Böhler - Wirtschaftlicher Einsatz unlegierter rutiler Fülldrähte für dickwandige Bauteile
Die hohe Wirtschaftlichkeit von Fülldrähten generell, hat in den letzten Jahren weltweit zu einer enormen Zunahme dieses Zusatzwerkstofftyps geführt. Aus der jahrzehntelangen Erfahrung mit rutilen Stabelektroden, wird auch heute noch abgeleitet, dass sich rutile Fülldrähte nicht für dickwandige Bauteile eignen.
Fertiger Reaktor von SBN
Fertiger Reaktor von SBN
Die Firma SBN in Ternitz produziert Druckbehälter für die Harnstofferzeugung (sieh Bild 1). Dabei wird das Material mit Drücken oft bis 250 bar bei 200 °C belastet. Daraus ergeben sich Wandstärken bis 200 mm und darüber, das Gewicht der Behälter liegt zwischen 200 und 390 t – ein ideales Einsatzgebiet für das Unterpulverschweißen mit Drahtelektroden. Bedingt durch die Forderung nach immer höherer Tagesleistung und immer größeren Dimensionen ergab es sich, dass die den Behälter schließenden Halbkugeln nicht mehr aus einem Stück gefertigt, sondern aus vier Segmenten
zusammengesetzt werden (sieh Bild 2). Der Hersteller der Segmente konnte diese nur geheftet liefern somit, lag das Schweißproblem bei SBN. Aufgrund alter Gewohnheit und positiver Erfahrung wurde die Kombination Lichtbogenhandschweißen und die Unterpulverschweißung mit Drahtelektrode eingesetzt.
Vorbereitungen
Die Schweißkantenvorbereitung erfolgte in Form einer Doppel-V-Naht (X-Naht) bzw. einer unsymmetrischen DV-Naht nach EN 29692. Der innere Teil der X-Naht wurde wegen der beschränkten Zugänglichkeit bis dato mit der Lichtbogenhandschweißung ausgeführt.
Der vorhandene 50 to Dreh-Schwenktisch wurde auf eine stufenlos steuerbare Dreh-/Schwenkanlage umgerüstet, um bei der äußeren Naht die Unterpulverschweißung mit Drahtelektrode zu ermöglichen.
Zielsetzungen
Zur weiteren Produktivitätssteigerung sollte eine kostengünstige Alternative zur Lichtbogenhandscheißung gefunden werden. Die Idee war das leistungsfähige Metall-Aktivgasschweißen (MAG) mit Fülldraht einzusetzen. Nachdem SBN noch wenig Erfahrung mit Fülldrähten hatte, wurde mit Böhler Schweißtechnik ein Schulungs- bzw. Versuchsprogramm ausgearbeitet. Es musste einerseits das SBN-Schweißpersonal auf die Handhabung der Fülldrahtschweißung eingeschult und andererseits der Nachweis der Eignung rutiler Fülldrähte für dickwandige Konstruktionen erbracht werden. Damit sollte eine Alternative für den Lichtbogenhandschweißprozess gefunden und auch der Engpass an Drehtisch- und UP-Maschinenkapazität beseitigt werden.
Schweißen der Prüfstücke
Mit einer mehrtägigen, praktischen Schweißunterweisung und der Schweißung der geforderten Prüfstücke zur Erlangung der Arbeits- und Verfahrensprüfung (unter Beisein des Techn. Überwachungsvereins), wurde die Basis für eine vollständig neustrukturierte Fertigung gelegt.
Die Prüfstücke, aus Werkstoff ASTM SA 516 Gr. 70, Wanddicke 110 mm, wurden in der Steigposition PF, komplett mit der Rutil-Fülldrahtelektrode BÖHLER Ti 52-FD Ø 1,2 mm geschweißt. Daneben wurde auch die Kombinationsmethode UP/FD überprüft. Die angeführten Ergebnisse beziehen sich ausschließlich auf die mit Fülldrähten geschweißten Verbindungen.
