Préparation au soudage

Wer Wert auf eine gute Qualität einer Schweißnaht legt, weiß wie wichtig dabei – ganz unabhängig vom angewendeten Schweißverfahren – auch die Schweißvorbereitung ist. Doch wird diese zu häufig vernachlässigt. Meist wird nur in das Schweißgerät und -verfahren selbst investiert und leider die Arbeitsschritte aussen herum nicht ausreichend berücksichtigt. Doch gerade dabei handelt es sich um einen Bereich, in dem eine vernünftige Investition zu enormen Kosteneinsparungen führen kann.

Auch heute werden einige Schweißvorbereitungen noch immer mit dem Schleifgerät oder mit nicht geeigneten Werkzeugen verrichtet. Eine schlechte Vorbereitung hat jedoch einen großen Einfluss auf die Endqualität der Schweißnaht, kann zu Ausschuss oder einem Riss und undichten Stellen der Schweißnaht führen, wenn die Mängel nicht rechtzeitig erkannt werden.

Eine noch größere Bedeutung hat eine gute Schweißvorbereitung bei maschinengeschweißten Teilen, die während ihrer Anwendung starken Belastungen (Druck, Hitze, mechanische Beanspruchung….) ausgesetzt sind. Dies ist zum Beispiel in der Atom-, Erdgas- oder Erdölindustrie der Fall; hier handelt es sich um Bereiche, in denen die Schweißnähte schlicht und einfach perfekt sein müssen.

Die auf dem Markt erhältlichen Systeme zur Schweißvorbereitung entsprechen in praktisch allen Punkten den Anforderungen der Anwender hinsichtlich Schnelligkeit, Qualität oder Platzbedarf. Außerdem ermöglichen sie sehr schnell Einsparungen zu realisieren.

Welche wirtschaftlichen Vorteile hat die Anwendung eines geeigneten Systems zur Schweißvorbereitung?

Produktivität 

Protem US 80

Der festgestellte Zeitgewinn dank dem Einsatz eines geeigneten Systems zur Schweißvorbereitung stellt sich sehr rasch als beträchtlich heraus.

In der Tat nimmt eine Schweißvorbereitung an einem 10″ Rohr mit 1″ Wandstärke für den Bediener mit einer Rohrendanfasmaschine vom Typ Protem US80 zum Beispiel nur wenige (höchstens 5) Minuten in Anspruch, und das unabhängig vom Werkstoff  (Austenit, Duplex, Inconel, Edelstahl). Bei Anwendung eines Schleifgeräts oder eines ungeeigneten Werkzeugs ist die Vorbereitungszeit schnell doppelt oder dreimal so lang (zwischen 10 und 15 Minuten). Zudem ist das erzielte Ergebnis nicht überzeugend und vor allem nicht wiederholbar. Ein Bediener, der täglich nur fünf Schweißnähte an solchen Rohren durchführt, muss zehn Rohrenden anfasen. Rechnet man also mit 10 Minuten Zeitgewinn pro Bearbeitung, erzielt man pro Tag 100 Minuten, also 1 Stunde und 40 Minuten Zeitersparnis am Tag. Laut den von Eurostat publizierten Daten belaufen sich die durchschnittlichen Lohnkosten einer Arbeitsstunde im verarbeitenden Gewerbe auf 36,8 EURO, das heißt es können 63 EURO Lohnkosten eingespart werden. Insgesamt ergibt das im Jahr 14.238 EURO (wenn man mit 226 Arbeitstagen im Jahr 2014 rechnet). Dieser Gewinn macht also sehr schnell die ursprünglichen Investitionskosten der Firma wieder gut.

Protem US 150

Abb. 3. Protem US 150

Sicher, diese Studie ist nicht für alle Unternehmen repräsentativ,  doch wer seine Rechnung mit dem geeigneten Werkzeug im Kopf macht und das Ergebnis auf ein Jahr Zeiteinsparung umrechnet, bemerkt sehr schnell und ganz konkret, dass der Gewinn beträchtlich ist.

