Kesselreparaturen mittels autogener Schweißung.Mit dieser Arbeit beginnt die Veröffentlichung von Aufsätzen, die sich mit der Technik komprimierter Gase befassen, die heute ein unentbehrliches Hilfsmittel der Industrie geworden sind. Von Dipl.-Ing. A. Hilpert, Privatdozent an der techn. Hochschule, Charlottenburg. Kesselreparaturen mittels autogener Schweißung. Gelegentlich eines Gutachtens hatte ich mir die Frage vorzulegen, ob bestimmte Querschnittformen größerer Materialstärken bereits im Jahre 1902 durch das heute ziemlich weit verbreitete autogene Schweißverfahren herstellbar gewesen sind. Bei meinem Studium über diese Frage mußte ich zu meiner Ueberraschung konstatieren, daß die autogenen Schweißverfahren in einem Umfange angewendet wurden, der weit größer war, als gemeinhin in technischen Kreisen angenommen wird. Andererseits mußte ich mit Bedauern feststellen, daß systematische Arbeiten auf diesem Gebiete vollständig fehlten. Die Technik benutzte diese Verfahren, nahm es als selbstverständlich hin, daß gute und brauchbare Resultate damit erzielt wurden, ohne sich weiter Rechenschaft darüber zu geben, ob die verschiedenen Methoden, die verschiedenartigen Materialien und die verschiedenartigsten Apparatekonstruktionen dieses blinde Vertrauen rechtfertigten. Ich selbst habe später versucht, systematisch auf diesem Gebiete zu arbeiten. Die Resultate sollen später veröffentlicht werden. Hier sei nur das eine bemerkt, daß sich erwiesen hat, daß umfangreiche, systematische, wissenschaftliche Untersuchungen notwendig sind, um alle diejenigen Momente klarzulegen, deren Zusammenwirken zu einer qualitativ hochwertigen Schweißstelle führt. Nach Beendigung meiner ersten Versuche machte ich die Bekanntschaft des Herrn Andrée le Châtelier, eines französischen Marineingenieurs, welcher seit einigen Jahren in Marseille emsige Studien auf dem Gebiete der Schweißungen gemacht hatte und dem es gelungen war, gerade auf dem schwierigsten Gebiete, dem der Kesselreparaturen, recht beträchtliche Resultate zu erzielen. Die Offenheit, mit welcher Herr Le Châtelier bereit war, seine Resultate mitzuteilen, und ganz besonders der Umstand, daß er freimütig die Namen der von ihm mittels autogener Schweißung reparierten Schiffe mit allen Einzelheiten nannte, der Umstand ferner, daß der Umfang der Reparaturen von Monat zu Monat zunahm und die in Betracht kommenden Schiffsversicherungs-Gesellschaften immer wieder ihre Schiffe ihm zur Reparatur übersandten, waren für mich derartig interessant, daß ich Herrn Le Châtelier bat, mir Zeichnungen und Skizzen über von ihm ausgeführte Reparaturen zur Verfügung zu stellen. Diese sollen im folgenden von mir kurz beschrieben werden. Vorweg möchte ich aber bemerken, daß nichts verkehrter wäre, als daß nunmehr all und jeder sich an diese Reparaturen heranwagte. Man muß immer bedenken, daß es sich um Reparaturen an den empfindlichsten Organen, den Dampfkesseln, handelt, bei welchen an das Material mit Recht besondere Anforderungen gestellt werden müssen und von jeher gestellt worden sind. Oft allerdings wird schon die Lage der Schweißstelle für den Ungeübten ein Hindernis sein, sich an eine derartige Reparatur überhaupt heranzuwagen. Ganz allgemein aber erfordert eine Reparatur am Dampfkessel ein so ungewöhnliches Maß an Zuverlässigkeit, Geschicklichkeit, Uebung und Ausdauer der Leute, daß nur ganz besonders hierfür trainiertes Arbeiterpersonal in Frage kommen darf. Ich habe hier gleich den schwierigsten Punkt herausgehoben, nicht minder wichtig sind die Fragen der Reinheit der Gase und der zur Verwendung kommenden Apparate in bezug auf Größe und Zusammensetzung der Flamme. Wenn bei Würdigung dieser Verhältnisse, die den Behörden und Sachverständigen in Marseille sicherlich nicht entgangen sind, die von Herrn Le Châtelier ausgeführten Arbeiten