Metallische Bauteile, die starken mechanischen Belastungen, hohen Temperaturen oder aggressiven chemischen Verbindungen ausgesetzt werden, sind von hohem Materialverschleiß betroffen. Solche Bauteile können durch eine Schutzschicht gestärkt werden, die in Form eines beständigeren Materials auf das Basismaterial aufgebracht wird. Es gibt unterschiedliche Gründe, eine solche Schutzschicht aufzutragen. Gegen Verschleiß wird ein Bauteil gepanzert, eine Plattierung hilft gegen Korrosion und wenn ein artfremdes Material auf das Basismaterial aufgeschweißt werden soll, dient diese Schicht zur Pufferung. Auch verschlissene Oberflächen können mit einer Schutzschicht wieder Instand gesetzt werden.
Auftragschweißen ermöglicht wirksame Schutzschichten
Wesentliche Faktoren, die bei der Aufbringung von Schutzschichten eine Rolle spielen, sind die spezifische Bauteilgeometrie sowie die Haftung und Wärmeleitfähigkeit zwischen Trägermaterial und Beschichtung. Das Auftragschweißen verfügt über beträchtliche Vorteile gegenüber anderen Verfahren. Durch Verwendung eines Schweißverfahrens wird Basismaterial abgeschmolzen, das mit dem aufgebrachten Material eine Verbindung eingeht. Als wesentliches Qualitätsmerkmal ist eine geringe Aufmischung anzustreben, die das Verhältnis zwischen Abschmelze und Auftragsmaterial definiert. Gerade hier unterscheiden sich die unterschiedlichen Schweißverfahren.
Schweißverfahren unterscheiden sich in Qualität und Effizienz
Grundsätzlich eignen sich alle Schweißverfahren zum Auftragschweißen. Das Autogen-Auftragsschweißen zeichnet sich durch ein extrem niedriges Aufmischungsverhältnis von nur 0,5% aus. Allerdings lässt sich das Auftragsmaterial mit einer Menge von 1,5 kg/h nur sehr langsam aufbringen, weshalb es für große Bauteile wenig wirtschaftlich ist. Demgegenüber schafft das Plasma-Pulver-Auftragschweißen Pulvermengen von bis 25 kg/h, ist aber auch durch ein Aufmischungsverhältnis von 5-10% gekennzeichnet. Möchte man die Aufmischung bei diesem Verfahren niedrig halten ist es notwendig, mehrere Lagen aufzutragen, was mehr Material und Fertigungsaufwand bedeutet.
Optimiertes Laser-Auftragschweißen sorgt für bessere Qualität und effizientere Fertigung
Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden hat nun mit Bosch Rexroth im niederländischen Boxtel eine optimierte Version des Laser-Auftragschweißens entwickelt, das mit einer Aufmischung von 3% auskommt, mit bis zu 15 kg/h aber relativ effizient hohe Pulvermengen aufbringen kann. Entwickelt wurde dieses Verfahren für die Beschichtung von Hydraulik-Kolbenstangen mit einer Länge von bis zu 19 Meter und bis zu 600 Millimeter Durchmesser. Die Stangen werden in eine Anlage eingespannt und bei gleichmäßigem Vorschub von einem Laser bearbeitet während sie sich drehen. Da bei dem Verfahren relativ wenig Wärme in das Basisbauteil dringt, bleibt dessen Struktur intakt. Durch die geringe Aufmischung und hohe Auftragsrate lassen sich mit dem Verfahren des Laser-Auftragschweißens sehr effizient große Mengen an Beschichtungen anfertigen. Damit dürfte diese Technik das Potential haben, den Schutz strapazierter Metallbauteile auch in anderen Bereichen maßgeblich voranzubringen.
Bild: Hydraulikstangen durch Aufschweißen härten, Fotolia©illusoryreality