abgeschrägt, um das Schweißen vor Ort zu ermöglichen. (Traditionell verlassen die Rohre das Rohrwerk mit einer 30-Grad-Abschrägung an ihren Enden.) Anschließend wird ein externer Schweißdraht mit Drahtvorschub verwendet, um bis zum letzten Durchgang schnelle und gleichmäßige Raupen zu legen.

Dieser Ansatz funktioniert gut, bis Sie spezielle Rohrabschnitte verbinden müssen, die beispielsweise eine Straße oder eine Flussüberquerung räumen müssen. Diese Sonderabschnitte werden auf die erforderliche Länge gefertigt und dann an die Hauptstrecke angebunden, die auf beiden Seiten der Kreuzung endet und wieder beginnt. Für solche Anwendungen kann man die Innenklemmtechnik einfach nicht nutzen, denn wenn die Bremsen dieser Einheiten versagen würden, würden diese großen Geräte, die teilweise bis zu 1.000 Pfund wiegen, wie ein Torpedo durch das Rohr stürzen. Tatsächlich werden diese Innenklemmen nicht bei Steigungen von mehr als 22,5 Grad verwendet. An dem Gesetz der Schwerkraft führt kein Weg vorbei.

Gordon Eadie, globaler Pipeline-Segmentmanager bei ESAB Welding & Cutting Products, sagte, dass in diesen Situationen manuelles Schweißen erforderlich sei, um die Arbeit abzuschließen. Schweißer müssen nicht nur in der Lage sein, in verschiedenen vertikalen Schweißpositionen zu arbeiten, sondern auch in ungewöhnlichen Winkeln wie 30 oder 60 Grad. Das führt natürlich dazu, dass einige verärgerte Unternehmen nach Hilfe bei der Automatisierung suchen. Sie haben einen Eindruck davon bekommen, was das automatisierte Schweißen beim Hauptschweißen bewirkt hat. Warum sollten sie also nicht auch etwas für diese nicht ganz so geraden Segmente wollen?

Dies veranlasste ESAB zur Entwicklung des Pipeweld Orbiter, der aus einem leichten Bug und einem Schnellmontageband besteht, das an Rohren mit Durchmessern über 8 Zoll befestigt wird. (Die Dicke der Rohrwand, insbesondere bei Rohren mit kleinerem Durchmesser, hilft dabei, festzustellen, ob sie mechanisiert ist.) Schweißen ist für diese Art von Anwendung sinnvoll. Beispielsweise könnte ein Schweißer, der Zelluloseelektroden für die Wurzel- und Heißlagen an einem Rohr mit 8 Zoll Durchmesser und einer Wandstärke von 0,25 Zoll verwendet, die Füll- und Decklagen wahrscheinlich problemlos fertigstellen genug, ohne dass eine maschinelle Nachverfolgung erforderlich wäre.) Der Käfer enthält den Brenner, den Antriebsmechanismus, die Bedienelemente, den Drahtspulenhalter, den Drahtvorschubmechanismus, Kabel und Schläuche. Es ist für den Betrieb mit jeder Konstantspannungs-Schweißstromquelle ausgelegt, die eine ausreichende Leistung für den ausgewählten Draht liefern kann. Bei Rohren mit größerem Durchmesser, etwa 16 Zoll oder mehr, können auf beiden Seiten gleichzeitig zwei Wanzen verwendet werden, um den Schweißvorgang zu beschleunigen.

„Fülldraht eignet sich hierfür hervorragend“, sagte Eadie. „Es eignet sich hervorragend für spezielle Abschnitte, Kreuzungen oder Verbindungsschweißnähte, bei denen lange Rohrabschnitte verbunden werden, bei denen die interne Klemme nicht verwendet werden kann.“

Wenn für diese Rohrleitungsschweißungen Flussmittelfülldraht verwendet wird, gefriert das Flussmittel schnell, ohne die Fließfähigkeit des Schweißbades darunter und das erwartete Eindringprofil zu beeinträchtigen. Aufgrund dieser Leistungsmerkmale sei das Fülldrahtschweißen die Technologie der Wahl für einen Großteil der Pipeline-Arbeiten außerhalb Nordamerikas, sagte Eadie. In einigen Teilen der Welt ist das Befüllen und Verschließen mit Zelluloseelektroden mittlerweile fast verboten.

Das PIPEFAB-Schweißsystem von Lincoln Electric ist eine Stromquelle, die speziell für den Rohr- und Behälterbaumarkt entwickelt wurde.

