Orbitalschweißen ist ein mechanisiertes Schweißverfahren für Rundnähte. Ein Schweißkopf umschließt das Rohr und führt den Lichtbogen um 360° um die Verbindung – der Brenner rotiert, das Werkstück bleibt fest. Verfahrenstechnisch handelt es sich in aller Regel um WIG-Schweißen mit nicht abschmelzender Wolframelektrode.
Aufbau
Der Schweißkopf wird auf das Rohr gespannt und zentriert. Man unterscheidet geschlossene Kammerköpfe (das Rohr wird vollständig umschlossen, die Kammer ist mit Schutzgas geflutet) und offene Köpfe für größere Durchmesser oder Anwendungen mit Zusatzdrahtzufuhr.
Die Stromquelle steuert Schweißstrom, Rotationsgeschwindigkeit, gegebenenfalls Drahtvorschub und Pendelbewegung nach einem hinterlegten Programm.
Sektoren
Beim Umlauf ändert sich die Lage des Schmelzbads zur Schwerkraft laufend: von der Wannenlage über die Steig- oder Fallposition bis zur Überkopflage. Damit das Schmelzbad nicht abfließt, wird der Umlauf in Sektoren unterteilt. Für jeden Sektor sind eigene Parameter hinterlegt – typischerweise nimmt der Schweißstrom im Verlauf ab.
Gearbeitet wird meist mit Impulsstrom: Der Wechsel zwischen Grund- und Pulsstrom lässt das Schmelzbad zwischen den Pulsen teilweise erstarren und stabilisiert es so in Zwangslagen.
Formieren
Die Nahtwurzel liegt im Rohrinneren und ist der Umgebungsluft ausgesetzt. Ohne Schutz oxidiert sie: Es entstehen Anlauffarben und im Extremfall eine zerklüftete Wurzel. Deshalb wird das Rohrinnere mit Inertgas geflutet – dieses Formieren (Wurzelschutz) ist bei nichtrostenden Stählen zwingend, wenn die Wurzel produktberührend ist.
Der Restsauerstoffgehalt wird gemessen; je nach Anforderung werden Werte unterhalb weniger hundert ppm gefordert.
Voraussetzungen
- Gleichbleibende Nahtvorbereitung: Das Verfahren arbeitet nach festem Programm und kann Toleranzen nicht ausgleichen. Rohrenden müssen plan, gratfrei und spaltarm sein.
- Konstante Wandstärke und Rohrqualität
- Saubere, fettfreie Oberflächen
- Zugänglichkeit: Der Schweißkopf benötigt Freiraum, um das Rohr zu umlaufen
Eigenschaften und Grenzen
Die Naht ist reproduzierbar, die Parameter sind protokollierbar – das ist der Grund für den Einsatz in Anwendungen mit Dokumentationspflicht, etwa in der Pharma-, Halbleiter- und Lebensmittelindustrie. Bei vielen gleichartigen Verbindungen ist das Verfahren zudem schneller als manuelles WIG-Schweißen.
Grenzen liegen in der geringen Flexibilität: Abweichende Geometrien, schlechte Zugänglichkeit oder wechselnde Fügeteile sprechen für die manuelle Ausführung. Die Investition in Schweißkopf und Stromquelle lohnt sich vor allem bei Serien und wiederkehrenden Rohrdimensionen.