Orbitalschweißen

Orbitalschweißen ist ein vollmechanisches Schutzgasschweißverfahren, bei dem der Lichtbogen maschinell ohne Unterbrechung 360 Grad um Rohre oder andere Rundkörper herumgeführt wird. Anlagenkomponenten: Die Grundkomponenten jeder Orbitalschweißanlage sind Stromquelle mit Steuerung, Schweißkopf und ggf. Drahtvorschub. Bei den Anlagen sind die Schweißparameter (z. B. Lichtbogenlänge, Stärke und Pulsfrequenz des Schweißstroms, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgastyp), abhängig von der Schweißnahtgeometrie, dem Grund- und Zusatzwerkstoff sowie anderen Komponenten wie z. B. dem  Schutzgastyp, frei programmierbar. Das Schweißverfahren ist entweder das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) oder das Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG). Der eigentliche Schweißprozess erfolgt mittels einer Schweißzange , auch Orbitalschweißkopf genannt, die in der geschlossenen Ausführung das Rohr ganz umfasst und auf den Rohrdurchmesser abgestimmt sein muß. In der Kammer, welche mit dem Schutzgas vollständig ausgefüllt ist, wird der Schweißkopf um das Rohr herumgeführt.

Die Zuführung von Schweißzusatzwerkstoff ist wegen der Kapselung nicht möglich.
Deshalb werden die Rohre stumpf (spalt- und versatzfrei) aneinandergefügt (I-Fuge). Dieser Schweißzangentyp ist wegen des vollständigen Umschließens des Rohres besonders für die Verarbeitung von nichtrostenden Stählen geeignet, da die Rohrnaht aussenseitig nicht oxidieren kann.
Es entstehen also keine Anlauffarben. Die Rohrinnenseite muss weiterhin durch Formieren vor der Oxidation geschützt werden. Die Abmessungder Schweißzange ist vergleichsweise  kompakt, so dass auch unter beengteren Montageverhältnissen noch geschweißt werden kann. Die Anwendung einer geschlossenen Schweißzange ist auf kleinere Rohrdurchmesser von zur Zeit etwa 76 mm (DN65) beschränkt. In der offenen Ausführung umfasst die Schweißzange das Rohr nicht vollständig; es existiert keine abgeschlossene Schutzgaskammer. Die möglichen Rohrdurchmesser sind in Intervallen variabel, von zur zeit wenigen Millimetern bis etwa 275 mm (DN 250). Wegen des mit der Größe schnell ansteigenden Gewichts und der geringen Kompaktheit ist das Verfahren ab einem gewissen Rohrdurchmesser nicht mehr wirtschaftlich anwendbar und handhabbar. Es kann Schweißzusatzwerkstoff zugeführt werden, da die Schweißkammer offen ist. Somit sind auch andere Nahtvorbereitungen als die spaltfreie I-Fuge  möglich. Im Allgemeinen wird die tulpenförmige U-Fuge bevorzugt. Für größere Rohrdurchmesser , die insbesondere im Kessel- und Pipelinebau erforderlich sind, kommen Schweißsysteme zum Einsatz, bei denen der Lichtbogen bzw. der Brennerkopf auf einer Schiene um das Rohr herumgeführt wird.
Bei mehrlagigen Schweißungen sind es manchmal auch mehrere Brennerköpfe, die gleichzeitig hintereinander die Schweißlagen einbringen. Eine max. Rohrdurchmesserbegrenzung gibt es bei diesen Systemen nicht.
Anwendung: Das Orbitalschweißverfahren kommt vorzugsweise im Rohrleitungsbau zur Anwendung, wo unter kontrollierbaren Bedingungen gleichbleibend hohe Nahtqualiltäten erzielt werden müssen. Hauptanwendungsgebiete sind der Pipelinebau, der Kesselbau, die Nahrungsmittel- und die chemische Industrie.
Rohrwandstärken und Wirtschaftlichkeit:  Nach dem Stand der Technik im Jahr 2009
ist die Orbitalschweißung nur bei einlagigen Schweißungen wirtschaftlich. Eine Ausnahme bilden Werkstücke, bei denen die Schweißnahtqualität im Vordergrund steht. Können reproduzierbare , gleichbleibende Nahtqualitäten  erzielt werden, tritt die Schweißgeschwindigkeit hinter die Schweißsicherheit zurück. Bei gleichzeitigem Einsatz mehrerer Schweißköpfe, z. B. im Pipelinebau, erlaubt das Orbitalschweißen  - auch bei Mehrlagenschweißung – hohe Schweißgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Dies ist aber wegen der Abmessung solcher Anlagen auf große Rohrdurchmesser beschränkt. Bei kleineren Abmessungen gilt allgemein, dass wegen der deshalb höheren erzielbaren Schweißgeschwindigkeit  mit der spaltlosen I-Fuge gearbeitet werden sollte. Dies ist bis etwa 4 mm möglich. Andernfalls ist der Rohrstoß als U-Fuge vorzubereiten. Die Vorbereitung dieser Fuge muss vollmaschinell  z. B. durch Drehen erfolgen, da mit manuellen oder teilmechanischen Verfahren keine ausreichende Qualität der Nahtvorbereitung erzielt werden kann. Die Schweißung kann nur unter Zugabe von Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt werden, was offene Schweißzangen erforderlich macht. Diese Faktoren machen die Orbitalschweißung dann gegenüber der manuellen Schweißung – vor allem auch bei evtl. notwendiger Mehrlagenschweißung – unwirtschaftlich, und sie wird nur bei hohen Anforderungen an die Nahtqualität eingesetzt.