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Jun 02, 2023

Biegen vs. Schweißen in Edelstahlrohrinstallationen

Von Nick ErdeiTherma Corp. Die derzeitige Praxis für die Herstellung und Installation von Edelstahlrohren in biopharmazeutischen Anlagen ist das Schweißen (meist orbital). Das heißt, Schweißbeschläge und

Von Nick ErdeiTherma Corp.

Die derzeitige Praxis für die Herstellung und Installation von Edelstahlrohren in biopharmazeutischen Anlagen ist das Schweißen (meistens orbital). Das heißt, Fittings und Ventile werden an Rohre geschweißt, um die gewünschten Konfigurationen entsprechend den Prozessanforderungen zu erreichen. Das Material der Wahl ist Edelstahl 316L, ein austenitischer Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,035 %. Dies ist ein wichtiges Detail, da das Schweißen Edelstahl sensibilisieren und so seine Korrosionsbeständigkeit verringern kann.

Die häufigste Sensibilisierung ist die Bildung von Chromkarbid (Cr23C6) an den Korngrenzen innerhalb der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht. Dies kann zu Korrosionsrissen und schließlich zu einem katastrophalen Versagen des Materials führen. Da der Kohlenstoffgehalt nur 0,035 % beträgt, steht für den Karbidausscheidungsprozess kein Kohlenstoff zur Verfügung, wodurch die meisten Schweißnähte in Edelstahl keine Korngrenzensensibilisierung aufweisen.

Was passiert nun, wenn wir anstelle des Schweißens von Fittings und Rohren Biegen einsetzen? Der äußere Abschnitt der Biegung wird einer Zugspannung ausgesetzt, während der innere Abschnitt einer Druckspannung ausgesetzt ist. Strukturell gesehen ist dies kein Problem. Austenitischer Edelstahl gehört zum Grundmetall P-Nr. 8, das im ASME-Code als kalt biegbar ohne Wärmebehandlung nach dem Biegen anerkannt ist. Das einzig mögliche Problem ist die spannungsbedingte Korrosionsanfälligkeit, insbesondere im äußeren, auf Zug beanspruchten Bereich. Unabhängige Labortests eines durch Kaltbiegen mit einem 2D-Radius geformten 90-Grad-Bogens zeigten jedoch keine Anzeichen interkristalliner Korrosion.

Proben, die aus einer Orbitalschweißung am gleichen Rohrstück entnommen wurden, lieferten die gleichen Ergebnisse. Der einzige unerwünschte Effekt des Biegens ist die „Orangenhaut“ an der Innenfläche, die die Ra-Messwerte um einige Einheiten erhöhen kann. Die Wahl eines Materials mit niedrigerem Ra, beispielsweise 20Ra, würde jedoch selbst nach dem Biegen zu einer Oberfläche von 25Ra führen. Angesichts der erheblichen Einsparungen, die das Biegen anstelle des Schweißens mit sich bringt, sind die Kosten für den Kauf von 20Ra-Material vernachlässigbar. Zusammenfassend sagen wir, dass die Zeit gekommen ist, Rohrkonfigurationen für biopharmazeutische Prozessanlagen zu biegen.

Für weitere Informationen: Nick Erdei, QC-Manager, Therma Corp., 1601 Las Plumas Ave., San Jose, CA 95133. Tel.: 408-347-3400, Durchwahl. 1382.

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