Rohrschweißen: Positionen, Wurzellage und was es schwer macht
Warum eine Rundnaht schwerer ist als eine Blechnaht, was PA bis H-L045 bedeuten, warum die Wurzellage alles entscheidet — und wo sich Mechanisieren rechnet.
Eine Rohrnaht sieht aus wie eine Blechnaht, die man zum Kreis gebogen hat. Sie verhält sich völlig anders, und die Gründe lohnen es, ausgesprochen zu werden — denn fast alles, was das Rohrschweißen schwer macht, folgt aus der Geometrie.
Warum ein Kreis schwerer ist als eine Gerade
Drei Dinge ändern sich, sobald sich die Naht selbst schließt.
Die Position wechselt im Verlauf. An einem feststehenden Rohr durchläuft eine einzige Naht Wannen-, Steig- und Überkopflage in einem Zug. Das Bad verhält sich in jeder anders, also müssen Stromstärke, Schweißgeschwindigkeit und Brennerwinkel während des Schweißens mitgeführt werden — und auf der anderen Seite wieder zurück.
Es gibt keine Rückseite. Am geschlossenen Rohr kommt man nicht an die Unterseite der Wurzel, um zu schleifen, zu prüfen oder eine Badsicherung einzulegen. Die Wurzellage muss auf Anhieb sitzen, von einer Seite aus, und das Innere der Verbindung bleibt unsichtbar, bis ein Prüfer eine Kamera oder einen Film ansetzt.
Alles ist Volldurchschweißung. Ein Rohr führt etwas, meist unter Druck und meist etwas, das man nicht austreten lassen möchte. Das bedeutet Regelwerke, Anweisungen und eine Naht, die die volle Wandstärke verbindet, statt zwei Teile nur zusammenzuhalten.
Die Positionen nach EN ISO 6947
Im deutschsprachigen Raum wird nach EN ISO 6947 bezeichnet. Die amerikanischen Nummern stehen daneben, weil sie in internationalen Projektunterlagen auftauchen.
| EN ISO 6947 | ASME / AWS | Rohr | Drehend? | Was den Schweißer erwartet |
|---|---|---|---|---|
| PA | 1G | waagrecht | ja | Geschweißt wird oben in Wannenlage, das Rohr dreht sich unter dem Brenner. Am einfachsten. |
| PC | 2G | Achse senkrecht | nein | Die Naht läuft waagrecht um das Rohr, gearbeitet wird quer. |
| PF | 5G steigend | waagrecht | nein | Über oder unter dem Rohr entlang — oben Wannenlage, seitlich steigend, unten über Kopf. |
| PG | 5G fallend | waagrecht | nein | Dieselbe Bahn, fallend geschweißt. Im Rohrleitungsbau verbreitet, für die Wurzel nicht überall zugelassen. |
| H-L045 | 6G | fest unter 45° | nein | Alle Lagen in einer Naht, und keine davon frontal. |
| J-L045 | 6G fallend | fest unter 45° | nein | Dasselbe fallend. |
Die Reihenfolge ist zugleich die der Schwierigkeit — deshalb ist H-L045 die Prüfposition. Wer eine solche Prüfnaht in Qualität durchhält, hat jede Lage gezeigt, die ein Rohr bieten kann.
Was eine bestandene Prüfung anschließend abdeckt, regelt die Norm: im europäischen Raum EN ISO 9606 für den Schweißer und EN ISO 15614 für das Verfahren, in amerikanischen Projekten ASME Section IX. Die Geltungsbereiche sind feiner gestuft, als das Werkstattkürzel „H-L045 gilt für alles” vermuten lässt. Nachlesen statt annehmen.
Die Wurzellage entscheidet die Naht
Alles nach der Wurzel ist leichter. Die Wurzel selbst muss vier Dinge gleichzeitig leisten:
- Beide Kanten vollständig anbinden. Ein Bindefehler an der Wurzel ist der klassische Rohrschaden, und er versteckt sich unter einer Decklage, die tadellos aussieht.
- Innen ein glattes Profil bilden. Durchhängende Wurzeln verengen den Querschnitt, fangen Ablagerungen und sind im hygienischen Bereich für sich genommen ein Mangel.
- Die Position überstehen. Über Kopf bei sechs Uhr zieht die Schwerkraft das Bad aus der Fuge.
- Nicht oxidieren. Bei Edelstahl, Nickellegierungen und Titan sieht die Innenseite der Wurzel das, was im Rohr an Gas steht.
Drei Wege, und die Wahl kommt meist aus der Spezifikation:
Offene Wurzel. Angefaste Kanten mit Steg und Spalt, von außen geschweißt. Die günstigste Vorbereitung, die anspruchsvollste Handführung — und der Spalt muss über den vollen Umfang gleich bleiben, wofür es die Innenausrichtklemme gibt.
