Schweißnahtvorbereitung in XXL

Von Beginn an arbeitet die 2017 gegründete Haizea Wind Group im Bereich der On- und Offshore-Industrie. Seit 2018 fertigt das Unternehmen am Standort Bilbao riesige Windtürme. Nun steigt Haizea in den Monopilemarkt ein und erweitert den Standort um ein weiteres Hallensegment. Monopiles sind Fundamente für Offshore-Windparks – große Stahlsäulen mit Wandstärken bis 150 mm, Durchmessern bis 15 m, Längen bis 100 m und Stückgewichten bis zu 2.500 t. Bereits im zweiten Quartal dieses Jahres soll die Produktion beginnen.

Monopiles bestehen aus einer Vielzahl von miteinander verschweißten Stahlringen (Rohrschüsse). Aufgrund ihrer riesigen Durchmesser von bis zu 15 m werden die Schüsse wiederum aus mehreren Einzelblechen zusammengesetzt. Diese Fertigungsweise führt dazu, dass sowohl Längs- als auch Rundnähte entstehen: Längsnähte bei der Herstellung der Schüsse, Rundnähte beim Aneinanderfügen der Schüsse. Bevor die Einzelteile zusammengeschweißt werden können, müssen an ihren Kanten sowohl innen als auch außen präzise Fasen angebracht werden. Je präziser die Fasen, desto belastbarer sind später die Schweißnähte und damit das komplette Monopile. Da Haizea bereits seit 2018 mit einer 55 kW-Längsnahtfräsmaschine und zwei 55 kW-Rundnahtfräsmaschinen von Graebener arbeitet, orderte Haizea jetzt zwei weitere Fräsanlagen zur Schweißnahtvorbereitung des Siegener Sondermaschinenbauers.

Zum Lieferumfang gehört eine 55kW-Längsnahtfräsmaschine und eine 55kW-Rundnahtfräsmaschine mit speziellem Höhenadapter und einem Untersatz, der es ermöglicht, die Rundnahtfräse mittels eines selbst angetriebenem Niederflurförderfahrzeug (SPMT) schnell an den zu bearbeitenden Rundnähten der Monopile-Sektionen zu positionieren und auszurichten. Mit den Anlagen werden die Verbindungsnähte der riesigen Konen und Zylinder, aus denen die Monopiles zusammengesetzt sind, für den Schweißprozess vorbereitet. Mit den Graebener Nahtfräsverfahren erhält man laut Hersteller zum einen eine gleichmäßige Fugenbreite und -tiefe über den gesamten Rohrumfang hinweg. Zum anderen ermöglichen die sauber gefrästen Fugen eine unkomplizierte Sichtprüfung der Schweißnahtinnenwurzel ohne vorheriges Reinigen, so dass die Qualität der Innenschweißnaht direkt visuell erfolgen kann. Zu guter Letzt ist die maschinelle Nahtvorbereitung eine notwendige Voraussetzung für einen automatischen Mehrdraht-UP-Schweißprozess, da der Nahterkennungssensor saubere Fugenkanten benötigt.

Laut Graebener lassen sich mit den Nahtfräsmaschinen Kosteneinsparungen von mindestens 62 % gegenüber herkömmlichen Verfahren wie Kohlestabfugen oder Schleifen erzielen. Der Grund dafür liegt in der Geometrie der gefrästen Nahtvorbereitung: Die geringere Fugenbreite – eine gefräste Fuge hat einen Öffnungswinkel von 16°, bei einer herkömmlichen Fuge wären es dagegen etwa 60° – führe dazu, dass weniger Wärmeeinbringung erfolge, weniger Schweißgut verwendet werden müsse, Energie eingespart und die Schweißzeit erheblich reduziert werde. Zudem sei das mechanische Fräsen mit bis zu 1,2 m/min schneller als herkömmliche Prozesse.

Eine Besonderheit der Lieferung ist die 2022 von Graebener entwickelte integrierte Rohrdrehvorrichtung für seine Längsnahtfräsmaschinen, mit der auch konische Rohrschüsse sicher ohne Kranhandling und ohne Seitendrift positioniert werden können. Auf einer Fräsmaschine muss jede Längsnaht eines Rohrschusses (je nach Durchmesser bis zu drei Stück) zur Bearbeitung in eine exakte 6-Uhr-Fräsposition gedreht werden. Üblicherweise erfolgt dies mit Hilfe von Kränen. Eine integrierte Vorrichtung jedoch erleichtert die Positionierung der Rohrschüsse, so dass der Drehprozess mit Zeitersparnis durchgeführt werden kann. Mit der Drehvorrichtung werden die zylindrischen und konischen Schüsse sicher angehoben, gedreht und definiert abgesenkt – selbst Schüsse mit sehr großen Durchmessern, Konenwinkeln bis zu 6° und einem Stückgewicht bis zu 150 t. Da das Drehen konischer Rohrschüsse geometrisch bedingt eine Drift in Rohrlängsrichtung auslöst, hat Graebener spezielle Walzen entwickelt, die den Rohrschuss drehen und die Längsdrift gar nicht erst entstehen lassen. Mittels elektromotorischer Servoantriebe werden die Walzen so positioniert, dass die konischen Rohrschüsse nur auf dem größten und kleinsten Rohrdurchmesser auf der Mantellinie abrollen. Die Drehgeschwindigkeiten werden automatisch angepasst und somit eine Drift in Rohrlängsrichtung verhindert.

Eine zweite Besonderheit – ein spezieller Höhenadapter – ermöglicht Haizea, auf der Rundnahtfräse sehr unterschiedlich große Rohrdurchmesser zu bearbeiten. Um Sektionen aus zylindrischen und konischen Schüssen zusammensetzen zu können, müssen sie auf einer konstanten horizontalen Mittellinie positioniert werden. Somit entstehen durch die unterschiedlichen Durchmesser der Konen unterschiedliche Arbeitshöhen für die Rundnahtfräse. Mit einem eigens dafür entwickelten Adapter kann die Fräse in zwei unterschiedlichen Höhen an den Rohrsektionen platziert werden. Ein darunter platzierter Untersatz erlaubt das Verfahren der Fräsmaschine inklusive Adapter mittels Flurförderfahrzeug.