Die P+S Werften sind eines der führenden europäischen Schiffbauunternehmen. In den Werften werden

Die P+S Werften sind eines der führenden europäischen Schiffbauunternehmen. In den Werften werden Spezialschiffe für die Offshore-Industrie, Hochsee-, Küsten- und Binnenschiffe gebaut und repariert.

Weil beim Schweißen Systemlösungen die generelle Richtung und die Anwendung bestimmen, dominieren mehr und mehr ganzheitliche Angebote. Dazu bietet Fronius zuverlässige Lösungen. Digitale Schweißverfahren haben die wirtschaftliche Verarbeitung der Metalle und die technische Qualität ihrer Verbindungen verbessert. Die Einsatzmöglichkeiten der Metall-Schutz-Gas- (MSG)-Schweißsysteme reichen von Stahl über seine Legierungen bis zu Aluminium. Die seewasserberührten Rümpfe der Schiffe bestehen vorwiegend aus Stahl der Güteklasse A. Abhängig von den Voraussetzungen wie weniger aggressiven Umgebungsbedingungen, sind jedoch auch Stähle der Güteklassen B, D und E im Schiffbau üblich. Hochfeste Stähle wie A 32, E36 oder E 40 sind typisch in geschweißten Konstruktionen. So vielfältig wie die Ansprüche sind die eingesetzten Stahlsorten:

Die P+S Werften sind eines der führenden europäischen Schiffbauunternehmen. In den Werften werden Spezialschiffe für die Offshore-Industrie, Hochsee-, Küsten- und Binnenschiffe gebaut und repariert.

Für Dampf- und Druckkessel eignen sich warmfeste, den Anforderungen an hohe Zähigkeit bei tiefen Temperaturen genügen vergütete Feinkornbau- sowie nickellegierte Stähle, und austenitische bewähren sich bei Cargo Tanks.

Ebenso breit zeigt sich die Palette der eingesetzten Stahlwerkstoffe bei der Stahlverrohrung eines Schiffes. Die Rohre bestehen gleichfalls meist aus hochfestem Stahl, wobei unlegierte Sorten bei normaler thermischer Beanspruchung genügen, erhöhte Wärmebelastung hingegen legierte erfordern können. Analog wie beim Schiffsrumpf beeinflussen die Umgebungsbedingungen auch die Materialwahl bei den Rohren: Hochfeste legierte Stähle mit Mangan, Molybdän oder Chrom, für hohe Zähigkeit bei tiefen Temperaturen nickellegierte oder austenistische Stähle. Rohre aus hoch legierten Stählen befinden sich an Cargo Tanks und Druckkesseln. Auch Gleitlagerkomponenten am Ruder bestehen aus hoch legiertem Stahl, ferner medienberührte Teile an Chemietankschiffen sowie sämtliche Schiffsbauteile, die korrosiven Angriffen standhalten müssen. Als Nichteisenmetalle sind Aluminium und seine Legierungen am häufigsten zu schweißen – sowohl gegossen und gewalzt als auch gezogen.

Das Anforderungsprofil lange Nähte, hohe Schweißgeschwindigkeit zum Beispiel von 150 cm/min bei einem a-Maß von 3,5 mm sowie hoher Wirtschaftlichkeit ist typisch für den Schiffbau. Die Technologie des Tandemverfahrens TimeTwin Digital von Fronius realisiert in der Panellinie der P+S-Werften, Wolgast, die Idee: „Mit zwei Drähten die Schweißgeschwindigkeit verdoppeln“.

Anwendungsbeispiele sind Rümpfe von Yachten und Schnellbooten sowie Kamine, Schiffaufbauten oder Verrohrungen. Weitere Nichteisen-Werkstoffe sind Invar (36% Ni), Kupfer sowie -legierungen und Nickellegierungen. Speziell bei der Konstruktion von Flüssiggastankern (LNG/LPG) oder Druckleitungen für Kondensatoren und Wärmetauscher sind diese Materialien gefragt.

