Bild 1. Erwärmung einer Stahlplatte aus Feinkornstahl S690 mit einem Erdgas-Druckluft-Brenner bei einem Erdgasdruck von 0,1 bar

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2 Das Vorwärmen vor dem Schweißen gewinnt durch den vermehrten Einsatz hochfester Stähle, gerade im Offshorebereich, immer mehr an Bedeutung. Die Verwendung hochwertiger Stähle macht modernste Produktionsverfahren erforderlich. Bei der Verarbeitung dieser Werkstoffe sind drei Problembereiche besonders zu beachten, nämlich Kaltrissempfindlichkeit, Zähigkeit in der Wärmeeinflusszone und die Streckgrenzen im Schweißgut. Durch die konsequente Einhaltung der Empfehlung der SEW 088 zum Vorwärmen und der Verwendung wasserstoffarmer Schweißzusätze, wird der Kaltrissempfindlichkeit begegnet. Dazu zählt auch, dass das Verbrennungsprodukt Wasserdampf, wie es bei allen Brenngasen vorkommt, aus dem Anwärmbrenner keine Reaktion mit dem Schweißgut eingehen kann. D.h. der Schweißer muss darauf achten, dass im Bereich der Nahtvorbereitung keine kalten Stellen zur Bildung von Kondensat führen können. Dieses wird aber durch eine ordnungsgemäße Durchwärmung des Werkstückes verhindert. Um wasserstoffinduzierte Spannungsrisse zu vermeiden, werden Schweiß- und Zusammenbaufolgepläne festgelegt. Hier muss darauf geachtet werden, dass das Wasserstoffarmglühen von hochfesten Stählen direkt nach dem Schweißen aus der Schweißwärme oder schon während des Schweißens erfolgt. Dieses Glühen kann z.bsp. mittels Anwärmbrenner bei etwa 250 bis 290 C erfolgen. Als Faustregel für die Glühdauer gilt allgemein pro 25mm Werkstückdicke eine Stunde. Die Härte in der Wärmeeinflusszone und die Zähigkeit werden ja bekanntlich durch die Streckenenergie und die chemische Zusammensetzung des Grundwerkstoffes (CET-Wert) beeinflusst. Hier sind die Empfehlungen der Stahlhersteller und die Angaben der DVS-Merkblätter über die Wärmeführung zum Erzielen einer ausreichenden Zähigkeit bei zulässigen Härtewerten zu beachten. Aber nicht nur beim eigentlichen Schweißprozess ist ein Vorwärmen erforderlich. Auch beim Heften ist in vielen Fällen ein Vorwärmen zu empfehlen, dabei sollte die Temperatur ca. 30 bis 50 C höher sein als die Vorwärmtemperatur beim Schweißvorgang.

3 Hieraus ist schon ersichtlich, dass die Vorbereitungen zum Schweißen eine komplexe Angelegenheit sind. Grundvoraussetzung für eine ordnungsgemäße Schweißnaht ist eine vollständige Aufschmelzung des Grundwerkstoffes. Was bei kalten, großflächigen und dicken Blechen ohne Vorwärmung nicht gewährleistet ist. Wie bereits erwähnt dient die Vorwärmung unteranderem zur Vermeidung von Kaltrissen, die durch Einwirkung von Feuchtigkeit z.bsp. in Schweißzusätzen entstehen können. Aber auch Spannungen im Bauteil können zu Kaltrissen führen. Diese Spannungen können durch falsche Vorwärmung noch verstärkt werden. Durch eine sogenannte Expressaufwärmung, wie sie bei Verwendung von Acetylen als Brenngas durchaus entstehen kann, können diese Spannungen noch verstärkt werden. Ein zusätzliches Problem stellt die Einstellung der Autogenflamme dar. Meistens wird keine neutrale Autogenflamme eingestellt. Das führt gerade bei Brenner mit Acetylen-Druckluft-Flamme oder Acetylen-Sauerstoff-Flamme zur Anschmelzungen am Grundwerkstoff. Dieser Brenngasüberschuss birgt die Gefahr, dass Wasserstoff in die Werkstückoberfläche gelangt. Die angebotene Energiemenge muss auf den Anwendungsfall abgestimmt sein, d.h. das Wärmeangebot muss stimmen. Eine gleichmäßige und schnelle Wärmeübertragung wird durch die optimale Anströmung der Flammen auf der Werkstückoberfläche, Auswahl der Brennerart, des Brennerabstandes und der Brennereinstellung erreicht. Die heutigen Erdgas-Saugluft-Brenner, Erdgas-Druckluft-Brenner und Erdgas-Sauerstoff-Brenner zeichnen sich durch eine genaue Einstellbarkeit des Mischungsverhältnisses und gute Regulierbarkeit aus. Damit ist eine optimale Ausnutzung der Brenngasenergie gewährleistet, die durch die hohe Qualität des von den Erdgaswerken bereitgestellten Gas noch unterstützt wird. Die Erdgasflamme hat sich in vielen Industriezweigen als Werkzeug bewährt und wird zunehmend eingesetzt. Von der Herstellung komplexer Bauteile durch Brennschneiden bis zur Erwärmung großer, dickwandiger Bauteile reichen die Einsatzmöglichkeiten des Erdgases. Dabei lassen sich sowohl grobe Trennschnitte als auch hochgenaue Trenn- und Formschnitte mit Erdgas durch teilweise oder vollständig automatisierte Fertigungsschritte herstellen.

