ABICOR-Innovationspreis 2010 (1. Platz)
Umsetzung entwickelter Technik in die Praxis

   Dipl.-Ing. Christian Schwalenberg (Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH)

Einsatz des MSG-Laserstrahlhybridorbitalprozesses für das Orbitalschweißen von Pipelines

Die Effektivität, mit der Rohrleitungen gefertigt werden, wurde im Laufe der Zeit stetig erhöht, angefangen mit der Entwicklung spezieller Fallnahtelektroden bis hin zu automatisierten MSG-Prozessen mit angepassten Nahtvorbereitungen. Letztendlich sind aber nur noch geringe Steigerungen der Abschmelzleistung zu erwarten, da, bedingt durch die geringen Schweißgeschwindigkeiten und den Einfluss der Schwerkraft, die Schmelzbäder bei zu hohen Drahtvorschüben sehr schnell unkontrollierbar werden.

Eine viel versprechende Alternative stellt hier der MSG-Laserstrahlhybridschweißprozess dar. Die hervorragende Spaltüberbrück-barkeit des MSGProzesses gepaart mit der hohen Eindringtiefe des Laserstrahles eröffnen bei der Zusammenführung beider Prozesse vollkommen neue Möglichkeiten und synergetische Effekte, welche positiv auf den Fügeprozess wirken. Die SLV Halle GmbH führt seit mehreren Jahren gemeinsam mit Partnern aus dem Rohrleitungsbau Untersuchungen zur Ertüchtigung des MSG-Laserstrahlhybridprozesses für den Rohrleitungsbau durch. Ziel ist es dabei, die grundsätzliche Eignung dieses Verfahrens für den Rohrleitungsbau nachzuweisen, da durch die Unterstützung des MSG-Prozesses durch einen Laserstrahlschweißprozess sowohl die Einschweißtiefe als auch die Schweißgeschwindigkeit gesteigert werden können. Der durch den MSG-Prozess zugeführte Zusatzwerkstoff ermöglicht zusätzlich metallurgische Gefügebeeinflussungen. Die beiden Verfahren wirken durch Wechselwirkungen untereinander stabilisierend aufeinander ein und sowohl MSG-Lichtbogen als auch Laserstrahl sind unverzichtbar für den Ansatz der Effizienzsteigerung im Rohrleitungsbau bei hohen Qualitätsansprüchen.

Die in Vorversuchen gewonnenen Kenntnisse führten zu dem Entschluss, das Schweißen der Rohrstöße mit dem  Hybridschweißprozess nicht in einem Durchgang, sondern unter Verwendung zweier Fallnähte durchzuführen. Für einen schnellen Wechsel von der ersten auf die zweite Fallnaht wurde ein weiterer Brenner angebracht. Durch die Integration des der Hybridschweißung nachlaufenden Lichtbogenprozesses konnten sowohl geschlossene Nahtprofile erzeugt als auch die Aufhärtung der Wärmeeinflusszonen des Wurzelbereichs reduziert werden.

Durch die typischen Gegebenheiten der fallenden Schweißposition und dem steten Schwerkrafteinfluss auf das Schmelzbad scheidet eine in Schweißrichtung stechende Brenneranordnung aus, da die Lichtbogenkräfte den Schwerkrafteinfluss weiter fördern und das Schmelzbad so eher zum Vorlaufen bzw. Herunterfallen neigt. Die besten Ergebnisse wurden hier bei einem vorlaufend und schleppend angeordneten Brenner und einer neutral zum Stoß angeordneten Optik erzielt.

Aus den vorgestellten Ergebnissen kristallisiert sich sehr deutlich das Potenzial des Hybridprozesses bei hohen Laserleistungen und brillanten Strahlqualitäten heraus. Neben dem Nachweis der generellen Baustellentauglichkeit des Prozesses konnten umfangreiche Kenntnisse zum Hybridschweißen in Zwangslagen, zur Schweißausrüstung sowie zur Umlauftechnik gesammelt werden und durch den Aufbau eines spezialisierten Prototypen umgesetzt werden. Dieser steht sowohl für technologische Untersuchungen als auch für weitere Felderprobungen potenziellen Partnern zur Verfügung.