Verfahren zum Fügen von Stählen
Stahl als der mit Abstand vorherrschende Werkstoff im Schiff -, Kran-, Wasser- und Offshorebau erfordert unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten sowie situations- oder anwenderspezifisch besondere Lösungen. Obwohl das Fertigen von Schiffspaneelen Merkmale der Serienproduktion aufweist, verlangt die Montage – vor allem innerhalb eines Schiffskörpers – bisher rein manuelle Tätigkeiten. Unterschiedlich wirken sich auch die Umweltgegebenheiten aus. Anders als in geschlossenen Werfthallen variieren im Freien Wind, Nässe und Temperaturen stark. In Wechselwirkung mit aggressivem Seewasser, wie im Offshorebereich typisch, entsteht ein maritimes Bedingungsgefüge.

Den größten Teil der Stahlverbindungen im Schiffbau fügen Handschweißer. Sie benötigen universelle und leistungsstarke Systeme, deren Komponenten bestmöglich aufeinander abgestimmt sind. Mehr als ein Jahrzehnt Erfahrungswissen steckt in den MIG/ MAG Systemen der Linien VarioStar, VarioSynergic, TransSynergic und TransPulsSynergic von Fronius. Erkenntnisse der Entwicklungsexperten, besonders die Pionierrolle in der Digitalen Revolution einbringend, hat das Unternehmen eine neue Stromquelle kreiert: TransSteel mit einem speziell auf das Stahlschweißen abgestimmten Kennlinienpaket Steel Transfer Technology.

Mit den digitalen und mikroprozessorgesteuerten Inverterstromquellen der TransSteel- Baureihe profitieren die im Schiffbau tätigen Schweißer zum Beispiel vom MAG-Schweißen. Die TransSteel-Systeme zeichnet vor allem ein stabiler Lichtbogen in allen drei wählbaren Verfahrensversionen aus. Diese Stabilität gewährleisten die spezifischen Kennlinien und die hohe Präzision der Vorschubrollen.

Mit der passenden Kennlinie Steel Prime erzeugt die TransSteel eine qualitativ hochwertige Nahtwurzel; so erhalten die geprimerten Bleche im Schiffbau mit häufig zu fügenden Kehlnähten ihre erforderliche Festigkeit bei gleichzeitig minimierter Spritzerbildung.

Auch die Drahtfördereinheit aus Aluminium-Druckguss,  gleichfalls eine Neuentwicklung, trägt wesentlich zur Stabilität bei. Je nach Arbeitsaufgabe wählt der Anwender entweder eine der drei Kennlinien für Fülldraht – zur Verfügung stehen rutil, basisch oder Metallpulver – oder für Massivdraht. Eigens für die in der Schiffbaubranche üblichen Bedingungen hat Fronius die zusätzlichen Kennlinien der Steel Transfer Technology entwickelt: „Steel Prime“ eignet sich für das komfortablere Schweißen über Fertigungsbeschichtungen, „Steel Root“ für gute Spaltüberbrückung und Wurzeln, und „Steel Dynamic“ ist prädestiniert für tiefe Einbrände und bei geringen Öffnungswinkeln.

Den erschwerenden maritimen Umweltbedingungen tragen die Systeme Trans- Steel Yard Rechnung. Alle Programme sind für das Schweißen üblicher bis hoch legierter Stähle ausgelegt. Die Stromquelle und die gespeicherten, abrufbaren Kennlinien entsprechen den im maritimen Einsatz typischen Anforderungen. Dies gilt sowohl für die gängigen Zusatzwerkstoffe und Gasarten sowie für Fülldrähte und Elektroden. Einen besonderen Vorteil für Schiffbauer bietet die Kennlinie Steel Prime: Sie reduziert beim Überschweißen der gängigen Fertigungsbeschichtungen den Spritzerauswurf deutlich. Verbindendes Kennzeichen aller TransSteel-Systeme: Alle Komponenten und Funktionen sind vollkommen aufeinander abgestimmt. Insbesondere beim kostenintensiven Leichtbau-Werkstoff Aluminium gelten strenge Maßgaben für ansprechende Optik und rationelle wirtschaftliche Fertigung.

