Abschirmungsverfahren und Überwachung des Sauerstoffgehalts

Die Wahl der Schutzgasmethode hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Beim Rohrschweißen ist die einfachste Methode die Ballon- oder Schweißbadbegrenzung. Bei linearen Schweißnähten kommt die Fugenbegrenzung zum Einsatz. Bei komplexeren Konfigurationen empfiehlt sich der Einsatz eines Nachlaufbrenners – eines vielseitigen und einfach einzurichtenden Werkzeugs –, vorausgesetzt, der Schweißer kann direkt eingreifen.

Mit welchen Techniken und Hilfsmitteln lässt sich
der verbleibende Sauerstoffgehalt in einem Röhrchen messen?

Ein Sauerstoffmessgerät ist ein Gerät, das den Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft misst. Dieser Wert, also die verbleibende Sauerstoffmenge, wird in Prozent angegeben. Dies kann beispielsweise beim Abstieg in einen Abwasserkanal nützlich sein, da dort Gase entweichen. Da Kohlenstoff schwerer ist als Sauerstoff, ist es unerlässlich, den Sauerstoffgehalt während des Abstiegs zu überprüfen, um Gefahrenzonen zu vermeiden.

Beim Schweißen ist es entscheidend, den Restsauerstoffgehalt in der Luft jederzeit messen zu können, der 0,0001 % nicht überschreiten darf. Wird ein Messgerät verwendet, das Werte zwischen 0 und 20 % anzeigt, kann der Schweißer nicht erkennen, ob der für das Schweißen zulässige Grenzwert erreicht ist. Es liegt auf der Hand, dass ein solches Gerät für Schweißarbeiten völlig ungeeignet ist und dass der Einsatz eines PPM-Messgeräts (parts per million) sinnvoller ist. Dieses Gerät bietet eine wesentlich höhere Genauigkeit, da es bis zur vierten Stelle hinter dem Komma misst.

Bei welchem Sauerstoffgehalt sollte mit dem Schweißen begonnen werden?

Wurzelporosität tritt auf bei einem Sauerstoffgehalt von 500 bis 800 ppm. Der verfärbte Bereich ist mehr als gefährlich – in diesem Stadium gehen wir davon aus, dass die Schweißnaht kaum inert war. 800 ppm entsprechen 0,08 % Sauerstoff, ein Wert, der mit einem handelsüblichen Sauerstoffmessgerät nicht nachweisbar ist.

Der Schwellenwert, d. h. der zulässige Prozentsatz, bei dem der Schweißvorgang ausgelöst wird, kann präzise an die Anforderungen der Spezifikation angepasst werden. In sensiblen Branchen wie der Pharmaindustrie erfolgt das Schweißen bei Sauerstoffkonzentrationen unter 100 ppm, was zu einer sehr sauberen Schweißnaht führt. In Umgebungen mit strengsten Anforderungen liegen die zulässigen Werte manchmal bei nur 20 ppm. Die Stromversorgungen von AXXAIR bieten dem Anwender eine Tabelle, aus der die verschiedenen Farben je nach Sauerstoffkonzentration in ppm hervorgehen.

Wie viel kostet ein PPM-Lesegerät?

Es versteht sich von selbst, dass man bei der Anschaffung eines solchen Geräts nicht am falschen Ende sparen sollte. Einfache Sauerstoffmessgeräte sind bereits ab 100 Euro erhältlich, während ein PPM-Messgerät zwischen 700 und 3000 Euro kostet. Es liegt jedoch auf der Hand, dass diese beiden Produkte nicht miteinander verglichen werden können.

Dieses äußerst präzise Werkzeug ist bei Schweißarbeiten, die höchsten Ansprüchen genügen müssen, unverzichtbar. Bei einfacheren Anwendungen, bei denen die Inertisierung keine so entscheidende Rolle spielt, kann natürlich auch darauf verzichtet werden. Aus diesem Grund bietet AXXAIR diese Ausrüstung als optionales Zubehör für die gesamte Palette seiner Orbitalschweißstromquellen an.

So wählen Sie das richtige Schutzgas aus

Gase werden nach ihrer Reinheit klassifiziert, die durch eine zweistellige Kennzeichnung angegeben wird: 4,6, 5,2, 6,0 usw. Die erste Ziffer entspricht der Anzahl der „9en“, und die zweite Ziffer gibt die erste Ziffer nach den „9en“ an. Die Reinheit eines Gases mit der Bezeichnung 4,8 entspricht also einem Gas, dessen vierte Ziffer eine 8 ist. Wenn der Anwender 100 % Argon kauft, besteht das Gas zu 99,998 % aus Argon.

Folglich entsprechen die restlichen 0,002 % den 20 ppm der Umgebungsluft, die zu etwa 20 % aus Sauerstoff und zu den übrigen Teilen aus den anderen Gasen der Atmosphäre besteht. Die Wahl des Gases und dessen Reinheit müssen den Kundenanforderungen entsprechen.

