Ziel der Entwicklung
Die Zielstellung des vorliegenden Vorhabens war es, ein reproduzierbares und prozesssicheres Verfahren zum Auftragschweißen mit einem gependelten Laserstrahl-MSG-Prozess zu entwickeln. Das Projekt sollte Erkenntnisse bezüglich des Leistungspotenzials dieses Verfahrens liefern und den direkten Vergleich mit dem MAG-Auftragschweißen von Alloy 625 an Membranwänden im Kraftwerksbau ermöglichen. Das Laser-MSG-Hybrid-Schweißen beinhaltet dabei die Kombination eines Laserstrahls und eines Lichtbogens in einer Prozesszone auf der Bauteiloberfläche. Die Verwendung dieses Hybrid-Prozesses erlaubt eine Vielzahl von Parameterkombinationen, welche hinsichtlich ihrer Effekte auf den Schweißprozess im Rahmen des Projektes untersucht worden sind. Dabei wurden zunächst notwendige Verfahrensgrundlagen und Randbedingungen zum wirtschaftlichen Einsatz des Laserstrahl-MSG-Hybrid-Auftragschweißens mit Laserstrahlung im kW-Bereich ermittelt. Das Hauptaugenmerk lag anschließend auf der Verwendung einer hochfrequenten Pendelung des Laserstrahls und eines pendelnden MSG-Brenners, sowohl einzeln als auch in Kombination. Dabei stand die Gewinnung von statistisch abgesicherten Prozesskenntnissen, die Beschreibung des Verfahrensablaufs und beispielhaft die Erarbeitung einer Technologie zur Beschichtung mit einer Nickelbasislegierung im Mittelpunkt der Untersuchung. Neben dem Nachweis des Einflusses der Pendelbewegung auf den Prozess, waren Fragen zu Auftragsparametern der Schutzschicht, z. B. Aufbringungsrate, Härte, Einschweißtiefe, Aufmischungsgrad und Eisengehalt, Schwerpunkte des Forschungsprojekts.
Vorteile und Lösungen
Nach Abschluss des Projekts stehen der SLV M-V funktionelle Parametersätze zur Verfügung, welche ein prozesssicheres und reproduzierbares Auftragschweißen mit dem Laserstrahl-MSG-Hybrid-Prozessermöglichen. Es liegen fundierte Erkenntnisse zu den Verfahrensvarianten:
- Laser-MSG-Auftragschweißprozess ohne Pendelung
- Laser-MSG-Auftragschweißprozess mit pendelndem Laserstrahl
- Laser-MSG-Auftragschweißprozess mit pendelndem Lichtbogen
- Laser-MSG-Auftragschweißprozess mit pendelndem Laserstrahl und Lichtbogen vor.
Einen Vergleich mit der zum jetzigen Zeitpunkt am Markt befindlichen Anlagentechnik zeigt, dass das Laser-MSG-Auftragschweißen in Punkto Aufschmelzleistung, Aufmischungsgrad, sowie Fe-Gehalt der Auftragsschicht identische Werte liefert. In Bezug auf die Auftragsgeschwindigkeit kann insbesondere der Laser-MSG-Auftragschweißprozess mit pendelndem Laserstrahl im Vergleich zu dem am Markt befindlichen konventionellen Verfahren eine um 60 Prozent höhere Auftragsgeschwindigkeit erzielen. Durch eine entsprechende Parametrisierung der Prozesse lassen sich damit Schichthöhen von minimal 2 mm generieren, bei einem sehr geringen Aufmischungsgrad von unter 5 Prozent und einem geringen Fe-Gehalt = 2 Prozent. Dies macht das Laser-MSG-Auftragschweißen zu einem sehr flexiblen Prozess. Im Zuge der gesteigerten Auftragsgeschwindigkeit zeigte sich weiter, dass sich insbesondere der pendelnde Lichtbogen als zu träge für den Prozess erwies. Im Vergleich zum den Standard MSG-Beschichtungsverfahren konnte auch hier Steigerung der Auftragsgeschwindigkeiten von ca. 30 Prozent realisiert werden. Die Parameterermittlung und die Prozessoptimierung der einzelnen Verfahrensvarianten fanden dabei in der Schweißposition PA statt. Anschließend wurden die optimierten Parameter auf die Schweißposition PG und PF übertragen. Hierbei ist die steigende Position zu bevorzugen, da eine höhere Auftragshöhe, ein niedriger Aufmischungsgrad und geringer Fe-Gehalt erreicht werden kann. Im Gegensatz dazu kommt es in der Position PG zu einer sehr flachen Auftragsschicht mit einem hohen Aufmischungsgrad und Fe-Gehalt. Dies konnte bei allen Verfahrensvarianten beobachtet werden. Anhand der durchgeführten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen konnte zudem nachgewiesen werden, dass es zu keiner Beeinflussung des Lichtbogenansatzpunktes durch den Laserstrahl kommt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die im Projekt anvisierten industriellen Bereiche von kundenspezifischen Aufgabenstellungen für den Kraftwerksbau und Müllverbrennungsanlagen sind weiterhin aktuell.
Durch die in Deutschland eingeleitete Energiewende sind derzeit besonders Zulieferer und Fertiger der Energietechnik mit Aufgaben und Problemstellungen zur Rekonditionierung von hochbeanspruchten Bauteilen konfrontiert. Dies belegen aktuelle Anfragen an die SLV M-V GmbH, durch verschiedene Unternehmen aus diesen Industriezweigen. Zusätzlich zu den im Projektantrag benannten Marktsegmenten ergab sich die Zusammenarbeit mit verschiedenen Industrieunternehmen aus anderen Branchen. So wurden neben Beratungsleistungen zahlreiche Lohndienstleistungen im Bereich des Laserauftragsschweißens und diesbezüglicher Prüfleistungen angeboten und durchgeführt. Neben Unternehmen im maritimen Sektor, gehörten dazu insbesondere Firmen aus dem Bereich der Gleitlagerfertigung. Die Ergebnisse des Projektes werden derzeit in einem Folgeprojekt auf den Anwendungsbereich Gleitlager übertragen.