Die für das Schweißen von Aluminium spezifische Aufgabe besteht darin, während des Schmelzprozesses die Oxidhaut zu vermeiden. Sie würde den gesamten Lichtbogenprozess stoppen und ausbremsen. Hinzu kommen eine relativ zu Stahl nahezu doppelt so große thermische Ausdehnung und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls. Von Schornsteinanlagen für Kreuzfahrtschiffe bis zu kompletten Yachten aus Aluminium sind hochwertige Schweißnähte zu setzen. Sie verlangen ein entsprechendes Schweißer-Know-how und -Equipment. Für das schonende Verarbeiten von Aluminiumwerkstoffen sind MIG-Lichtbogen-Schweißsysteme der Reihe TransPuls Synergic mit speziellen Programmen wie die „Yard-Edition“ prädestiniert.

Der Schiffbau ist weltweit im Wandel begriffen: Große Transportschiffe, Kreuzfahrtschiffe und Luxusyachten sowie immer unterschiedlichere Spezialschiffe im Offshore-Einsatz verändern und dynamisieren den Markt für Wasserfahrzeuge.

Für zahlreiche Anwendungen im Schiff, Yacht- oder Bootsbau ist das Wolfram- Inert-Gas(WIG)-Schweißen oft die perfekte Ergänzung zum fachgerechten Fügen von Aluminium. Voll digitalisierte Systeme der Serie MagicWave, ausgerüstet mit ActiveWave Technologie, bieten einen stabilen Lichtbogen bei niedriger Geräuschemission und sind dabei Leichtgewichte innerhalb ihrer Klasse.

Meilenstein in der Entwicklung des Hochleistungs-Schweißens ist das Tandem- Schweißen: Unter einer Schutzgasatmosphäre schmelzen zwei Drahtelektroden gleichzeitig in ein Schmelzbad. Den Grundgedanken, mit zwei Drähten statt einem Produktivität und Effizienz deutlich zu erhöhen, setzt das Schweißsystem TimeTwin-Digital erfolgreich um.

Beim TimeTwin-Prozess verfügt jede Stromquelle über eine eigene Steuer- und Regeleinheit sowie eine separate Drahtförderung. Das Schweißsystem besteht aus zwei gekoppelten MSG-Einzelsystemen TransPuls Synergic. Das Verfahren überzeugt durch stabile Lichtbögen, exzellente Tropfenablöse und hohe Abschmelzleistungen. Hohe Schweißgeschwindigkeiten sorgen für geringe Wärmeeinbringung und damit für weitgehend minimierten Formverzug.

Laserstrahl kombiniert mit MSG-Lichtbogen
Sowohl zum Fügen von Stahl als auch von Aluminium eignet sich das Laser-Hybridverfahren. Prädestiniert ist es besonders für lange Nähte, wenn eine große Schweißtiefe und maximal feste Verbindungen erforderlich sind. In diesen Fällen überzeugt die Kombination aus dem digitalen MSG(Metall-Schutzgas)-Verfahren mit dem Laserstrahl. Sowohl Qualitäts- und Produktivitätsnutzen als auch Investitionsvorteile ergeben sich daraus: Die Schweißgeschwindigkeit des von Fronius entwickelten LaserHybrid ist zwei bis dreimal höher als beim MSG-Schweißen allein. Beide Verfahren konzentrieren ihre Energie auf dieselbe Prozesszone und erhöhen so Schweißtiefe und Geschwindigkeit gegenüber den Einzelverfahren erheblich. Das Hybrid-Verfahren minimiert den Bauteilverzug dank des geringeren Energieeintrags und bildet deutlich weniger Spritzer.

