Das Vorwärmen der Rohre ist ebenfalls eine übliche Vorgehensweise, die die Gefahr einer fehlerhaften Schweißung verringert. Dies ist notwendig, um die Norm- und Qualitätsanforderungen für chromlegierte Rohre sowie bei Rohren, die mehr als 2,5 cm dick sind oder in Umgebungen mit Temperaturen von unter 10 °C gelagert werden, erfüllen zu können.
Es gibt zahlreiche Vorwärmmethoden, und jede hat ihre Vor- und Nachteile. Das Rollen der Rohre während des Schweißens begrenzt jedoch die Möglichkeiten zum erfolgreichen Vorwärmen, Aufrechterhalten der Vorwärmtemperaturen und Einhalten der Zwischenlagentemperaturen. Dieser Artikel beschäftigt sich mit einer neuen Technologie, der rollenden Induktionserwärmung, die für das Vorwärmen gerollter Rohre in der Werkstattumgebung verwendet wird. Es bietet die Vorteile des Rohrschweißens auf einer Rollen-Drehvorrichtung und beseitigt gleichzeitig einige der Probleme, die mit anderen gängigen Erwärmungsmethoden wie dem Erwärmen mit offener Flamme und der Widerstandserwärmung verbunden sind.
Wie funktioniert die Induktionserwärmung im Vergleich?
Induktionserwärmung gibt es bereits seit Jahrzehnten, allerdings eignete sich das Verfahren in der Vergangenheit aufgrund der Kabel, die um das Rohr gewickelt werden mussten, nicht gut für Rollenschweißanwendungen. Eine neue, exklusiv von Miller® angebotene rollende Induktionstechnologie verfügt jedoch über einen Induktor, der auf dem Rohr sitzt und die Drehung des Rohrs nicht behindert. Der Induktor wird auf einem herkömmlichen Rohrgestell betrieben und ist mit einer ProHeat™ 35-Schweißstromquelle verbunden.
Wie bei der herkömmlichen Induktionserwärmung nutzt die neue Technologie für rollgeschweißte Anwendungen eine berührungslose Methode zur schnellen Erwärmung leitfähiger Metalle durch Induktion von Strom in das Teil. Bei der Induktion wird die Wärme nicht durch ein Heizelement oder eine Flamme übertragen. Stattdessen fließt ein Wechselstrom durch das Gerät und erzeugt ein Magnetfeld um es herum. Wenn das Magnetfeld das leitende Werkstück durchdringt, entstehen im Inneren des Teils Wirbelströme. Der Widerstand des Metalls wirkt dem Wirbelstromfluss entgegen und erzeugt so Wärme im Werkstück. Das Teil wird zu seinem eigenen Heizelement, das sich von innen heraus erwärmt, was die Induktion sehr effizient macht, da dabei nur wenig Wärme verloren geht.
Wie bei der herkömmlichen Induktionserwärmung nutzt die neue Technologie für rollgeschweißte Anwendungen eine berührungslose Methode zur schnellen Erwärmung leitfähiger Metalle durch Induktion von Strom in das Teil. Bei der Induktion wird die Wärme nicht durch ein Heizelement oder eine Flamme übertragen. Stattdessen fließt ein Wechselstrom durch das Gerät und erzeugt ein Magnetfeld um es herum. Wenn das Magnetfeld das leitende Werkstück durchdringt, entstehen im Inneren des Teils Wirbelströme. Der Widerstand des Metalls wirkt dem Wirbelstromfluss entgegen und erzeugt so Wärme im Werkstück. Das Teil wird zu seinem eigenen Heizelement, das sich von innen heraus erwärmt, was die Induktion sehr effizient macht, da dabei nur wenig Wärme verloren geht.
Die Technologie trägt dazu bei, viele der Sicherheits-, Effizienz- und Qualitätsprobleme zu lösen, die mit einigen anderen gängigen Methoden zum Vorwärmen von Rohren verbunden sind.