 

Qualität und Wiederholbarkeit

Chanfrein Composé

abb. 4. Zusammengesetzte Fase

Beim Schweißen sind die Kosten der Qualität ein sensibler Punkt. Es wird immer schwieriger, innerhalb der Toleranzen zu liegen, die Tests werden immer präziser und die Anforderungen der Pflichtenhefte immer strenger. Ein geeignetes System für die Schweißvorbereitung ist beim Streben nach Exzellenz (wie von den Auftraggebern erwartet) zweifelsohne ein
Vorteil. Doch wie sieht es mit dem finanziellen Gewinn einer solchen Maschine aus, wenn es um die Qualität geht?

Réglage d'une Protem TT 168

Abb. 5. Einstellen einer Protem TT 168

Die erzielte Einsparung macht sich auf zwei Ebenen bemerkbar. Als erstes wird durch die Mechanisierung des Arbeitsschrittes die Anzahl der Ausschussteile sinken. Die Toleranzen werden leichter eingehalten, und die Schweißnähte sind von besserer Qualität. Die früher zum Nacharbeiten von Ausschuss verwendete Zeit kann somit der Produktion gewidmet werden. Die allgemeine Produktivität des Unternehmens steigt somit an. Zweitens können dank dieses Systems noch andere Einsparungen gemacht werden. Da der Arbeitsprozess zuverlässiger ist und wiederholbare und hochwertige Ergebnisse ermöglicht, braucht nicht jedes Werkstück vor dem Schweißen einzeln kontrolliert werden. Es reicht, eine statistische Qualitätskontrolle durchzuführen (z. B. 1 Kontrolle pro 10 Vorbereitungen, je nach Zuverlässigkeit der Maschine) und somit für den Betrieb die Kosten für die Kontrollen drastisch zu senken (in diesem Fall können die Kosten um ein 10-faches reduziert werden).

 

Industriekatastrophe

Conséquence d'une rupture de pipeline aux USA

Abb. 6 Konsequenzen eines Pipeline-Bruchs in den USA

Dieser Punkt ist im direkten Anschluss an den Abschnitt über die Qualität. Wenn eine mangelhaft ausgeführte Schweißnaht der Qualitätskontrolle entgeht, können die Kosten der Folgen Millionen oder sogar Milliarden Euro betragen, wenn es zu einer Industriekatastrophe kommt. Dies ist zum Beispiel in sensiblen Bereichen wie der Atomenergie, in Raffinerien oder bei Pipelines der Fall, wo bereits ein kleiner Fehler zur Katastrophe führen kann.
Einige Unfälle aufgrund von schlechten Schweißnähten sind in die Geschichte eingegangen, wie z. B. der Unfall in Romeoville im US-Staat Illinois 1984, bei dem bei der Explosion eines schlecht geschweißten Tanks 17 Menschen ums Leben kamen und der Betrieb einen Schaden von 200 Millionen Dollar verkraften musste. Noch nicht so lange her, der Unfall im belgischen Ghislenghien (2004), wo aus einer Pipeline ausfließendes Gas zu einer Explosion führte, die 24 Menschenleben forderte. Abb

Leider ist diese Art von Unfall in einer Raffinerie oder an einer Pipeline nicht so selten; verhindert werden können diese Katastrophen durch den Einsatz von zuverlässigen Schweißverfahren, die auf gutes Material und gute Techniken beruhen, sei es beim Schweißen selbst, bei der Vorbereitung oder bei den Kontrollen.

Sicherheit und Bedienerfreundlichkeit

Figure 7. Protem US 25, 4kg avec reprise d'effort

Abb. 7. Protem US25, 4 kg mit Drehmomentmessung

Durch die Anwendung eines Systems zur Schweißvorbereitung kann auch die Sicherheit bei den Arbeitsschritten verbessert werden. Eine ungeeignete Maschine kann sich für den Anwender als nicht ergonomisch erweisen, kann laut sein und gesundheitsgefährdende Partikel freisetzen. Auch unkontrollierte Schwingungen können langfristig zu Verletzungen führen.