Reparaturschweißen an Propellern gehört zum Tagesgeschäft der Schiffbauer. Insbesondere an kleinflächigen Stellen überwiegt das Handschweißen.

Auftragendes Schweißen wird branchentypisch entweder beim Veredeln besonders beanspruchter Oberflächen oder zur Reparatur beschädigter Metallpartien angewendet. In beiden Fällen vermischt sich der aufgetragene Werkstoff metallurgisch mit dem Grundmaterial. Im ersteren Anwendungsfall, genannt auch „Cladding“ oder Plattieren – wird eine veredelnde Schicht aufeinen „unedleren“ Grundwerkstoff geschweißt. Im zweiten Fall, genannt Konditionieren (mit dem Anwendungsschwerpunkt Reparatur), erfolgt materialgleiches Auftragen. Gegenüber den konventionellen MSG-Prozessen erweist sich hier ein „kälteres“ Verfahren als profitabel für die Anwender: CMT(Cold Metal Transfer).

Energieeffizienz beim Schweißen: Die reinen Leistungsdaten der Systeme geben darüber nur bedingt Auskunft, denn entscheidend sind die Auswirkungen des Fertigungsprozesses. Sie beeinflussen die Energiebilanz weit stärker als Einzelfaktoren, etwa ein verringerter Stromverbrauch des Schweißsystems. Energie-Effizienz im Sinne von Nachhaltigkeit reicht bis ans Ende des Produktlebenszyklus‘ und sein Recycling und lässt sich folglich erst unter Einbeziehung aller relevanten vor- und nachgelagerten Prozesse bewerten. Der Trend geht zu mehr integrierter Intelligenz der volldigitalen Schweißtechnik. Die Umstellung von stufengeschalteten auf digitale Stromquellen hat die Energiebilanz stark verbessert. Digitale Inverter überzeugen mit einem etwa 15 Prozent höheren Wirkungsgrad und damit deutlich geringerer Stromaufnahme.

Fronius sorgt für wirtschaftliche Schweißprozesse im Schiffbau.

Technik im Detail: Schweißarbeiten mechanisieren
Höhere Produktivität und bessere Effizienz sind im Fahrzeug- und im allgemeinen Maschinenbau durch konsequente Automatisierung mittels Robotern zu realisieren. Dies ist auf den Schiffbau mit seiner „Losgröße 1“ kaum übertragbar. Hier eröffnen intelligente Mechanisierungslösungen für wiederholbare Fahrwege und Schweißbahnen günstigeren Möglichkeiten. Zwei typische Einsatzfelder bilden die Panelfertigung und die Rohrmontage. Zum mechanisierten Einsatz des MSG-Verfahrens an Längskehlnähten in horizontaler wie auch vertikaler Position und integrierter Pendelung zeichnen sich die akkumulatorbetriebenen Fahrwerke FDV aus.

Ihre kompakte und leichte Bauweise bewährt sich im Panel- oder Blockbau. Die Geräte sind mit der TransSteel Yard und dem Standard Handschweißbrenner kombinierbar. Programmtasten für den Verfahrweg, der Segmentschweißung und zur Endkraterfüllung gewährleisten hohe Einsatzflexibilität und Bedienkomfort. In der Rohrfertigung und -montage sind je nach Wandstärke der zu fügenden Rohre ein- bis mehrlagige Rundnähte zu setzen. Für diese Aufgaben sind Orbital- Schweißsysteme prädestiniert, die sich für Werkstoffe aus Stahl, aus CrNi und Cu eignen. Intelligente Steuerungen und Stromquellen sowie eine Schweißdatenüberwachung sorgen für Prozesssicherheit und beste Schweißergebnisse.

Autoren: Marianne Walz, M.A., und Dipl.-Ing. Gerd Trommer, rgt redaktionsbüro gerd trommer, im Auftrag von Fronius International