Aber vergessen wir nicht die anderen Parameter, die eine entscheidende Rolle spielen:

  • Die Qualität der an die Gasflaschen angeschlossenen Schläuche
  • Die Sauberkeit der zu verschweißenden Rohre, da Verunreinigungen bei hohen Temperaturen Gase freisetzen können
  • Die Qualität der Inertisierung mittels Flanschen oder nicht hermetischen Ballons
  • Ausreichender Durchfluss, ausreichender Gasaustritt
  • Die Dichte des Gases
  • Die Anordnung des Gasein- und -auslasses

Schon die geringste Abweichung in dieser gesamten Kette führt zu einem Schweißfehler.

Wann sollte der Sauerstoffgehalt gemessen werden?

Die Antwort ist so einfach und eindeutig wie nur möglich:vor, während und nach dem Schweißen. Selbstverständlich sollte der Lichtbogen erst gezündet werden, nachdem die Qualität der Inertisierung überprüft wurde. Der Sauerstoffgehalt muss während des gesamten Schweißvorgangs überwacht werden (denken Sie an das Risiko einer schlechten Gasdiffusion oder von Luftströmungen!). Es liegt auf der Hand, dass das Ergebnis beeinträchtigt wird, wenn die Inertisierung unmittelbar nach Fertigstellung der Schweißnaht beendet wird, da die Gesamttemperatur des Werkstücks nicht sofort absinkt.

Bei einem Rohr aus Edelstahl beispielsweise muss man warten, bis das Werkstück auf unter 150 bis 200 Grad Celsius abgekühlt ist, um Verfärbungen nach dem Schweißen zu vermeiden.

Welche Kontrollmöglichkeiten gibt es?

Das wichtigste Kontrollinstrument bleibt stets der gesunde Menschenverstand. Verwenden Sie einheitliche Parameter. Bei Standardrohrleitungen mit Durchmessern zwischen 1″ und 6″ erfolgt die Spülung mit einer Durchflussmenge von 5 bis 10 Litern pro Minute. Der Gasauslass muss richtig dimensioniert sein, damit der Druck im Rohr nicht ansteigt. Auch hier gilt eine einfache Faustregel: Eine Öffnung mit einem Durchmesser von 5 mm liefert 5 Liter pro Minute.

Zu den Kontrollmaßnahmen zählen also eine angepasste Durchflussrate, die richtige Dimensionierung des Gasauslasses und vor allem: eine gute Portion Geduld. Viele Schweißer zünden den Lichtbogen zu schnell, bevor sie sich vergewissert haben, dass die Inertisierung ordnungsgemäß durchgeführt wurde, um die Produktivität zu steigern. Und dafür gibt es einen Grund: Wenn die ideale Inertisierungszeit beispielsweise auf 3 Minuten berechnet wird und der Schweißer bereits nach 20 Sekunden mit dem Schweißen beginnt, macht dies sicherlich einen Unterschied bei der Tagesproduktion. Doch diese Zeitersparnis hat am Ende des Produktionsprozesses ihren Preis: Ist der Sauerstoffgehalt zu hoch, leidet die Qualität der Schweißnaht, und das Rohr läuft Gefahr, zum Ausschuss zu werden. Aus diesem Grund empfiehlt AXXAIR nachdrücklich den Einsatz eines PPM-Messgeräts, wobei jedoch auch hier die endgültigen Anforderungen berücksichtigt werden müssen.

Was ist zu tun, wenn ein Edelstahlrohr
eine goldene oder blaue Verfärbung aufweist?

Sollte trotz all dieser Vorsichtsmaßnahmen eine goldene oder blaue Verfärbung auf dem Edelstahl sichtbar sein, ist dies für den Schweißer ein Hinweis darauf, dass die Chromschicht der Oberfläche zerstört wurde. In diesem Fall ist es immer möglich, eine Oberflächenbehandlung durch Passivierung durchzuführen, die mechanisch mit geeigneten Werkzeugen erfolgen kann. Dabei wird das Metall freigelegt und die gesamte Chromschicht großflächig entfernt. Diese Schutzschicht bildet sich innerhalb weniger Stunden wieder neu. Die Passivierung kann auch chemisch oder durch Elektrolyse erfolgen. Tatsächlich sind auf dem Markt zahlreiche Lösungen für dieses Problem erhältlich.

Verfolgung der Inertisierung

Die Schweißverfahrensanweisung (WPS) enthält alle erforderlichen Angaben zu den Inertisierungsparametern. In der Regel werden die Inertisierungsmengen und -zeiten während des gesamten Prozesses manuell erfasst. Im Idealfall übernimmt nicht der Schweißer selbst diese Erfassung, sondern eine dritte Person.

Vielen Dank an den PPM-Messgerät von AXXAIRgehört diese mühsame Arbeit nun der Vergangenheit an. Das Lesegerät ist an einen Computer angeschlossen, der die Schwankungen des Sauerstoffgehalts während des Schweißvorgangs in Echtzeit aufzeichnet. Darüber hinaus ist das AXXAIR-Netzteil mit einem elektronischen Durchflussmesser ausgestattet, der den Gasdurchfluss misst, sodass genau die richtige Gasmenge verwendet werden kann, um entweder unnötigen Mehrverbrauch zu vermeiden oder den Durchfluss zu erhöhen, um eine perfekte Inertisierung zu erreichen.

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