Einige akzeptieren Veränderungen jedoch nur langsam. Aus diesem Grund wurden die Verbrauchsmaterialien auf die Art der Pipeline-Schweißanwendung zugeschnitten, die man in den USA wahrscheinlich antreffen wird. Pipeweld-Zelluloseelektroden können für die Durchführung des Wurzel- und Heißschweißvorgangs verwendet werden, während der Pipeweld Orbiter die Füll- und Deckdurchgänge mithilfe von Flussmittelkernen automatisiert Elektroden. In einem anderen Verfahren können Pipeweld DH-Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt für den ersten Fülldurchgang verwendet werden, und der Pipeweld Orbiter kann die restlichen Durchgänge fertigstellen.

Eadie sagte, dass es für manuelle Schweißer schwierig sein würde, mit dem mechanisierten Virus Schritt zu halten, insbesondere da die FCAW-Schweißmaschine bergauf bis zu 9 Pfund verschweißen kann. Schweißzusatz pro Stunde. Er fügte hinzu, dass das Verfahren viel konsistenter sei als Verfahren, bei denen das Schutzgasschweißen oder das Verfahren mit festem Draht und engem Spalt zum Einsatz kommt.

Eadie erzählte von einem Fall, in dem ein Unternehmen in Europa 200 Meilen Rohr zu schweißen hatte und einen zusätzlichen Auftrag für weitere 50 Meilen derselben Pipeline erhielt. Was ein feierlicher Moment hätte sein sollen, wurde schnell zu einem Dilemma. Sie verfügten über genügend mechanisierte Geräte für das geplante Schweißen der geraden Hauptrohre, konnten die Kosten für weitere Maschinen für das zusätzliche 50-Meilen-Projekt jedoch nicht rechtfertigen. (Die meisten Maschinen, die für diese Pipeline-Schweißanwendungen mit engem Spalt entwickelt wurden, werden von Ausrüstungsverleihfirmen gemietet.)

„Sie verwendeten diese Pipeweld Orbiter-Technologie an den Anbindungen und Kreuzungen, weil es Abschnitte innerhalb der ursprünglichen 200 Meilen gab, in denen sie die herkömmliche Klemme nicht verwenden konnten“, sagte Eadie. „Sie haben sehr schnell gelernt, dass sie, wenn sie dieses Projekt richtig bemannten, tatsächlich mit der Anzahl der Schweißnähte, die sie mit einem vermeintlich schnelleren Prozess herstellen könnten, zeitlich mithalten könnten.“

Während sie den Pipeweld Orbiter für alle Verbindungen des 50-Meilen-Projekts verwendeten, stellten die Schweißer auch fest, dass sie die Rohrenden nicht neu anfasen mussten. Das bedeutete, dass sie kein Reinigungsteam einsetzen mussten, um die Metallspäne einzusammeln und sich mit der Schneidflüssigkeit zu befassen.

Als die Rohrleitungsschweißarbeiten abgeschlossen waren, nahm das Unternehmen einen kritischen Blick auf die Kosten der verschiedenen Schweißansätze. Sie erfuhren, dass sie etwa 60 Verbindungen pro Tag an Rohren mit einem Durchmesser von 48 Zoll und einer Wandstärke von 0,75 Zoll im traditionellen Schmalspaltverfahren mit fünf Schweißteams (zehn Schweißer) herstellten. Mit dem Fülldrahtverfahren schaffte das Unternehmen immer noch 60 Verbindungen pro Tag, aber sechs Teams (12 Schweißer) arbeiteten an dem Verfahren. Selbst mit der zusätzlichen Mannschaft stellte das Unternehmen jedoch fest, dass die Gesamtkosten pro Verbindung mit dem Pipeweld Orbiter 40 % geringer waren als mit der mechanisierten Ausrüstung für den Schmalspaltprozess, wenn die Mobilisierungs- und Bearbeitungskosten einbezogen wurden. Außerdem behielt das Unternehmen die Ausrüstung am Ende des Auftrags, anstatt sie an den Vermieter zurückzugeben.

Eadie fügte hinzu, dass diese Art der Rohrschweißtechnologie nicht viel Schulung erfordert. Aufgrund der benutzerfreundlichen Steuerung und der konsistenten Produktion durch den vertikal nach oben gerichteten Fülldrahtprozess können kompetente Bediener an einem Tag geschult werden.