gleichwohl einen derartigen Umfang angenommen haben (s. Schlußtabelle) und auch wirtschaftlich für die in Betracht kommenden Kreise bedeutende Erfolge aufzuweisen hatten, erscheint es mir angemessen, daß auch von deutscher Seite Stellung zu dieser wichtigen Frage genommen wird. Eine Anregung hierfür zu geben ist der besondere Zweck dieses Berichtes. Das Interesse für die Reparaturen von Schiffs-Dampfkesseln mittels der autogenen Schweißung beruht auf folgenden Erwägungen: 1. Die Reparaturen können so schnell ausgeführt werden, daß die Dauer des Aufenthaltes im Hafen, sei es, um die Entladung oder Ladung oder um Reparaturen an der Schiffshaut oder an den Maschinen vorzunehmen – keineswegs verlängert wird, indem eben diese Zeit für die. Instandsetzung der Kessel ausgenutzt werden kann. 2. Mittels der autogenen Schweißung scheinen Schäden ausgebessert werden zu können, und zwar sowohl Anfressungen als auch Brüche oder Risse, die sonst den Ersatz des schadhaften Teiles durch einen neuen erfordern würden. 3. Bei Anwendung der autogenen Schweißung werden die zu reparierenden Teile an Ort und Stelle belassen; man kann also sogleich nach Feststellung eines Defektes die Reparatur vornehmen und dadurch den Dampfkessel stets in gutem Zustande erhalten. Ein Dampfkessel, welcher so methodisch und regelmäßig repariert wird, wird auch eine entsprechend längere Lebensdauer haben, als sie bisher möglich war. Seine Auswechselung wird nicht eher notwendig sein, als bis er vollständig abgeschrieben ist, während man bisher häufig schon zum Ersatz der Kessel gezwungen war, wenn nur ein Teil Abnutzungen aufwies, während sich der Rest in noch gutem Zustande befand. Beispielsweise kommt es häufig vor, daß die Rohrplatten durch Korrosionen angefressen sind. Es ist unmöglich, diese Platten auszuwechseln, ohne daß der Kessel vollständig aus dem Schiff herausgenommen wird. Man zog es daher in diesen Fällen gewöhnlich vor, einen neuen Dampfkessel einzubauen. Die autogene Schweißung ermöglicht es, die Platten an Ort und Stelle zu reparieren. 4. Es kommt sehr häufig vor, daß die Haut des Schiffes und die Dampfkessel, und zwar hauptsächlich bei alten Schiffen, nicht gleichmäßig abgenutzt werden. Mit Hilfe der gewöhnlichen Reparaturmethoden kann wohl die Lebensdauer der Haut, wenn die Dampfkessel noch gut sind, um zwei bis drei Jahre verlängert werden, jedoch ist dies bei den Dampfkesseln ausgeschlossen. Denn wenn diese völlig abgenutzt sind, und der Schiffsrumpf sich noch für einige Jahre in brauchbarem Zustande befindet, so ist man genötigt, entweder das ganze Schiff zu kassieren oder für den Einbau neuer Dampfkessel große Kosten aufzuwenden. Das ergibt eine ungleichwertige Amortisation. Mit Hilfe der autogenen Schweißung ist diese Auswechselung der Dampfkessel in den letzten Jahren der Lebensfähigkeit des Schiffes vermieden worden. Man kann mit ihrer Hilfe – sei es durch Ersatz, sei es durch Reparatur – die am meisten abgenutzten Teile wieder in guten Zustand versetzen und damit oft die Lebensdauer der Dampfkessel bis zu dem Zeitpunkte verlängern, an welchem das ganze Schiff verworfen werden muß. In Marseille konnten mehrere Schiffsgesellschaften, z.B. die Messageries Maritimes die Auswechselung der Dampfkessel durch Anwendung der autogenen Schweißung vermeiden; die Gesellschaft benutzte mehrfach den Aufenthalt ihrer Schiffe im Hafen, um nach und nach eine gründliche Reparatur mit Hilfe der autogenen Schweißung ausführen zu lassen und sie ersparte hierbei für jedes Schiff mehrere 100000 Frcs., ohne den Gewinn des Aufenthaltes von drei Monaten, welcher bei einem Ersatz der Dampfkessel unerläßlich ist, in Rechnung zu stellen. Die hauptsächlichen Schäden der Dampfkessel bestehen in Korrosionen – sei es im Innern oder Aeußern, oder in Rissen und Brüchen, sie können alle mit Hilfe der