Schweißbadsicherung als Einlegering. Ein vorgeformter Ring wird in die Fuge gelegt und mit eingeschmolzen. Teurer je Naht, dafür erheblich gleichmäßiger; üblich im Reinstbereich und in der Kerntechnik.
Formiergas. Keine Alternative zu den beiden, sondern eine zusätzliche Anforderung bei jedem Werkstoff, der oxidiert. Vor dem Zünden auf unter etwa 50 ppm Restsauerstoff formieren; die Einzelheiten stehen im Schutzgas-Leitfaden, und was passiert, wenn man es unterlässt, im Edelstahl-Leitfaden.
WIG ist auch in Betrieben, die mit Draht oder Elektrode füllen, das Standardverfahren für die Wurzel — aus einem Grund: Es ist das einzige gängige Verfahren, bei dem der Schweißer das Bad genau genug sieht und beherrscht, um alle vier Punkte gleichzeitig zu treffen.
Die Passung ist die halbe Arbeit
Eine Rohrnaht entscheidet sich, bevor der Lichtbogen brennt.
Ausrichtung. Zwei nicht konzentrische Rohre hinterlassen einen Kantenversatz, den keine Schweißtechnik ausgleicht. Bei dünner Wand ist er eine Kerbstelle, bei dicker ein Mangel.
Spalt und Steg. Beide müssen über den vollen Umfang gleich bleiben. Ein Spalt, der oben aufgeht und unten zufällt, bringt auf der einen Seite Durchbrand und auf der anderen einen Bindefehler.
Sauberkeit. Zunder, Schneidöl und Feuchtigkeit landen sonst allesamt in der Wurzel.
Hier verdient sich eine Innenausrichtklemme bei wiederkehrender Arbeit: Sie richtet beide Enden von innen aus, hält den Spalt beim Heften rund und formiert bei der ILUC zugleich — ein Rüstvorgang statt zwei.
Anweisung und Qualifizierung
Rohrarbeit ist Normarbeit, und die Papiere folgen einer festen Ordnung: Eine Verfahrensprüfung hält eine Probenaht und ihre Ergebnisse fest, eine Schweißanweisung (WPS) sagt dem Schweißer, was zulässig ist, und die Schweißerprüfung weist nach, dass er es ausführen kann.
Wechselt man das Verfahren — von Elektrode auf WIG, von handgeführtem auf maschinell zugeführten Draht —, stellt sich die Frage, ob alles neu qualifiziert werden muss. Seltener, als man annimmt: Unter ASME Section IX ist die Art der Schweißung für WIG eine nicht wesentliche Variable, die Anweisung wird also geändert statt neu qualifiziert. Die Einzelheiten stehen hier.
Wo sich Mechanisieren rechnet
Eine Rohrnaht von Hand zu schweißen heißt, die Parameter fortlaufend mit der Position zu ändern — bei jeder Naht, an jedem Platz, die ganze Schicht. Die Gleichmäßigkeit hängt am Schweißer, und davon gibt es in der Branche zu wenige.
Orbitalschweißen nimmt diese Größe heraus. Ein Kopf spannt sich auf das Rohr und führt den Brenner mit programmierter Geschwindigkeit um die Naht, mit Parametern je Umfangsabschnitt statt nach Gefühl. Die Maschine schweißt bei sechs Uhr genauso wie bei zwölf.
Es rechnet sich bei wiederkehrender Arbeit: Rohrvorfertigung, Rohrboden, Prozessleitungen, Verlegeschiffe. Es rechnet sich nicht bei einzelnen Reparaturen in beengter Lage — weshalb Betriebe, die beides tun, die manuelle Fähigkeit daneben behalten.
TIP TIG bringt den Heißdraht in beides ein. Von Hand wird der Draht mechanisch zugeführt und oszilliert statt eingetaucht, der Bediener führt also Brennerwinkel und Vorschub statt eines beidhändigen Takts — was gerade die Lagen leichter macht, die am schwersten zu lernen sind. Mechanisiert ergänzt das Orbitalsystem denselben Heißdrahtvorschub um einen automatisierten Kopf. Damit hat CNOOC innenplattierte Inconel-Verbindungen unter Wasser mit 100 % Röntgen und null Nacharbeit geschweißt — die Fallstudie hat die Zahlen.
Kurz gefasst
Eine Rohrnaht ist eine Blechnaht, die während des Schweißens ihre Lage ändert, von hinten nicht erreichbar ist und Druck halten muss. Die Positionen laufen PA, PC, PF, PG und H-L045 in steigender Schwierigkeit — 1G bis 6G in den amerikanischen Normen —, und H-L045 ist die Prüfposition, weil sie alle enthält. Die Wurzellage entscheidet die Naht, die Passung entscheidet die Wurzel, und beide verdienen mehr Aufmerksamkeit als die Decklage, auf die alle schauen.