Viele Fertigungsbetriebe verwenden die offene Flamme eines Schweißbrenners, weil dies eine einfache Methode ist und auch schnell und einfach eingerichtet werden kann. Zudem verfügen viele dieser Betriebe bereits über einen Schweißbrenner, weshalb die Schweißer sich mit den Geräten auskennen und die Anfangsinvestitionskosten geringer sind.
Dennoch kann das Vorwärmen mit der offenen Flamme verglichen mit der rollenden
Iinduktionserwärmung eine eher ineffiziente Methode darstellen, weil dabei ein Großteil der Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird, und es aufgrund des Einsatzes von Verbrauchsmaterial auf Dauer teurer wird. Dazu kommen Sicherheitsrisiken und die Entwicklung von Rauchgasen. Insbesondere besteht bei dieser Methode ein erhöhtes Verbrennungspotenzial; sie erfordert die Lagerung explosiver Gase, in der Regel Propan oder Propylen, und die Arbeiter sind ständig Kohlenmonoxidgasen ausgesetzt. Ein weiteres Problem ist die ungleichmäßige Erwärmung, da der Bereich direkt unter der Flamme heißer wird als der Rest des Teils.
Die Widerstandserwärmung, bei der Keramik-Heizkissen um das Teil gewickelt werden, ist eine elektrische Form der Vorwärmung, die einige Fertigungsbetriebe nutzen. Die für die Widerstandserwärmung verwendeten Keramik-Heizkissen erwärmen sich häufig bis auf über 1000 °C, was bedeutet, dass sie vor der Entfernung abkühlen müssen, um eine Verbrennungsgefahr zu vermeiden. Dieses erforderliche Abkühlen, zusammen mit dem längeren Aufbauprozess, verlängert die Vorwärmphase. Zudem sorgen die für die Widerstandserwärmung benötigten Kabel und Drähte dafür, dass diese Methode ungeeigneter ist für rollgeschweißte Anwendungen.
Widerstandserwärmung wird in der Regel auf Vertragsbasis geleistet, d. h. die Verarbeitungsbetriebe bezahlen die Heizfirmen für die Bereitstellung der Ausrüstung und der Mitarbeiter, die die Arbeit ausführen. Dieser Vertrag bedeutet für die Werkstatt keine Kosten für die Instandhaltung der Ausrüstung, kann aber auf lange Sicht zusätzliche Zeit und Kosten verursachen, wenn jedes Mal ein externer Auftragnehmer mit der Arbeit betraut wird. Die Aufbau- und Abkühlungsprozesse, die bei der Widerstandserwärmung zum Einsatz kommen, bedeuten auch, dass der Auftragnehmer während des Wartens auf das nächste Teil nicht arbeitet, was zu zusätzlichen Kosten führen kann.
Produktivität und einfache Anwendung
Die rollende Induktionstechnologie ist so konzipiert, dass sie genauso einfach und zeitsparend zu handhaben ist wie das Erwärmen mit offener Flamme. Außerdem lässt sie sich leicht bewegen oder neu positionieren. Der Gelenkarm und der Rollinduktor werden auf einem herkömmlichen Rohrgestell montiert, so dass der Schweißer den Induktionskopf auf dem Rohr ausrichten kann. Die Schweißstromquelle erkennt das angeschlossene Gerät, so dass der Benutzer lediglich die maximale Leistung und Zeit einstellen muss. Verglichen mit anderen elektrischen Vorwärmsystemen ist die Aufbauzeit deutlich kürzer.
Die Induktionserwärmung kann das Werkstück schnell auf Temperatur bringen und die Maschine auf einer konstanten Leistung halten, was sie zu einer guten Option für das Einhalten gleichmäßiger Temperaturen macht. Diese Geschwindigkeit und Konsistenz macht dies zu einer effizienten Erwärmungsmethode für Schweißer.
Sicherheitsvergleiche
Nachteile der offenen Flamme und der Widerstandserwärmung sind Sicherheitsbedenken und die Gefahr von Verbrennungen. Die Induktion besitzt kein Element, über das die Wärme übertragen wird, da diese im Inneren des Werkstücks produziert wird. Das verringert das Verbrennungsrisiko und schafft eine sicherere Umgebung für den Schweißer. Bei der Induktionserwärmung (und bei der Widerstandserwärmung) entfällt auch die Notwendigkeit, explosive Gase zu lagern, wodurch diese potenziellen Gefahren beseitigt werden.