autogenen Schweißung beseitigt werden. Flammrohrreparaturen. Die Fig. 1 stellt den Typ eines Flammrohres dar, der den folgenden Betrachtungen zugrunde gelegt ist. Textabbildung Bd. 323, S. 162 Fig. 1.Ansicht in Richtung des Pfeiles M. Schnitt x y in Richtung des Pfeiles N gesehen. Aeußere Korrosionen. Die Korrosionen, welche an der Oberfläche des Flammrohres durch Berührung mit dem Wasser entstehen, werden hervorgerufen, wenn die Dampfkessel mit schlechtem Wasser gespeist werden. Häufig werden diese Korrosionen nicht genügend beachtet, und es bilden sich alsdann an der Oberfläche des Bleches in Vertiefungen Salzlager, welche eine isolierende Schicht bilden. Das Blech ist daher an diesen Stellen einer höheren Temperatur als an den übrigen Stellen ausgesetzt und es wird außerdem durch die Salze chemisch angegriffen. Diese Korrosionen können sich auf der ganzen Fläche des Flammrohres zeigen, aber in den meisten Fällen finden sie sich nur in einer ungefähr 10–20 cm breiten Zone A A (Fig. 1) in geringer Höhe über der Rostfläche und über die ganze Länge des Flammrohres verbreitet. Dies ist diejenige Stelle, an welcher das Blech der größten Hitze ausgesetzt ist und daher zugleich derjenige Teil, an welchem sich die Salzablagerungen am leichtesten bilden können. Derartige Korrosionen sind im allgemeinen sehr tief; die Ingenieure, welche nur über eine verhältnismäßig geringe Fläche verteilte Korrosionen sehen, messen diesem Umstände naturgemäß keine allzu große Bedeutung bei. Es ist übrigens außerordentlich schwierig, sich bei einer oberflächlichen Prüfung genau Rechenschaft über den Umfang der Korrosionen zu geben; wenn man aber die Korrosionen durch Abschaben der Salzlagerungen vollkommen freilegt, muß man nur allzu oft feststellen, daß sie außerordentlich tief sind und daß das Blech nur noch eine Stärke von einigen Millimetern hat. Diese Korrosionen, die also in einem geraden Bande über die ganze Länge sich hinziehen und auf beiden Seiten gefunden werden können, sind außerordentlich gefährlich, weil sie an denjenigen Orten, welche einer Kontrolle nur schwer zugänglich sind, eine starke, die Sicherheit des Kessels außerordentlich herabsetzende Schwächung des Materials hervorrufen. Bislang gab es kein Mittel, diese Korrosionen auszubessern; man mußte das Flammrohr vollkommen auswechseln. In Marseille sind derartige schadhafte Stellen in folgender Weise in einen tadellosen Zustand zurückgeführt worden. Nachdem man die Korrosionen vollkommen freigelegt hat – eine Arbeit, die mit der allergrößten Sorgfalt ausgeführt werden muß – füllt man sie auf und zwar derart, daß man gutes Material in einer oder mehreren Schweißungen, je der Tiefe der korrodierten Stelle entsprechend, aufträgt. Hierbei muß beobachtet werden, daß auch nicht das geringste Körnchen Salz auf dem Blech bleiben darf, da diese Ablagerungen die Schweißung vollkommen hindern. Textabbildung Bd. 323, S. 163 Fig. 2. In Marseille wurde diese Arbeit an mehreren Schiffen ausgeführt; die bemerkenswerteste war z.B. die Reparatur an dem Paketboot „Cholon“ der Compagnie des Chargeurs Réunis. Die 18 Flammrohre dieses Schiffes, 6 Dampfkessel mit je 3 Flammrohren in Anordnung der Fig. 2 wiesen sämtlich eine große Anzahl korrodierter Stellen auf, welche sich in einem 8–10 cm breiten Band von einem bis zum anderen Ende und an jeder Seite hinzogen. Korrosionen im Innern. Häufig begegnet man auch im Innern des Flammrohres, ein wenig oberhalb der Rostfläche gelegenen Anfressungen; diese scheinen durch die Einwirkung gewisser schlechter Kohlensorten und zwar hauptsächlich durch den darin enthaltenen Schwefel hervorgerufen zu sein. Diese korrodierten Stellen werden in der ganz gleichen Weise, wie oben beschrieben, repariert, erstrecken sie sich aber über eine beträchtliche Fläche, so ist es vorteilhaft, ein ganzes Stück