Elektronenstrahlschweißen,  Bild: Cambridge Vacuum Engineering

Eine neue Technologie ermöglicht Unternehmen das Elektronenstrahlschweißen ohne Vakuumkammer. Bild: Cambridge Vacuum Engineering

Die gute Nachricht gleich zu Anfang: Tests haben gezeigt, dass die neue Schweißtechnologie namens EBFlow 20 bis 30 Mal schneller ist als konventionelles Lichtbogenschweißen und somit eine grundlegende Produktivitätssteigerung ermöglicht. Die Technologie ermöglicht Unternehmen das Elektronenstrahlschweißen ohne Vakuumkammer. Und so funktioniert sie: EBFlow umfasst ein lokales Grobvakuum, das an den Standort transportiert und dort verwendet werden kann. Während also in der Vergangenheit herkömmliche Vakuumkammern verwendet wurden, um Materialien zu verschweißen, benötigt das neue System weder Kammer noch Pumpzubehör. Daraus ergibt sich eine erhebliche Verkürzung der Schweißdauer.

Das britische Unternehmen Cambridge Vacuum Engineering hat EBFlow entwickelt und am 1. Januar 2018 auf den Markt gebracht, um das Schweißen dickwandiger Materialien für die Produktion verschiedenster Großkonstruktionen zu vereinfachen – unter anderem bei Schiffen, Druckbehältern, Windkraftanlagen und Türmen, Kernkraftanlagen und zahlreichen Strukturen, die in Öl- und Gaserschließungs- sowie Ingenieurbauprojekten zum Einsatz kommen. Denn viele Branchen sind von der jährlichen kostengünstigen Produktion von enormen Mengen an dickwandigen Stahlkonstruktionen (mehr als 20 Millimeter) abhängig. Die kostengünstige Fertigung solcher dickwandigen Konstruktionen ist jedoch teilweise durch die Schweißdauer und die damit verbundenen Kosten begrenzt.

50 Minuten anstatt zwölf Stunden

Mit der neuen Technologie können Hersteller in verschiedensten Sektoren nun das tatsächliche Fertigungspotenzial ihrer Betriebe voll auszuschöpfen. So könnten Schwermaschinen-Fertigungsbranchen, die dickwandige Komponenten mit einer Länge von fünf Metern (1,7 Meter Durchmesser) und 60 Millimetern Dicke schweißen müssen, innerhalb von 50 Minuten erreichen, was bei einem herkömmlichen Schweißverfahren zwölf Stunden dauern würde. Dadurch lassen sich elf Arbeitsstunden einsparen. Ein weiteres Beispiel im Nuklearbereich ist die Produktion eines typischen 40 Meter langen Monopiles (60 Millimeter dick), bei dem die Schweißarbeiten mit Lichtbogenschweißtechnik mehr als 6000 Stunden in Anspruch nehmen können. Beim EBFlow-System hat sich gezeigt, dass sich die erforderliche Schweißdauer auf weniger als 200 Stunden verringern lässt. Dies entspricht einer Kostensenkung um mehr als 85 Prozent.

Eine weitere wesentliche Verbesserung ist der höhere Durchsatz. So ist der Produktpreis für Dosen und Vorrichtungen, die das Werk verlassen, bei Fertigung mithilfe von EBFlow um 20 bis 25 Prozent niedriger. Dadurch lässt sich die Kapitalrendite nicht nur innerhalb von Monaten statt Jahren erwirtschaften. Auch der Stromverbrauch sinkt erheblich. Denn der Energieverbrauch für einen Meter Schweißnaht ist mit EBFlow um 75 Prozent geringer als beim normalen Unterpulverschweißen.

Zu den weiteren wirtschaftlichen Vorteilen zählen Einsparungen bei Arbeitskapital und Personalkosten, da das Unternehmen für das Verschweißen der Komponenten weniger Mitarbeiter benötigt. Und weil es keine Füllmaterialien braucht, sinken auch die Kosten für Verbrauchsgüter auf ein Minimum, während geringere Transportkosten und ein geringerer CO2-Fußabdruck noch weitere Einsparungen ermöglichen.

Erstes System wird validiert

Im Rahmen eines Live-Projektbeispiels, des Projekts EBManPower, das derzeit im Vereinigten Königreich läuft, wird das erste EBFlow-System in einem großen Fertigungsbetrieb eingesetzt und validiert, um die kosteneffiziente Fertigung einer umfangreichen Stromerzeugungsinfrastruktur zu ermöglichen. Cammell Laird ist eines der britischen Schwermaschinen-Schiffsbauunternehmen und Fertigungspartner für das U-Battery-MMR-System. Das Projekt EBManPower soll 2021 abgeschlossen sein und wird mit einem Wert von rund 1,5 Millionen Euro beziffert. Das EBFlow-System wird am Cammell Laird-Standort in Birkenhead umgesetzt. Dort sollen ein Demonstrations-Druckkessel für den U-Battery und andere damit verbundene Produkte kostengünstig produziert werden. Diese praktische Demonstration ist ein maßgebliches Pionierprojekt für den umfassenden Einsatz der neuen kostengünstigen Lösungen, die die erforderliche Senkung der CO2-Emissionen im Vereinigten Königreich und in Übersee ermöglicht. Ein längerfristiges wesentliches Ziel von EBManPower ist es, die Entwicklung einer flexiblen und effizienten fortschrittlichen Fertigungstechnologie (Elektronenstrahlschweißen) für die Fertigung von Komponenten für Kernkraftwerke anzuregen. Auch in anderen Industriesektoren wurden vergleichbare Verfahren angewendet. Dies ist jedoch das erste Mal, dass dieser Ansatz im Energiesektor zum Einsatz kommt.

Der Geschäftsführer von Cambridge Vacuum Engineering, Bob Nicolson, kommentiert diese Neuentwicklung so: „Unsere revolutionäre EBFlow-Technologie, die vollständig im Vereinigten Königreich entwickelt wurde, wird die Produktivität der Fertigungsprozesse von Schwermaschinen überall auf der Welt revolutionieren.“ In vielen Fällen könne die Geschwindigkeit des Schweißens um bis zu 30 Mal schneller als bei aktuellen Verfahren durchgeführt werden. „Durch die Senkung der Kosten für dickwandige Stahlkonstruktionen, die in einer Reihe von Industriesektoren überwiegend zum Einsatz kommen, wird EBFlow maß-geblich zur Weiterentwicklung des Fertigungssektors und zur Schaffung der Fabriken der Zukunft beitragen.“ aru