Formieren

Das Formieren ist ein Verfahren, durch das die Nahtwurzel während des Schweißens oder bei dem Hartlöten der Sauerstoff der Innenrohrwandung mit einem Schutzgas bzw. Formiergas ferngehalten wird. Beim Hartlöten von Kupferrohren und Kupferlegierungen ( Messing [Kupfer-Zink | Cu-Zn], Rotguss [Rotmessing Kupfer-Zink-Zinn-Legierung | Cu Zn Sn]), und hier besonders bei Kältemittelleitungen, verhindert eine Formierung eine Oxidation (Zunderbildung) der Rohroberfläche an der Innenseite.Lötverbindungen, die unter Verwendung des Formierens entstehen, benötigen keine aufwendigen Nacharbeiten.

Ohne das Formieren bildet sich bei dem Erwärmen auf der Rohrinnenoberfläche eine helle bis dunkelbraune Verfärbung (Anlauffarben) bis hin zur Zunderbildung. Diese werden dann später, besonders durch HFKW-Kältemittel mit synthetischen Ölen, abgetragen. Die festen Zunderteile können zu Schäden an den Kälte-Armaturen, Ventilen, Mess- und Regeleinheiten führen. Die Folge ist dann ein Anlagenausfall.

Vor und während des Hartlötvorgangs sind die Rohrleitungsabschnitte, in denen Fittings installiert werden sollen, mit trockenen Inertgasen (z. B. Edelgase, Stickstoff und deren Mischungen) oder Formiergas (z. B. Stickstoff-Wasserstoff, Stickstoff-Argon) zu spülen. So bleiben Rohre oxidfrei und es kann  eine Oxidation bzw. Zunderbildung auf den Innenoberflächen des Kupferrohres und den Fittings verhindert werden. Hierbei darf der Wasserstoffanteil des Gases aus Sicherheitsgründen einen Maximalwert von 4 Vol.-% nicht überschreiten.
In der Regel wird Stickstoff zum Formieren verwendet. Das Gas wird z. B. durch das Schrader-Ventil in das System eingebracht und auf der anderen Seite durch eine Öffnung über ein Wasserbad abgelassen.

Eine Stickstoff-Gasflasche wird mit einem Druckminderer verbunden und über einen Schlauch oder ein Rohrstück an die Einfüllöffnung der Anlage angeschlossenen. Dabei ist eine Druckeinstellung nicht erforderlich. Es genügt, dass durch das eingebrachte Gasvolumen der Sauerstoff ausreichend verdrängt wird. Dabei hat sich eine Durchflussmenge von 1 - 1,4 l/min oder einem Druck von 0,10 - 0,14 bar bewährt. Das Austrittsventil an der Anlage wird dann soweit geöffnet, bis eine leichte Gas-Ausströmung erreicht ist. Erst dann beginnt man mit dem Erwärmen der Lötstelle und lässt so lange Gas einströmen, bis die Lötstelle erkaltet ist.

Ein zu hoher Gasdruck oder eine zu hohe Durchflussmenge muss vermieden werden, damit die Lötstelle nicht zu stark abkühlt, weil sonst der Lotfluss (die Kapillarwirkung) erheblich beeinträchtigt wird.

Das Formieren in der Schweißtechnik führt nicht nur zu einer verbesserten Qualität der Schweißnähte, sondern kann bei korrekter Ausführung eine Nachbearbeitung der Schweißnähte überflüssig machen.

Die Aufgabe beim Formieren ist erst einmal einfach. Die Luft in einem geschlossenen (oder nahezu geschlossenen) Volumen ist vollständig durch ein Schutzgas zu ersetzen. Aber in der Praxis ist das schwieriger, als man es vermutet. Gase verhalten sich nicht immer wie erwartet, zudem drängt der allgemeine Zeit- und Kostendruck dazu, eine Spülung so schnell wie möglich zu erledigen, was häufig zu nicht optimalen Ergebnissen und vermehrter Nacharbeit führt.

Man unterscheidet drei der Spülungarten:
• Bei einer Verdrängungsspülung schiebt das Schutzgas die zu entfernende Luft bei möglichst geringer Vermischung vor sich her. Dieses Prinzip ist z. B. für große Behälter denkbar. Besonders zu beachten ist hierbei die Dichte des Schutzgases und die Vermeidung von Verwirbelungen. Im Idealfall wird bei dieser Art der Spülung nur so viel Schutzgas verwendet, wie das zu spülende Volumen beträgt, aber dieses Ideal ist in der Praxis nicht zu erreichen.
• Bei der Verdünnungsspülung verteilt sich das Schutzgas gleichmäßig im Raum und vermischt sich mit der zu entfernenden Luft. Die Spülung wird so lange fortgesetzt, bis ein gewisser Restsauerstoffgrenzwert unterschritten wird. Das benötigte Schutzgasvolumen beträgt dabei zwangsläufig ein Vielfaches des Raumvolumens. Die Größe dieses Faktors hängt vom Durchmischungsgrad und vom gewünschten Restsauer- stoffgehalt ab und ist nicht exakt vorhersagbar.
• Die Evakuierungsspülung wird im Bereich der metallverarbeitenden Industrie nur selten eingesetzt. Bei dieser Methode wird das zu spü- lende Volumen zunächst so weit wie möglich evakuiert und dann mit Schutzgas geflutet. Dieser Vorgang kann bei Bedarf mehrere Male wiederholt werden. Zu beachten ist, dass der Behälter dazu vakuumfest sein muss, damit er bei der Evakuierung nicht kollabiert.
quelle: Dipl.-Ing./EWE Thomas Ammann, Linde AG