Auch die Ermüdung und der Komfort der Arbeiter spielen eine Rolle. Bei offener Flamme erwärmt der Schweißbrenner die Luft in der Umgebung, während bei der Induktionserwärmung nur das Werkstück Wärme erzeugt. Dieser Faktor trägt zu einer angenehmeren Umgebung bei und kann die Ermüdung des Bedieners verringern.
Die Entwicklung von Dämpfen, Rauch und Lärm, die bei der Erwärmung mit offener Flamme entstehen, tragen ebenfalls zu einer weniger angenehmen Schweißumgebung bei. Bei der Verwendung der Induktionserwärmung (wie auch bei der Widerstandserwärmung) ist das Potenzial für diese Probleme geringer.
Gleichmäßige Erwärmung
Die Aufrechterhaltung konstanter Temperaturen ist besonders wichtig, vor allem beim Schweißen der heutigen hochfesten Stähle. Die Erwärmung mit offener Flamme erfordert jedoch eine ständige manuelle Überprüfung der Temperatur, und die Wärme kann innerhalb des Teils variieren. Bei der Widerstandserwärmung können die verwendeten Keramik-Heizkissen einzeln ausbrennen, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung führt.
Die Rollinduktionstechnologie bietet eine gleichmäßige Wärmeabgabe während sich das Rohr dreht, und sorgt so für eine gleichmäßigere Erwärmung des gesamten Werkstücks, wodurch heiße und kalte Stellen reduziert werden. Die Technologie bietet eine maximale Vorwärmtemperatur von 315 ℃ bei gerollten Anwendungen und kann Rohre mit einem Durchmesser von 20 cm und mehr vorwärmen. Zur Erwärmung größerer Durchmesser können mehrere Systeme eingesetzt werden.
Kostenüberlegungen
Da die Widerstandserwärmung oft auf vertraglicher Basis ausgeführt wird, können die Kosten für Fertigungsbetriebe höher ausfallen. Das Erhitzen mit offener Flamme hat zwar geringere Anschaffungskosten, ist aber auf lange Sicht teurer, da Verbrauchsmaterialien benötigt werden und die Kosten aufgrund von Sicherheitsaspekten höher sein können. Das Verfahren mit offener Flamme erfordert außerdem zusätzliches Personal, das während des Erhitzungsprozesses Feuerwache hält, was zu den Gesamtkosten beiträgt und die Produktivität beeinträchtigt.
Die Anfangsinvestition in die rollende Induktionserwärmung ist höher, aber die Rentabilität der Investition steigt im Laufe der Lebensdauer der Anlage. Es handelt sich um eine effizientere Technologie, die daher im Betrieb pro Stunde weniger kostet. Sie kann sich auch durch eine höhere Produktivität und die gebotenen Sicherheitsvorteile auszahlen.
Die rollende Induktion ist zwar ausschließlich für den Vorwärmprozess geeignet, aber die Stromquelle, an die sie angeschlossen wird, ist mit anderem Zubehör und anderen Werkzeugen kompatibel. Das bedeutet, dass die Anlage auch für andere Funktionen verwendet werden kann – einschließlich des Ausheizens von Wasserstoff, dem Aufschrumpfen und der Wärmebehandlung nach dem Schweißen – was die Vielseitigkeit und den Wert der Investition erhöht.
Zusammenfassung
Es ist wichtig, die mit den verschiedenen Vorwärmmethoden verbundenen Sicherheits-, Qualitäts- und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Da bei immer mehr Aufträgen eine elektrische Vorwärmung erforderlich ist, kann die Möglichkeit der Induktionserwärmung beim Schweißen von gerollten Rohren die Produktivität, Qualität und Sicherheit verbessern und den Fertigungsbetrieben eine praktikable Alternative bieten.
