Flammwärmen

Flammwärme beim Schweißen bezieht sich auf die Wärme, die durch eine Flamme erzeugt wird, um Materialien miteinander zu verbinden. Bei Verfahren wie dem autogenen Schweißen oder dem Gasschweißen wird ein Brenngas (wie Acetylen) zusammen mit Sauerstoff verbrannt, um eine hohe Temperatur zu erzeugen. Diese Hitze schmilzt die Kanten der zu verbindenden Metallteile, wodurch sie sich miteinander verbinden, sobald sie abkühlen und erstarren.

1. Anforderungen an die Flamme

Der Werkstoff und die Wärmeaufgabe legen fest, welche Temperatur und Aufheizgeschwindigkeit eingestellt werden müssen. Das Wärmeangebot sollte dabei auf die Wärmeaufnahme und -abgabe der Werkstücke abgestimmt sein. Brenngase unterscheiden sich nicht nur in ihrer Intensität und Wärmestromdichte, sondern auch in der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte. Bei einem Vergleich der verschiedenen Brenngase ist zudem der Wasserdampfgehalt, der aus der Verbrennung der Flammengase resultiert, zu berücksichtigen. Bei langsam verbrennenden Gasen wie Propan oder Erdgas entstehen 31 % bzw. 40 % Wasserdampf. Im Gegensatz dazu führt der Einsatz von Acetylen als Brenngas lediglich zu einem Wasserdampfanteil von etwa 3 %.

2. Wirkung der Flamme auf die
Werkstückoberfläche

Die physikalischen Eigenschaften der Verbrennung verschiedener Brenngase, wie Flammentemperatur, Zündgeschwindigkeit und Primärflammenleistung, lassen darauf schließen, dass auch die Auswirkungen der Flammengase auf die Werkstückoberfläche hinsichtlich Erwärmungsintensität und -dauer variieren müssen. Kurz gesagt: Verschiedene Flammen führen zu unterschiedlichen Temperaturen und Zeiten.

Die folgenden Faktoren beeinflussen den Wärmewirkungsgrad der Flamme direkt:

Art des Brenngases
Menge des Brenngases
Oxidationsmittel
Mischungsverhältnis
Abstand zwischen Brenner und Werkstück
Vorschubgeschwindigkeit
Anstellwinkel
Werkstoff

Das bedeutet, dass die „weiche“ Acetylen-Druckluft-Flamme in bestimmten Fällen wirtschaftlicher sein kann, da eine übermäßige Wärmeeinbringung vermieden werden sollte.

3. Messung der Temperatur

Beim Vorwärmen von Schweißkonstruktionen ist es in der Regel wichtig, eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks zu erreichen. Die gewünschte Vorwärmtemperatur sollte dabei sowohl auf der dem Schweißer zugewandten als auch auf der abgewandten Seite des Werkstücks gemessen werden. Die Norm DIN EN ISO 13916 (Messung der Vorwärm-, Zwischenlagen- und Haltetemperatur beim Schweißen) legt fest, dass bei Materialdicken von t ≤ 50 mm die Temperaturmessung in einem Abstand von A = 4 x t (maximal 50 mm) zur Schweißnaht erfolgen soll. Bei Werkstückdicken von t > 50 mm ist ein Abstand von 75 mm vorgesehen. Sofern vom Auftraggeber keine spezifischen Vorgaben für den Messort gemacht werden, gelten die in DIN EN ISO 13916 beschriebenen Bedingungen.

Für die Temperaturmessung an Werkstückoberflächen können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, darunter temperaturempfindliche Mittel (TS), Kontaktthermometer (CT), Thermoelemente (TE) sowie berührungslos messende optische oder elektrische Geräte (TB).

4. Autogentechnische Ausrüstung

Für das manuelle Vorwärmen des Schweißnahtbereichs kommen handgeführte Acetylen-Sauerstoff- oder Acetylen-Druckluft-Mehrlochbrenner zum Einsatz. In automatisierten Anlagen werden maschinengeführte Mehrflammenbrenner (LINDOFLAMM®) verwendet. Die Automatisierung kann mit einer Regelung der Werkstücktemperatur sowie automatischer Zündung und Flammenüberwachung kombiniert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, die erfassten Temperaturen zur Qualitätssicherung und Dokumentation (z.B. gemäß EN 1090) aufzuzeichnen.

5. Versorgungssysteme für jede Menge

Linde bietet umfassende Versorgungslösungen für Acetylen und Sauerstoff, die von einzelnen Flaschen oder Bündeln bis hin zu Trailerversorgungen für Acetylen und Tankanlagen für Sauerstoff reichen. Die vollautomatische LINDOMATIK®-Versorgungsstation für Acetylen sichert die größtmögliche Entnahmemenge, ohne dass es zu Unterbrechungen im Prozess kommt. Mit der automatisierten SECCURA®-Gaseversorgung müssen Sie sich nie wieder um Ihre Gasversorgung sorgen.

6. Anwendung: Vor- und Nach- wärmen beim Schweißen von
Stählen

Um Härterisse zu vermeiden, müssen umwandlungsfähige Baustähle und Feinkornbaustähle je nach chemischer Zusammensetzung (Kohlenstoffäquivalent) und Bauteildicke vorgewärmt werden. Die DIN EN 1011-2 „Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe“ liefert hierzu präzise Richtlinien. Bei hochfesten Feinkornbaustählen ist zudem ein Nachwärmen notwendig, um den Wasserstoff in der Schweißzone zu eliminieren.

Eine korrekte Temperaturmessung ist von großer Bedeutung und erfor-
dert besondere Sorgfalt. Das Bild zeigt das Vorwärmen von Rohren für
den Offshore-Bereich vor dem Unterpulverschweißen.

7. Anwendung: Schmieden und
Warmumformen von Stählen

Für das Warmumformen von Rohren und das örtliche Schmieden wird mit Handbrennern gewärmt.

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