Sonderschweißanlage mit hohem Output für Kraftwerkskomponenten

Flossen aus X10CrAlSi7

Wenn die letzte Einheit des südafrikanischen Kraftwerks Medupi im Januar 2015 in Betrieb geht, wird diese gigantische Anlage das größte Kohlekraftwerk Afrikas sein. Geplante Kapazität: 4.800 MW. Bis dahin hat Steinmüller Afrika, ein Unternehmen der deutschen Bilfinger Berger Power Services, in seinem Werk in Pretoria West allerdings noch viel zu tun. Denn dort werden zwölf gigantische, rund 100 Meter hohe Kessel mit Durchmessern von 20 bis 30 Metern sowie eine Vielzahl weiterer Bauteile gefertigt, darunter Tragrohre mit rund 100.000 sogenannter Flossen pro Kessel. Für den Kraftwerksspezialisten mit seinen knapp 500 Beschäftigten am Standort Pretoria heißt das, mehr als eine Million Flossen ¿ so heißen die Tragbleche für die Heizflächen im Inneren der Kessel ¿ mit ihren Tragrohren zu verschweißen. Diesen Bauteilen kommt im späteren Kraftwerksbetrieb eine Schlüsselrolle zu, sind sie doch für den sicheren Halt aller Heizelemente verantwortlich, die sich im Inneren eines Dampferzeugers befinden. Um den in diesem Bereich vorherrschenden Temperaturen standhalten zu können, sind die Halterungen als Rohre mit angeschweißten Flossen ausgeführt. Damit wird zum Einen eine Kühlung sichergestellt und zum Anderen eine zu starke Verzunderung vermieden. Für rund 80 Prozent aller Schweißungen ist eine Sonderanlage der Carl Cloos Schweißtechnik aus Haiger verantwortlich. Das derzeitige Auftragsvolumen wird voraussichtlich im Jahr 2013 abgeschlossen sein. Im Vergleich zum manuellen Schweißen hat das automatisierte Schweißen entscheidende Vorteile. Thomas Barthel, Welding Manager bei Steinmüller Afrika: "Ohne Ausrichten der Bauteile erreicht die mit zwei gleichzeitig arbeitenden Schweißbrennern und zwei Schweißstromquellen ausgestattete Cloos-Anlage eine gleichbleibend hohe Schweißqualität, eine sehr gute Wiederholgenauigkeit und ¿ für uns der entscheidende Grund zur Anschaffung und Optimierung der Anlage ¿ sensationell kurze Schweißzeiten." Gegenüber der manuellen Fertigung ist die Sonderschweißanlage je nach Anzahl der angeschweißten Flossen bis zu 15 Mal schneller als die routiniertesten Schweißer.

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So funktioniert das automatische Schweißen

Zwei Schweißbrenner übernehmen das Anschweißen einer Flosse an das Tragrohr.

Die Bedienung der Anlage ist denkbar einfach. Der Werker legt ein Tragrohr ein und startet die Anlage. Die zu verschweißenden Flossen werden aus einem Magazin zugeführt und über eine Pick & Place-Einheit exakt positioniert. Die beiden Schweißbrenner fahren vor und der Schweißprozess beginnt. Heftvorgänge sind dabei nicht erforderlich. Um die später im Kessel des Kraftwerkes herrschenden Temperaturen bewältigen zu können, bestehen die Tragrohre aus dem relativ neuen Stahl 7CrMoVTiB 10.10, die Flossen je nach Variante aus 13CrMo4.5, X10CrAlSi7 oder X10CrAlSi18. Bei diesen hitzebeständigen Stählen muss allerdings der Wärmeeinbringung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wie Thomas Barthel erklärt, werden deshalb zwar jeweils beide Schweißnähte einer Flosse gleichzeitig an das Tragrohr angeschweißt, jedoch startet ein Schweißarm vorne an der rechten Seite, während der andere Schweißarm hinten an der linken Seite der Flosse mit den Schweißarbeiten beginnt. Geschweißt werden die etwa 50 Millimeter langen Nähte der Flossen im MAG-Eindrahtschweißverfahren. Um die Wärmeeinbringung zu kontrollieren, arbeitet Steinmüller Afrika allerdings in verschiedenen Sektoren mit unterschiedlichen Parametern. Thomas Barthel: "Wir starten mit geringerem Schweißstrom, gehen dann sukzessive hoch und am Ende wieder runter. Die komplette Schweißstromsteuerung erfolgt computergesteuert über die innovative GLC 553 MC3/R Schweißstromquelle von Cloos, die sich hervorragend bewährt hat."