Resumee
Zur Steigerung der Fertigungsdurchlaufzeiten von Druckbehältern für die Harnstofferzeugung, wurde von SBN in Zusammenarbeit mit der BÖHLER SCHWEISSTECHNIK AUSTRIA GmbH umfangreiche Untersuchungen mit Rutil-Fülldrahtelektroden für dickwandige Bauteile durchgeführt. Die positiven Ergebnisse führten zu einer teilweisen Änderung der Fertigung bei SBN.
Heute setzt man das wirtschaftliche und wesentlich kostengünstigere Fülldrahtverfahren anstelle der Lichtbogenhandschweißung, auch bei dickwandigen Bauteilen ein. Eine zusätzliche Alternative hat sich dadurch auch gegenüber der UP-Schweißung ergeben, vor allem ist das Fülldrahtverfahren nicht an die Schweißposition PA gebunden und eröffnet damit weitere Einsatzmöglichkeiten. Das bewirkt, dass SBN auch bei Nichtverfügbarkeit der UP Anlage oder der Manipulatoren, jederzeit ein kostengünstiges Verfahren zur Fertigung ihrer Bauteile einsetzen kann. Diese Untersuchungen zeigten, dass man dickwandige Bauteile mit Rutil-Fülldrahtelektroden schweißen kann.
Prüfergebnisse
Die Schweißung der Wurzellage sowie der ersten beiden Fülllagen erfolgte manuell mit dem Fülldraht BÖHLER Ti 52-FD, rd. 1,2 mm, Schutzgas SOL Car 18 ( M21 nach EN 499 ) für die weiteren Lagen kam bei gleichem Zusatzwerkstoff ein Halbautomat (Schweißtraktor) zum Einsatz, der es ermöglichte sowohl Brennerabstand, Pendelbreite (max. 30 mm) einzustellen als auch die Schweißgeschwindigkeit konstant zu halten. (siehe Bild 3 und 4)
Alle Erprobungen erfolgten nach einer Wärmebehandlung von 6 Stunden bei 550°C.
1.) Zugversuch mittels Flachzugprobe quer zur Schweißnaht im Wurzel- und Decklagenbereich:
Anforderung der Zugfestigkeit (Rm): 485 – 620 N/mm2
Prüfwerte: Rm = 532 – 545 N/ mm2 , wobei der Bruch jedes mal im Grundwerkstoff lag.
(siehe Bild 5 und 6)
2.) Anforderung der Biegeproben 2a (20mm)/180°:
Die 4 Seitenbiegeproben waren ohne Fehler. (siehe Bild 7 und 8)
3.) Anforderung der Kerbarbeit bei 0°C => 27J.
Die Kerbschlagproben (ISO-V) brachten im Schweißgut Werte zw. 77 und 120 J bei 0°C, in der Wärmeeinflusszone Werte zw. 176 und 218 J bei 0°C.
4.) Anforderung der Härte: GWST WEZ SG = < 300 HV 10
Die Härtewerte lagen bei max. 166 HV 10 im Grundmaterial, bei
max. 236 HV 10 in der Wärmeeinflusszone und bei max. 248 HV 10 im Schweißgut
5.) Weitere Untersuchungen:
Makro- und Mikrountersuchungen erfüllten alle Anforderungen (siehe Bild 8). Röntgen- und Magnetpulverprüfungen erfolgten vor und nach der Wärmebehandlung (550°C und 300 Minuten Haltezeit) und waren ohne Beanstandung.
Special Blechexpo/Schweisstec 2011
Das praxisnahe Messeduo BLECHEXPO und SCHWEISSTEC findet seit dem Jahr 2007 in der neuen Landesmesse Stuttgart statt. Die internationale Fachmesse BLECHEXPO konnte sich innerhalb kürzester Frist in Europa eine führende Position erarbeiten und steht heute in der Weltrangliste der Fachmessen für Blechbearbeitung auf Rang 2.
mehr lesen >>
Häufig besuchte Firmenprofile
Newsletter abonnieren
