Formiertechnik beim Schweißen: Grundlagen, Verfahren und Auswahl

Was versteht man unter Formiertechnik beim Schweißen?

Beim Formieren wird die vorhandene Luft im Bereich der Schweißnahtwurzel durch ein geeignetes Wurzelschutzgas verdrängt beziehungsweise so weit verdünnt, bis eine für die jeweilige Anwendung geeignete Atmosphäre erreicht ist. Diese Atmosphäre wird während des Schweißens und, falls erforderlich, auch während der Abkühlung aufrechterhalten. Besonders häufig kommt das Verfahren bei Rohrleitungen aus nichtrostenden Stählen, Duplexstählen, Nickellegierungen sowie reaktiven Werkstoffen wie Titan zum Einsatz.

Das Formieren unterscheidet sich von der normalen Schutzgaszufuhr am Schweißbrenner:

Ohne zusätzlichen Schutz können an der Wurzelseite Oxidation und Anlauffarben entstehen. Bei nichtrostenden Stählen können solche thermisch entstandenen Oxidschichten auch die Korrosionsbeständigkeit beeinflussen. Farbe allein ist allerdings kein zuverlässiger Maßstab für das tatsächliche Korrosionsverhalten.

Warum Restsauerstoff und Gasführung für die Schweißnaht entscheidend sind

Ein wichtiger Prozesswert beim Formieren ist der Restsauerstoffgehalt in der Formierkammer. Bei hochwertigen Anwendungen wird dieser häufig in ppm angegeben. Einen allgemein gültigen Grenzwert für alle Werkstoffe und Schweißaufgaben gibt es jedoch nicht. Der erforderliche Wert hängt unter anderem vom Werkstoff, Wärmeeintrag, Schweißverfahren, Oberflächenzustand und von den jeweiligen Qualitätsvorgaben ab.

Ebenso entscheidend ist die Gasführung. Eine kleine, gut abgedichtete Formierkammer benötigt grundsätzlich weniger Gas als das vollständige Spülen einer langen Rohrleitung. Dabei muss das Schutzgas kontrolliert einströmen und die verdrängte Atmosphäre über einen definierten Auslass entweichen können. Ein hoher Gasdurchfluss führt nicht automatisch zu einer kürzeren Spülzeit. Bei ungeeigneter Strömungsführung können Turbulenzen entstehen, wodurch sich Luft und Schutzgas stärker vermischen.

Welche Möglichkeiten gibt es, einen Rohrbereich zu formieren?

Je nach Rohrdurchmesser, Rohrlänge und Zugänglichkeit kommen unterschiedliche Formiersysteme zum Einsatz:

• Vollständiges Spülen eines Rohrabschnitts Geeignet für kurze oder kleine Rohrbereiche, bei denen das gesamte Innenvolumen mit Schutzgas gefüllt wird.
• Rohr- und Formierstopfen Verschließen Rohrenden und ermöglichen eine definierte Gaszufuhr und Gasabführung.
• Dichtscheiben und Dichtlippensysteme Begrenzen den zu spülenden Bereich auf eine lokale Formierkammer rund um die Schweißnaht.
• Aufblasbare Formiersysteme Passen sich an die Rohrinnenwand an und erzeugen ebenfalls eine lokal begrenzte Kammer.
• Flexible oder temporäre Systeme Kommen bei Rohrbögen, schwer zugänglichen Bereichen oder fehlender Rückholmöglichkeit zum Einsatz.

Für Rohrbögen oder bereits montierte Leitungen ist nicht nur die Abdichtung entscheidend. Das System muss auch sicher positioniert und nach dem Schweißen wieder entfernt werden können. Ein Schleppschuh gehört zwar ebenfalls zum erweiterten Schutzgasbereich, ist technisch aber nicht mit einer geschlossenen Formierkammer im Rohr gleichzusetzen.

Was beeinflusst die Auswahl des passenden Formierverfahrens?

Die Wahl eines geeigneten Systems sollte nicht allein nach dem Rohrdurchmesser erfolgen. In der Praxis entscheidet zunächst das zu spülende Volumen. Je größer Rohrdurchmesser und Länge des eingeschlossenen Bereichs sind, desto stärker wirkt sich eine lokal begrenzte Formierkammer auf Gasbedarf und Spülzeit aus. Wie groß dieser Unterschied ausfällt, zeigt der Vergleich:

Ebenso wichtig sind Rohrgeometrie und Zugänglichkeit. Gerade Leitungen erlauben andere Systeme als Rohrbögen, T-Stücke, Flansche oder bereits montierte Rohrnetze. Die Formiereinheit muss sicher positioniert und nach dem Schweißen wieder entfernt werden können. Bei schwierigen Rohrführungen kann diese Rückholbarkeit sogar wichtiger sein als der reine Rohrdurchmesser.

Zusätzlich beeinflussen Werkstoff, zulässiger Restsauerstoff, verwendetes Schutzgas und geforderte Wurzelqualität die Auswahl. Bei anspruchsvollen Anwendungen kommt auch der Restsauerstoffmessung eine größere Bedeutung zu. Ob eine Verbindung einmalig auf einer Baustelle oder regelmäßig in der Fertigung hergestellt wird, kann ebenfalls darüber entscheiden, welches System in der Praxis sinnvoll ist.

Typische Fehler und praktische Faktoren beim Formieren

Viele Probleme entstehen nicht durch das Gas selbst, sondern durch eine ungeeignete Abstimmung von Dichtung, Strömung und Messung. Besonders häufig sind:

Formiertechnik bei Holzer ASS^®: Systeme für unterschiedliche Rohrleitungsaufgaben

Holzer ASS^® setzt im Rohrleitungsbau unterschiedliche Systemprinzipien ein. Für einfache Anwendungen stehen ASS Rohrstopfen zur Verfügung. Das ASS Opti-M System ist auf kleinere Rohrdurchmesser und enge Rohrführungen ausgelegt. ASS Opti deckt mittlere bis größere Rohrdimensionen ab und steht für unterschiedliche Einbausituationen zur Verfügung. Für größere beziehungsweise schwer zugängliche Rohrbereiche wird mit ASS Prime ein aufblasbares Formiersystem eingesetzt.

Gemeinsam ist den Systemen die Zielsetzung, den zu spülenden Bereich kontrolliert zu begrenzen und das Schutzgas gezielt zu führen. Holzer ASS^® verwendet für bestimmte Systeme außerdem den Begriff „Stoßformieren“. Die externe Recherche konnte diesen Begriff nicht als allgemein etablierten schweißtechnischen Standard nachweisen. Er ist daher als Holzer-ASS-Bezeichnung für ein Formierkonzept mit erhöhtem Gasdurchfluss während der Spülphase einzuordnen.