Ausgeklügelte Schweißprogramme gemeinschaftlich erarbeitet

Um die hitzebeständigen Stähle mit der nötigen Qualität verbinden zu können, haben Steinmüller und Cloos gemeinsam an den Schweißparametern gearbeitet. Zuerst wurden auf Basis der Erfahrung von Steinmüller Afrika erste Grundschweißparameter gesetzt, die dann in anschließenden Versuchen fein abgeglichen wurden. Dabei wurde das Schweißverfahren so gesteuert, dass die Wärmeeinbringung ins Bauteil optimiert und der sich aus den Schweißungen ergebende Wärmefluss berücksichtigt werden konnte, erklärt Thomas Barthel. Nach dem Schweißen einer Flosse fahren die Brenner etwas zurück, das Rohr dreht automatisch um 180 Grad, und die nächste Flosse wird positioniert und verschweißt. Nach rund 25 Minuten verlässt das fertig geschweißte Tragrohr die Anlage. Da Greifereinheit und Lynette frei programmierbar verfahren können, sind der Typenvielfalt fast keine Grenzen gesetzt. Die Maschine ist seit Oktober 2009 erfolgreich im Einsatz und setzt durch die hohe Schweißgeschwindigkeit und den enormen Output Bestmarken in Punkto Wirtschaftlichkeit. Daran hat nach Überzeugung von Thomas Barthel auch der technische Support seinen Anteil: "Durch die hohe Kompetenz der Mitarbeiter in Haiger konnte uns Cloos über die Telefonhotline bei Fragen immer zuverlässig und schnell unterstützen."

Zusätzliche Erweiterungen als Option

Optional könnte die Anlage noch mit einer induktiven Vorwärmeinheit ergänzt werden, die die Rohre vor dem eigentlichen Schweißprozess auf eine definierte Temperatur vorwärmt. Auch die Ergänzung mit einer automatischen Rohrbeschickung steht als Option auf dem Programm. Den Vorteil der maschinengeschweißten Nähte sieht Schweißexperte Barthel neben der eklatanten Zeiteinsparung auch in der reproduzierbaren Prozesssicherheit, mit der hier Naht für Naht in exakt gleichbleibender Qualität entsteht. Qualitätsschwankungen durch den Faktor Mensch sind damit sicher ausgeschlossen. Die Nacharbeit an den Schweißnähten ist eher auf kosmetische Feinheiten begrenzt. Am Bedienpult der Anlage sind die jeweiligen Programme für die Schweißprozesse der unterschiedlichen Tragrohr-Flossen-Kombinationen hinterlegt. Hier sind auch alle relevanten Parameter gespeichert. Der Bediener wählt nur noch das passende Programm aus. Um Fehler auszuschließen, hat Steinmüller Afrika die Bedienung mit differenzierten Zugriffsrechten versehen. So ist beispielsweise der Eingriff in die Programmierung der Schweißparameter mit einem Passwort geschützt, Änderungen können nur von autorisierten Schweißexperten vorgenommen werden. Die Flexibilität der Schweißanlage ließe sich bei Bedarf durch soft- und hardwareseitige Veränderungen noch weiter steigern, momentan besteht dafür aber keine Notwendigkeit. Thomas Barthel: "Derzeit ist die Schweißanlage allein durch den laufenden Großauftrag ausgelastet. Die Flexibilität der Maschine erlaubt es uns aber, ein ähnlich gelagertes Teilespektrum jederzeit abarbeiten zu können." Högel/bw

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