„Wir haben einige Projekte, bei denen in Texas mit Flussmittelkernen geschweißt wird“, sagte Eadie. „Es ist ziemlich neu für die Jungs dort … aber wir sehen ziemlich großes Interesse.“

Neue Technologieeinführungen der Schweißunternehmen Lincoln Electric und ESAB versprechen, die Art und Weise, wie Rohre geschweißt werden, zu verändern. Getty Images

Schweißer, die diese Art von Rohrarbeiten ausführen, stehen in vielerlei Hinsicht unter demselben Druck wie ihre Kollegen in anderen Bereichen der Metallverarbeitung, darunter auch die Notwendigkeit, mit weniger mehr zu erreichen. Unternehmen sind daran interessiert, ihre Produktivität zu steigern, damit sie Projekte früher abschließen und sich der nächsten Möglichkeit zum Geldverdienen widmen können. In der Zwischenzeit muss die Qualität aufrechterhalten werden, denn bei dieser Art von Arbeit kann ein Misserfolg katastrophale Folgen haben. Beispielsweise ist ein chemisches Leck nicht etwas, mit dem sich irgendjemand befassen möchte.

Angesichts dieser ständig steigenden Erwartungen müssen sich Rohr- und Druckbehälterwerkstätten sowie Maschinenbauer mit der Schwierigkeit auseinandersetzen, die richtigen Bediener und Schweißer für ihre Öffnungen zu finden. Dies gilt insbesondere dann, wenn es um Stellen geht, für die hohe Qualifikationen erforderlich sind, wie zum Beispiel das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW).

Kurz gesagt: Alle Werkzeuge, die Rohrschweißern helfen können, ihre Arbeit effizienter zu erledigen, ohne dass die Qualität darunter leidet, werden wahrscheinlich sehr geschätzt. Dies veranlasste Lincoln Electric zur Entwicklung seines PIPEFAB™-Schweißsystems.

„Wir haben mit vorhandenen Technologien begonnen, die diesen Bereich bereits bedienen und die Schweißleistung liefern, die sie benötigen, aber möglicherweise nicht die Erfahrung, die sie im Hinblick auf die Benutzerfreundlichkeit benötigen“, sagte Bruce Chantry, Direktor für fortschrittliche Technologieprodukte bei Lincoln Electric . „Deshalb haben wir in diesen Rohr- und Behälterwerkstätten viel Zeit damit verbracht, den Kunden zuzuhören und sie bei ihren Abläufen zu beobachten, um zu verstehen, wie sie die Werkzeuge in ihrer täglichen Welt verwenden.“

Diese Schweißrealität in einer Rohr- und Druckbehälterwerkstatt wird völlig anders sein als das Leben in der Schweißabteilung eines großen OEM wie John Deere oder Caterpillar, wo wahrscheinlich jemand Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) mit derselben Drahtgröße und demselben Gas durchführt Kombination für den größten Teil einer Arbeitsschicht. Rohrschweißer in einer Werkstatt wechseln ständig zwischen Metall-Schutzgasschweißen, Fülldrahtschweißen, WIG-Schweißen und GMAW-Schweißen.

Um Schweißern die Möglichkeit zu geben, zu einer Stromquelle zu gehen, alles angeschlossen zu lassen und per Knopfdruck den für die Arbeit erforderlichen Prozess auszuwählen, haben die Ingenieure von Lincoln Electric das PIPEFAB-System so konzipiert, dass alle Prozessausgänge elektrisch isoliert sind. Bei einer Prozessänderung sind keine Verbindungsabbrüche und Neuverbindungen erforderlich. Das Unternehmen nennt es das Ready-to-Run™-Design.

Das trägt dazu bei, den Bedarf an höherer Produktivität zu decken, aber was ist mit den Bedenken hinsichtlich des Mangels an Schweißerfahrung und Wissen im Bereich des Rohrschweißens? Hier kommt die neue visuelle Anzeige ins Spiel.

„Durch den Einsatz eines schönen, gut sichtbaren 7-Zoll-Bildschirms in Industriequalität können wir dieses Display nun als Mittel zum Informationsaustausch mit den Bedienern nutzen, um ihnen das Leben zu erleichtern“, sagte Chantry.

Historisch gesehen waren die Benutzeroberflächen von Schweißstromquellen recht begrenzt. Auf einem Typenschild befanden sich möglicherweise einige Etiketten mit LED-Leuchten, die dem Schweißer mitteilten, welches Verfahren gewählt wurde, aber insgesamt waren sie recht rudimentär.

Anstatt zu theoretisieren, was sich Rohrschweißer wünschen könnten, nutzte Lincoln Electric das Fachwissen eines auf Benutzeroberfläche und Design spezialisierten Unternehmens, um bei der Entwicklung des PIPEFAB-Systems zu helfen. Sie führten umfangreiche Kundenrecherchen bei Rohrschweißern durch und fanden heraus, was ihnen gefiel und was nicht. Sie recherchierten und verglichen Informationszentren zu Produkten wie dem Ford F-150 und einem John Deere-Traktor. Dies führte zu mehreren unterschiedlichen Konzepten für Bildschirmlayouts, Hardwareformen und Platzierung von Tasten und Knöpfen. Weitere Rückmeldungen der Schweißer halfen dabei, die endgültige Benutzeroberfläche dahin zu bringen, wo sie sein musste.

