Fachbegriffe

Begriffserklärung

Der Begriff Orbital-Schweissen ist eine Abwandlung aus dem lateinischen Wort ORBIS = der Kreis. Hieraus wiederum abgeleitet wurden die in der Raum-fahrt gebräuchlichen Begriffe Orbit bzw. Orbital für die Umlaufbahn um einen Himmelskörper.

Die Wortverbindung Orbital und Schweissen soll damit einen Prozess bezeichnen, bei dem der Lichtbogen um einen feststehenden Rundkörper (meist Rohr) geführt wird.

Der Ausdruck Orbitalschweissen ist grundsätzlich kein exakt definierter Begriff, wird aber allgemein nur für solche Abläufe benutzt, bei denen sich der Lichtbogen mindestens 360° ohne Unterbrechung um das zu verschweissende Werkstück bewegt.
Vorgänge, bei denen die Schweissung unterbrochen und zur leichteren Kontrolle des Schmelzbades in Teilsegmenten ausgeführt wird (häufig beim mechanisierten MIG/MAG-Schweissen eingesetzt in dem man in 2 Halbkreisen jeweils nur in Fallnaht schweisst), würden demnach zu Unrecht als orbital geschweisst bezeichnet werden.


Möglichkeiten und Grenzen

Rein schweisstechnisch gehört das Orbitalschweissen in die Rubrik teilmechanisiertes
(WIG-) Schweissen.

Da wegen der guten Kontrollierbarkeit des Schmelzbades dieser Prozess praktisch nur mit dem WIG-Verfahren ausgeführt werden kann, gelten natürlich auch nahezu alle für das WIG-Schweissen relevanten Regeln wie z.B. Auswahl der Gase, Sauberkeit, Verschweissbarkeit bestimmter Werkstoffe oder aber auch Erzielbarkeit mechanischer Gütewerte.

Orbitalschweissen wird heute überall dort eingesetzt, wo sehr hohe Qualitätsansprüche an die Schweissnaht gestellt werden. Diese Ansprüche beschränken sich aber nicht nur auf Festigkeit bzw. Röntgensicherheit, sondern vor allem auch auf die Ausbildungsform der Naht. So ist die flache, gleichmässige und mit geringer Rauhigkeit erzielbare Wurzel für viele Anwender primäres Kriterium zum Einsatz des Verfahrens.

Es wird deshalb heute bevorzugt in folgenden Bereichen eingesetzt:


Chemie
Pharmazie
Lebensmitteltechnik
Biotechnik
Reinstwasseranlagen
Molkerei-Industrie
Halbleiter-Industrie
Luft- und Raumfahrt

Darüber hinaus wird das Orbitalschweissen wegen der gleichmässigen und teilweise nicht mehr nachzubehandelnden Naht aus optischen Gründen heraus z.B. zur Verbindungen bei Türgriffen, Geländern oder sogar Edelstahlfüssen von Sektgläsern verwendet!

Mögliche Interessenten für diese Technik sollten sich allerdings auch über die unabdingbaren Voraussetzungen zum erfolgreichen Einsatz im klaren sein.
Hierbei sei der Hinweis erlaubt, dass die nachfolgenden Ausführungen als allgemeingültige Regeln für den Prozess an sich angesehen werden sollten und unabhängig von Form und Farbe der Anlage, eigentlich für alle Systeme und Hersteller in gleichem Masse gültig sind.
Wenngleich bekannt ist, dass hier von manchen Wettbewerbern zum Teil die Physik auf den Kopf stellende Aussagen und Versprechungen gemacht werden, die sich dann spätestens beim unter Produktionsbedingungen durchgeführten Dauereinsatz als nicht haltbar erweisen!

So hängt die Güte einer Orbital-Schweissnaht nach eigenen und von langjährigen Anwendern bestätigten Erfahrungen, zu mindestens 50% von der Nahtvorbereitung und damit der Minimierung etwaiger Toleranzen ab.
Pauschale und genau definierte Massangaben sind kaum möglich, da einzelne Toleranzen unter Umständen vom Prozess ausgeglichen werden können, in der Summe verschiedener Arten dann aber doch zu Schweissfehlern führen können.