des Flammrohres in der weiter unten beschriebenen Weise auszuwechseln. Risse. Risse und Sprünge sind die häufigsten im Flammrohr vorkommenden Schäden; nach den bisherigen Erfahrungen kann man sie fast an allen Dampfkesseln beobachten, welche eine gewisse Zeit im Betrieb sind. Vom 1. März 1906 bis zum 31. Dezember 1907 wurden in Marseille über 1000 Risse repariert und zwar an 80 verschiedenen Schiffen. Derartige Risse zeigten sich ebenso oft in graden als in gewellten Flammrohren. An dem Paketboot „Eugène Peraire“ z.B., welches der Compagnie Générale Translantique gehört, wurden durch Schweißung repariert: Im März 1906 72 Risse „      „ 1907 55     „ „  Oktober 1907 57     „ und an dem derselben Gesellschaft gehörigen Paketboot „Ville d'Oran“: Im April 1906 89 Risse „   März 1907 24    „ „   November 1907 55    „ Diese beiden Schiffe sind mit Rosten. System Howden, ausgerüstet. Die Risse bildeten sich hauptsächlich an den inneren Flammrohrwellen, wie es Fig. 3 darstellt. Textabbildung Bd. 323, S. 163 Fig. 3. In Fällen, in welchen diese Risse sehr nahe beieinander liegen, muß das betreffende Stück ausgeschnittenMan benutzt hierbei zum Ausschneiden das autogene Schneidverfahren mittels Sauerstoffstrahles. und ein neues eingesetet werden. Früher mußte man derartige Risse verstemmen oder Nieten einziehen lassen bezw. bei größeren Rissen Blechlappen aufnieten (Fig. 4), um hierdurch ein Größerwerden der Risse zu verhindern. Die Haltbarkeit solcher in einem Flammrohr vernieteten Lappen ist aber eine sehr geringe – im allgemeinen sind sie alle sechs Monate wieder undicht. Diese Methoden stellen also nur ein Provisorium dar, und wenn viele Risse vorhanden waren, so war ein Ersatz des ganzen Flammrohres fast unumgänglich. Dieser Ersatz scheint jetzt bei Anwendung der autogenen Schweißung nicht mehr nötig zu sein. Die obenerwähnte Schiffahrtsgesellschaft läßt ungefähr alle sechs Monate Reparaturen ausführen, welche einen Aufenthalt des Schiffes von nur etwa sechs bis acht Tagen erfordert, auf diese Weise erhält sie ihre Flammrohre in einem tadellosen Zustande. Wenn sich hierbei nach Fig. 4 geflickte Stücke in einem Dampfkessel zeigen, so ist es das beste, die Lappen zu entfernen, den Riß zuzuschweißen und die Nietlöcher einfach durch Schweißung auszufüllen. Bei der Ausführung der Reparaturen wurde oft beobachtet, daß noch eine große Anzahl Risse sich oberhalb der bereits vorher konstatierten Risse befand; dies erklärt sich daraus, daß sich die Risse von der Außenwand her nach Innen ziehen. Wenn man mit dem Brenner das Blech erhitzt, bewirkt die hierdurch hervorgerufene Ausdehnung, daß Risse zum Vorschein kommen, welche im Innern noch nicht sichtbar waren. Textabbildung Bd. 323, S. 164 Fig. 4. Man findet Risse in allen Lagen; die häufigsten, mit Ausnahme der bereits erwähnten, sind: 1. Risse, die von den Nietlöchern ausgehen und sich bis zum Rand fortsetzen (vergl. Fig. 5). Textabbildung Bd. 323, S. 164 Fig. 5. 2. Querrisse, an Wellenrohren (vgl. Fig. 6). Textabbildung Bd. 323, S. 164 Fig. 6. 3. Senkrechte Risse C C (vgl. Fig. 1) in glatten, aus zwei Teilen bestehenden Flammrohren. Wenn man derartige Reparaturen auszuführen hat (s. Fig. 7), so muß man nach der Schweißung die Nieten z, welche die beiden Enden zusammenhalten, herausnehmen; dies bietet oft wegen der engen Verhältnisse des Flammrohres große Schwierigkeiten. In solchem Falle ist man, um Zutritt zu den Nieten zu haben, genötigt, eine Oeffnung a a (Fig. 7) zu machen. Nachdem man die Nieten wieder eingezogen hat, schließt man die künstliche Oeffnung durch Einschweißen eines Stückes. Auch diese Arbeit ist des öfteren in Marseille ausgeführt worden. Textabbildung Bd. 323, S. 164 Fig. 7. 