„Dieser Fokus ermöglichte es uns, die Benutzererfahrung unglaublich intuitiv und lehrreich zu gestalten“, sagte Chantry. „Wenn zum Beispiel bei jemandem aus irgendeinem Grund ein Fehlercode angezeigt wird und der Fehlercode nicht einfach nur auftaucht, kann der Schweißer jetzt herausfinden, um welchen Fehler es sich handelt und vielleicht sogar einige mögliche Lösungen zur Lösung finden. Das können wir.“ Beginnen Sie nun damit, ihnen Wissen darüber zu vermitteln, wie sie Probleme beheben können.

Die Benutzeroberfläche sei eine wichtige Entwicklung für das Produkt PIPEFAB, da sie in vielen Fällen der entscheidende Faktor für Unternehmen sein könnte, die neue Rohrschweißgeräte kaufen möchten, fügte Chantry hinzu. Während erfahrenen Schweißern die Schweißtechnologie von Lincoln Electric möglicherweise besser gefällt als anderen Stromquellen auf dem Markt, tendieren Werkstattleiter oder Gerätekäufer möglicherweise zu den benutzerfreundlichsten Geräten, da sie mit der Pensionierung wahrscheinlich weniger erfahrene Schweißer für sich beschäftigen werden die Babyboomer.

Laut Chantry hat Lincoln Electric auch die Schweißleistung seiner neuen Rohrschweißstromquelle verbessert. Das patentierte Surface Tension Transfer®-Verfahren des Unternehmens, ein modifiziertes Kurzschluss-GMAW, wurde so optimiert, dass es schnellere Bewegungsgeschwindigkeiten und mehr Lichtbogenstabilität bietet. Tatsächlich mussten Rohrschweißer früher kürzere Kabellängen oder Messleitungen verwenden, um einen stabilen Lichtbogen während des Verbindungsprozesses sicherzustellen. Das muss mit der Einführung der CableView™-Technologie nicht mehr der Fall sein, sagte Chantry.

Diese patentierte Funktion überwacht kontinuierlich die Kabelinduktivität und passt die Wellenform an, um eine konstante Lichtbogenleistung bei langen oder gewickelten Kabeln bis zu 65 Fuß (19,81 m) aufrechtzuerhalten. Schweißer müssen sich keine Gedanken über die zusätzlichen Drähte machen, die vorhanden waren, als Messleitungen benötigt wurden. Außerdem benachrichtigt die CableView-Technologie den Schweißer, wenn die Induktivität außerhalb der Leistungsschwellen liegt.

„Es spielt keine Rolle, ob ein Schweißer unter idealen Bedingungen mit einem 15 Fuß [4,57 m] langen Kabel oder unter nicht ganz so idealen Bedingungen mit einem 50 Fuß [15,24 m] langen Kabel arbeitet. „Man muss nichts berühren, um die Stabilität des Lichtbogens zu gewährleisten“, sagte Chantry.

Das PIPEFAB-System ist außerdem darauf ausgelegt, auf das Rohrschweißen zugeschnittene Impulsschweißeigenschaften zu liefern. Mithilfe der Waveform Control Technology® von Lincoln Electric überwacht die Smart Pulse™-Funktion die Maschineneinstellungen und passt den Impuls für jede Rohrschweißanwendung an, wie z. B. Positions- und 1G-Rohrschweißen.

Chantry sagte, dass diese Rohrschweißtechnologie für das, was Rohrschweißer heute tun, und für andere Möglichkeiten in der Zukunft entwickelt wurde, vielleicht mit neueren, noch nicht identifizierten Materialien. Ein weiterer Punkt, den Produktentwickler im Hinterkopf hatten, war die Notwendigkeit einer Industrie 4.0-Konnektivität. Während viele Hersteller noch nicht das volle Potenzial dieser Art des digitalen Fertigungsmanagements für Produktivität und Qualität ausgeschöpft haben, können sie sich darauf verlassen, dass das PIPEFAB-System Teil einer solchen vernetzten Umgebung sein kann.

„Kunden können dies mit dem Ethernet an ihr Netzwerk anschließen und die Vorteile unserer vorhandenen Datenlösungen nutzen, wenn das Produkt direkt aus der Verpackung genommen wird. Sie können ihre Schweißvorgänge von überall auf der Welt aus verwalten und überwachen“, sagte Chantry.