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Monday, September 19, 2016, Weißer Saal 1:30 PM Fügetechnische Anwendungen II |
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MagnetArc Schweißen - Moderne Fügetechnik zum Verschweißen dickwandiger Rohre in der Bohrindustrie
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Thomas Hassel / Institut für Werkstoffkunde
Leibniz Universität Hannover, BRD Dragan Aldag* / Leibniz Universität Hannover / Institut für Werkstoffkunde, Deutschland Aret Varahram/ Leibniz Universität Hannover / Institut für Werkstoffkunde, Deutschland |
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In der Bohrindustrie werden Rohrsegmente zur Bohrlochauskleidung durch Präzisionsgewindeverbinder verbunden. Um dominierende Anteile der Kosten der Gesamtinstallation einer Bohrung zu reduzieren, wird der Einsatz der Monobore-Technologie entwickelt. Statt des teleskopförmigen Aufbaus können Bohrungen mit konstanten, kleineren Durchmessern realisiert werden. Hierfür werden die Rohrsegmente mit kostenintensiven und leckageanfälligen Spezial-Gewindeverbindern verschraubt. Das vertikale MagnetArc-Schweißverfahren (Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen) bietet eine schnellere, kostengünstigere und sichere Alternative für diese Verbindungstechnologie. Das MagnetArc-Verfahren eignet sich zum Fügen rotationssymmetrischer Hohlprofile und wird seit den 70er Jahren erfolgreich in der Automobilindustrie eingesetzt. Bei diesem Pressschweißverfahren werden die Werkstückstirnflächen mithilfe eines Lichtbogens aufgeschmolzen und anschließend verpresst. Die Lichtbogenrotation erfolgt durch ein externes Magnetfeld. Die Verfahrensvorteile liegen in kurzen Prozesszeiten, guter Reproduzierbarkeit durch hohe Automatisierung und sehr hoher Verbindungsqualität. Die relevanten Rohrdurchmesser für z.B. Geothermiebohrungen liegen bei 244,5 mm und höher bei Wandstärken von 12,7 bis 25,4 mm. Bislang werden mit MagnetArc im industriellen Einsatz Rohre mit Durchmessern bis 140 mm bei Wandstärken von max. 10 mm gefügt. Diese Verfahrensgrenze muss für den Einsatz in der Bohrindustrie erweitert werden. Hierfür wurde am Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover in umfangreichen Untersuchungen der in der Bohrtechnik eingesetzte Stahl L80 Type1 im Labormaßstab (Ø48 x 3 mm) für diesen Einsatzzweck untersucht. Die Aufweitung wurde in Rohraufweitversuchen nach DIN ISO 8493 geprüft. Sie lag ohne Wärmenachbehandlung über den möglichen Aufweitraten der Gewindeverbinder und betrug 23,5%. Im Anschluss wurde in Zusammenarbeit mit Baker Hughes eine vertikale MagnetArc-Schweißanlage als Prototyp entwickelt und in Betrieb genommen. Diese ermöglicht das Verschweißen von Rohrsegmenten mit Durchmessern bis 300 mm und Wandstärken bis 25,4 mm. Für die Dimension Ø244,5 x 12,7 mm konnten erfolgreiche Schweißversuche durchgeführt werden. Spannungs- und Stromverläufe wurden hochauflösend aufgezeichnet und Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen prozessbegleitend durchgeführt. Die Ergebnisse der Arbeiten werden dargelegt. |