Der beliebte Hinweis darauf, dass die verwendeten Rohre der DIN entsprechen, ist kein ausreichendes Prüfkriterium für die Orbitalverschweissbarkeit.
Während die laut DIN in prozentualem Verhältnis zu Wandstärke und Rohrdurchmesser gegebenen Toleranzen ausschliesslich nach Druckfestigkeit und Belastbarkeit ausgelegt worden sind, werden für das Orbitalschweissen direkte Massangaben erforderlich. Diese wiederum sind bei schwierigen Schweissaufgaben niedriger anzusetzen als bei einfachen.
Dies bedeutet in der Praxis, dass beispielsweise bei einer leicht zu lösenden Aufgabe wie dem Schweissen eines CrNi Rohres 53 x 1,5 mm durchaus ein Wandstärkenversatz von
ca. 0,5 mm (ca. 30%) verarbeitet werden kann, während dies bei einer kritischeren Aufgaben-
stellung wie z.B. einem ST 35.8. Rohr 114,3 x 3,6 mm schon zu einem Schweissfehler führen
kann.
Es sollte die Frage der Toleranzen deshalb für jeden Anwendungsbereich individuell erprobt und festgelegt werden.
Dass die Orbitalschweisstechnik dennoch wirtschaftlich und mit Erfolg eingesetzt werden kann, beweist die immer grösser werdende Anzahl von Anwendern.
Es hat sich allerdings in der Praxis herausgestellt, dass das Orbitalschweissen aus wirtschaftlichen
Gründen vor allem dort eingesetzt wird, wo man die Schweissung einlagig und im I-Stumpfstoss ausführen kann.
Dies ist bei moderner Gerätetechnik bis max. 4 mm Wandstärke möglich, bei einfacheren Systemen (beschränkte Sektoreneinstellung, keine pulssynchrone Drahtzufuhr) bis 3 mm.

Als Nahtvorbereitung ist hier lediglich ein exakt im rechten Winkel zur Rohrachse durchgeführter Sägeschnitt erforderlich. Die Rohrstösse sollten dann noch entgratet und im Nahtbereich von Rost, Zunder, Fett usw. befreit werden, was aber bei entsprechender Qualitätsanforderung eigentlich auch für die Handschweissung selbstverständlich sein sollte.

Die Rohrstösse werden ohne Luftspalt aneinandergefügt. Dies kann sowohl mit möglichst kleinen
und ohne Zusatzwerkstoff ausgeführten Heftpunkten als auch Innen- oder Aussenzentrierungen
durchgeführt werden.

Bei grösseren Wandstärken ist das Anarbeiten einer Schweisskante, möglichst in U-Form, erforderlich. Da hier die präzise Ausführung des inneren Steges notwendig ist, kann eine solche U-Form nur mit speziellen, am Rohrinnendurchmesser zentrierenden, Rohrkantenfräsern hergestellt werden. Manuelles Anschleifen oder die Verwendung anfasender Sägeblätter reicht für ein reproduzierbares Schweissergebnis nicht aus.

Da diese Vorgehensweise sehr zeit- und kostenaufwendig ist, wird das Mehrlagenschweissen in Orbitaltechnik nur sehr selten eingesetzt und nur da, wo es aus Qualitätsgründen zwingend vorgeschrieben wird. Ein guter Handschweisser wird, vorausgesetzt, er erzielt die erforderliche Nahtgüte, in den meisten Fällen schneller als die Orbitalschweissanlage sein.
Hinzu kommt, dass eine Anlage für die Mehrlagenschweissung erheblich teurer und komplizierter ist als ein Gerät ohne diese Option.

Ebenso häufig wie die Frage nach den Toleranzen wird die nach der sogenannten "Baustelleneignung" der Anlage gestellt. Die Antwort hierauf könnte eigentlich sehr einfach mit dem Hinweis auf die Vielzahl von Baustelleneinsätzen solcher Systeme gegeben werden.
Die eigentliche Problematik liegt aber tiefer, nämlich in der Beantwortung der Frage, ob das auf
der Baustelle eingesetzte Personal in der Lage und auch gewillt ist, der durch den Einsatz dieser Technik zweifelsfrei höheren Anforderung an die Sorgfalt gerecht zu werden.

Auch diese Frage kann nicht pauschal vom ANBIETER, sondern muss individuell vom ANWENDER beantwortet werden!

Fast zur Ideologie hochstilisiert wird manchmal die Frage, ob eine bestimmte Schweissaufgabe vom Geräteanbieter X oder Y mit oder ohne Schweisszusatzwerkstoff ausgeführt werden kann.

Hier muss jedoch die unumstössliche Antwort gegeben werden, dass dies KEINESFALLS von Fabrikat oder Bauart der Anlage, sondern vielmehr von der Schweissaufgabe und damit wiederum der Anforderung an die Nahtqualität abhängig ist.

Die rein visuelle Kontrolle einer Schweissnaht kann hier keinesfalls ausreichend für die Bewertung sein; es müssen auch hier die im Einzelfall erforderlichen Gütewerte wie Streckgrenze, Korrosionsbeständigkeit usw. geprüft werden.

Auch durch zulässige Toleranzen der Legierungsbestandteile bei den Werkstoffen kann es durchaus vorkommen, dass selbst bei gleicher Werkstoffnummer chargenabhängige Unterschiede festzustellen sind.
In der Regel sind aber CrNi-Stähle bis zu Wandstärken von 3 mm sicher ohne Zusatzdraht
verschweissbar. Bei grösseren Wandstärken im CrNi-Bereich sollte von Fall zu Fall entschieden
werden. Ebenso bei ferritischen Stählen, wobei hier meist auch für Wandstärken unter 3 mm Zusatzdraht empfehlenswert ist


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