4 Neben dieser Vielseitigkeit zählen insbesondere die hohe Verfügbarkeit, eine flexible Anlagentechnik, sicheres Handling und niedrige Kosten (vor allem gegenüber Acetylen und Strom) zu den wichtigsten Vorteilen. Hinzu kommt, dass Erdgas in vielen Betrieben ohnehin vorhanden ist und so bei ausreichendem Druck vergleichsweise einfach genutzt werden kann. Darüber hinaus entfällt der Aufwand, der mit Beschaffung und Lagerung anderer Brenngase wie z.bsp. Acetylen oder Flüssiggas in Flaschen, Bündeln oder Tanks verbunden ist. Die Belastung der Umwelt ist heute auch eine immer größer werdende Problematik und kann nicht mehr außer acht gelassen werden. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase sind gegenüber der Verbrennung von Acetylen wesentlich umweltfreundlicher und schwefelfrei. Die Unternehmen können hier also auch aktiv beim Umweltschutz tätig werden und die Emissionen bewusst beeinflussen. Die heutigen unterschiedlichen industriellen Fertigungsprozesse erfordern ebenso unterschiedliche Temperaturbereiche. Mit der Erdgas-Luft- bzw. Erdgas-Sauerstoff-Flamme lassen sich genau abgegrenzte Bereiche gezielt auf Temperaturen bis zu C erwärmen. Vom Ablauf der Erwärmung sowie der Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit der Gase hängt es ab, welche Brenner und welches Brenngasgemisch zum Einsatz kommt. Werden mehrere Verfahren der Autogentechnik gleichzeitig angewendet, so können diese nacheinander oder parallel zum Einsatz kommen. Die zunehmende Mechanisierung und Automatisierung von Fertigungsprozessen, macht auch bei den Vorwärmprozessen nicht Halt. Dabei reichen die Mechanisierungsmöglichkeiten vom maschinell geführten Erdgasbrenner mit einfachen Gasregelventilen, bis hin zum vollautomatischen Brennerbetrieb mit Bauteiltemperaturerfassung, der z.bsp. über die SPS-Steuerung in die Gesamtanlage eines Schweißautomaten integriert werden kann. Die Höhe des Automatisierungsgrades ist nur eine Frage der kostengünstigsten Gestaltung des Produktionsprozesses der Anwender. Hierbei stehen wir Ihnen gerne zur Seite. Abgestimmte Brenner, unabhängig davon ob sie hand- oder maschinell geführt sind, erleichtern die Arbeit und erweitern die Fertigungsmöglichkeiten. Bei sorgfältigem und gewissenhaftem Arbeiten ist das Vorwärmen mit der Flamme eine sehr schnelle und wirtschaftliche Methode, die Vorwärmtemperatur im Schweißbereich zu erreichen.

5 Bild 1. Erwärmung einer Stahlplatte aus Feinkornstahl S690 mit einem Erdgas-Druckluft-Brenner bei einem Erdgasdruck von 0,1 bar Dauer Materialgüte Materialdicke Ausgangstemperatur Endtemperatur S mm 17,6 C 5min 45 C 7min 80 C 10min 110 C 15min 150 C Tabelle 1. Dauer der Durchwärmung einer Stahlplatte t=50mm

6 Bild 2. Einsatz eines Erdgas-Saugluft-Ringbrenner für Rohre bis 7000mm Durchmesser Bild 3. Erdgas-Sauerstoff-Brenner Bild 4. Erdgas-Saugluft-Ringbrenner als Lanzenbrenner im Einsatz