Protem US 40 utilisable sur les coudes

Abb. 8. Protem US40 für Rohrbögen

Natürlich führt die Auswahl einer leichten und bedienerfreundlichen Maschine mit Funktionen wie der integrierten Drehmomentmessung (Abb. 4) bei der Anschaffung zu Kosten, die sich aber schnell auszahlen, da die Unfallgefahr stark abnimmt und damit auch kurz- sowie langfristig teurer Krankenstand von Mitarbeitern. Kurzfristig gesehen machen sich bei den Mitarbeitern Ermüdungserscheinungen im Laufe des Tages weniger bemerkbar, sodass sie leistungsfähiger sind. Und langfristig gesehen kommt es mit einem geeigneten Material seltener zu Muskel- und Knochenerkrankungen.

Somit sind Sicherheit und Bedienerfreundlichkeit für eine Firma mit einer globalen Vision, die die Anschaffungskosten von sinnvollen Maschinen berücksichtigt, auch ein wirtschaftlicher Vorteil, da diese wesentlich dazu beitragen, die Arbeitsbedingungen ihrer Mitarbeiter zu optimieren.

Automatisches Schweißen

 

J-förmige Fose

Abb. 9. J-förmige Fose

Manche Firmen wollen in das Rundnahtschweißen investieren, um beim Schweißen von Rohren und Pipelines Zeit zu gewinnen und die Qualität zu verbessern. Ein häufig dabei auftretender Fehler ist die Vernachlässigung der Schweißvorbereitung. Damit das automatische Rundnahtschweißen gut funktioniert, darf zwischen den zu schweißenden Rohren keinerlei Spielraum vorhanden sein. Außerdem sollte eine J-förmige Anfasung vorgenommen werden, um das Füllen zu reduzieren. Die geometrischen Toleranzen sind also alles andere als leicht einzuhalten. Nur eine spezielle Maschine für diese Art von Vorbereitung ermöglicht die erforderliche Präzision dank ihrer spezifischen Optionen wie z. B. ein Schlitten, der das Rohrprofil verfolgt oder eine Flächenverjüngung ermöglicht, um am gesamten Rohr eine konstante Anfasung zu gewährleisten.

Protem- Flächenverjüngungssystem

Abb. 10. Protem- Flächenverjüngungssystem

Bei einer Investition im Bereich des automatischen Schweißens ist es also von größter Bedeutung, auch die Investition für die Schweißvorbereitung in ausreichendem Maße zu berücksichtigen. Ansonsten kann man Gefahr laufen, die Kapazität von Schweißautomaten nicht voll nutzen zu können, ganz einfach daher, weil die Werkstücke schlecht vorbereitet sind.

Schlussfolgerung

Protem TT-Serie, Rundschneiden und -anfas

Abb. 11. Protem TT-Serie, Rundschneiden und -anfas

Die Auswahl einer geeigneten Maschine für die Schweißvorbereitung ist also ein wirtschaftlicher Vorteil, egal, unter welchem Gesichtspunkt man eine solche Investition betrachtet. Produktivität sowie Qualität werden dabei stark verbessert. Die Sicherheit der Bediener ist gewährleistet, und die Wahrscheinlichkeit einer Industriekatastrophe aufgrund einer mangelhaften Schweißnaht um ein Vielfaches reduziert. Letztendlich ist eine gute Schweißvorbereitung die unabdingbare Voraussetzung, wenn es darum geht, das automatische Schweißen souverän anzugehen.

Ein Betrieb, der langfristig plant, wird sich nicht von den Kosten der Erstinvestition abhalten lassen, sondern vor allem das mögliche Einsparungspotential sehen, das diese Art von Maschinen in sich haben.

Mathieu Schram Ingenieur für Verfahrenstechnik
PROTEM SAS
ZI Les Bosses
26800 Etoile sur Rhone