4. Bei allen Flammrohrsystemen findet man sehr häufig Sprünge D auf der Rundung des Flansches (vergl. Fig. 1), mit dem das Flammrohr an der Rohrwand befestigt ist. Dieser Teil ist Spannungen am meisten ausgesetzt und daher ganz besonders beansprucht. Ueber die Reparatur derartiger Schäden erübrigen sich nach dem bisher Gesagten nähere Erklärungen. Jedoch weist dieser Teil des Flammrohres häufig noch andere von Korrosionen oder von der Abnutzung beim Verstemmen herrührende Fehlerstellen auf, und man ist daher oft gezwungen, anstatt nur die Schweißung des Risses vorzunehmen, das ganze schlechte Stück auszuschneiden und ein neues Blechstück einzusetzen. Zu dieser Maßnahme mußte man besonders häufig bei älteren Dampfkesseln greifen, an welchen Risse mittels eines darüber gelegten Stückes ausgebessert waren. Hier war das Blech des Flammrohres alsdann mit einer großen Anzahl Nietlöcher versehen und ferner oft durch die ständigen Undichtheiten, welche durch das genietete Stück bedingt sind, angefressen. Textabbildung Bd. 323, S. 164 Fig. 8. Reparaturen an Nieträndern. Die Nietnähte an den Enden der Flammrohre leiden durch die Dehnungen außerordentlich, denn es werden Undichtheiten hierdurch erzeugt, infolge deren das Blech angefressen und ein wiederholtes Verstemmen erforderlich wird. Jede Verstemmung nutzt das Blech ungefähr 2 mm ab; wird das mehrmals nacheinander wiederholt, so ist die Kante vollkommen abgenutzt und man kann nicht mehr verstemmen, ohne die Nieten anzugreifen. Am äußeren Ende des Flammrohres bei E (Fig. 1) ist für das Blech a der Stirnwand und das Blech b des Flammrohres (Fig. 8) der Randabstand gleich und werden beide gleichmäßig durch Korrosionen und durch Verstemmen abgenutzt. Beim Erkennen von Korrosionen im Blech a ist es das beste, ein Stück c c aus dem Blech des Flammrohres b auszuschneiden, um in geeigneter Weise das Blech a reparieren zu können; nachher wird ein neues Stück c c eingeschweißt. Am anderen Ende des Flammrohres auf dem Flansch an der Feuerkammer finden sich am häufigsten Fehlstellen F (s. Fig. 1), die sich im allgemeinen, wie es Fig. 9 veranschaulicht, darstellen. Das Blech a der Feuerkammer ist häufig durch Undichtheiten angefressen, der Flansch des Bleches b des Flammrohres ist in seiner Breite durch wiederholtes Verstemmen vermindert. Man repariert zuerst die >Korrosionen des Bleches a, hiernach fügt man neues Material an das Blech b, um der Stemmkante c ihre ursprüngliche Breite wiederzugeben. Bei dieser Manipulation muß man jedoch darauf achten, daß man die Stemmkante nicht mit dem Blech a verschweißt. Textabbildung Bd. 323, S. 165 Fig. 9. Einschweißung von Stücken. Das Einschweißen von Stücken an den Flammrohren ist leicht auszuführen, weil die gebogene Blechform sich bei Ausdehnung und Zusammenziehen des Materials beim Schweißen günstig verhält. Oft waren Stücke in die Flammrohre einzuschweißen, um entweder Teile, an denen Korrosionen von großem Umfange auftraten, zu ersetzen, oder Stellen, wo sich mehrere Risse dicht nebeneinander befanden, oder endlich an den mit der Feuerkammer verbundenen Flanschen, wie bereits bei Fig. 9 besprochen. In mehreren Fällen mußte wegen zu großer Abnutzung der untere Teil des Flammrohres in seiner ganzen Länge erneuert werden, wie es H H H auf Fig. 1 im Querschnitt zeigt. Alsdann wurde ein von einem zum anderen Ende gehendes halbzylindrisches Blechstück eingefügt und mit der oberen Partie des Flammrohres durch zwei Längsschweißungen verbunden. Solche Einschweißungen wurden in Marseille auf mehreren Schiffen ausgeführt. Textabbildung Bd. 323, S. 165 Fig. 10. Wenn solche Stücke in ein Flammwellrohr einzuschweißen waren, hat man zunächst dem einzusetzenden Stück die entsprechende Wellenform gegeben und dann Material a nach Darstellung der Fig. 10 aufgetragen; hiermit sollte erreicht werden, daß die Rippen sich vollständig analog denjenigen des stehen gebliebenen Flammrohres verhielten. (Fortsetzung folgt.)