Einflussgrößen beim vollmechanisierten Plasma-Pulver-Auftragsschweißen in Zwangslagen. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2004), S. 214-219
Der industrielle Einsatz des Plasma-Pulver-Auftragschweißens mit übertragenem Lichtbogen hat im letzten Jahrzehnt stark zugenommen. Die Möglichkeit eine breite Palette an Auftragswerkstoffen in Pulverform bei hohen Auftragsleistungen, geringer Wärmeeinbringung und geringer Durchmischung aufzutragen zeichnet dieses Verfahren aus. Die Prozessführung des PTA- Auftragschweißens in Wannenlage ist weitestgehend untersucht. Für den industriellen Einsatz besteht jedoch weiterhin großes Interesse den Anwendungsbereich auf Zwangslagen, steigend oder fallend schweißen, auszuweiten, um z. B. bei Reparaturen Standzeiten durch Ausbau und Instandsetzung der verschleißbeanspruchten Bauteile zu verringern. Im Rahmen dieses Beitrages wird das Auftragschweißen von verschleißbeanspruchten Funktionsflächen in Zwangslagen behandelt. In Auftragspositionen, die der Wannenlage abweichen, kommt der Schwerkraft einer besonderen Bedeutung zu, da diese zum Herabfließen der Schmelze und zur Bildung von Tropfen führt. Die Bearbeitungsstrategie ist so auszuwählen, dass die Prozessgeschwindigkeit höher als die Erstarrungsgeschwindigkeit ist. In den dargestellten experimentellen Untersuchungen werden Strategien zum erfolgreichen Bearbeiten von Auftragschichten in Zwangslagen aus Ni-Basis und Co- Basis Pulvern aufgezeigt. Neben den Prozessparametern Plasmastromstärke und Auftraggeschwindigkeit wird ein besonderes Augenmerk auf die Auswirkung des Vorwärmens des Substrates und der Substratdicke gelegt.
Werkstofftechnische Aspekte bei der Auswahl von Laserquellen für die Fügetechnik. - In: Stand und Perspektiven in der Lasermaterialbearbeitung, (2004), S. 139-148
Die Entwicklung von Hochleistungsdiodenlasern bis hin zu 6 kW und von Nd:YAG Lasern höherer Leistung hat in den letzten Jahren, mit dem Ziel schnellere Prozesse zu ermöglichen, rasant zugenommen. Die Eignung einer Laserquelle für die Fügetechnik kann sich sehr unterschiedlich bewerten lassen. Wirkungsgrad, Schweißgeschwindigkeit oder Verwendung von Lichtleitfasern sind nur einige fertigungstechnische Aspekte bei der Auswahl von Laserstrahlquellen. Bei der Qualifizierung von Schweißverfahren für Dünnbleche werden bei Stahlwerkstoffen oftmals die Ausbildung des tragenden Querschnittes, der Nahteinfall und die Porenfreiheit bewertet. Der Einsatz von neuartigen Hochleistungslaserquellen mit Fokustaillen unterschiedlicher Ausbreitung und Form führt zur Erweiterung der Prozessgrenzen für diese Laserart. Neue Prozessbedingungen rufen jedoch eine veränderte Temperaturverteilung im Werkstoff hervor, die zu einer Veränderung der werkstofftechnischen Merkmale, wie Erstarrungsbedingungen und Schmelzbadform, und der Belastbarkeit führt. In diesem Beitrag werden vergleichende Untersuchungen zum Fügen von laserstrahltypischen Verbindungen aus austenitischen Stahlwerkstoffen an einem 4,4 kW Nd:YAG Laser und an unterschiedlichen Hochleistungsdiodenlasern (der Leistung 6 kW und 3 kW) präsentiert. Die Prozessmerkmale beider Laserquellen, wie beispielsweise Einschweißtiefe und Geschwindigkeit, Spaltüberbrückbarkeit und Positionierung des Brennfleckes werden ausgearbeitet und bieten dem Anwender eine Hilfe und eine Referenz bei der Auswahl. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein besonderes Augenmerk auf die Eigenschaften der Verbindungen gelegt. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass die Erstarrungsbedingungen, die sich aus dem Temperaturfeld, und damit aus der Wahl der Laserquelle und Prozessbedingungen, ergeben, eine entscheidende Rolle auf das Tragverhalten auch unter schwingender Belastung spielen. Somit ergeben sich weitere werkstofftechnische Aspekte, die bei der Auswahl der Laserquelle betrachtet werden müssen.
Nutzung von Synergieeffekten zur Erhöhung der Prozessflexibilität und -effizienz in der Laseroberflächenbehandlung. - In: Stand und Perspektiven in der Lasermaterialbearbeitung, (2004), S. 202-211
Einfluss der Strom-Spannungs-Charakteristik auf die Schichtbildung und -eigenschaften beim Lichtbogenspritzen. - In: Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, (2004), S. 95-100
Optimisation of energy management through plasma-augmented-laser-cladding (PALC). - In: Conference proceedings, (2004), insges. 7 S.
Laser cladding is a very promising technology from a metallurgical point of view. The benefits are low heat input into the substrate, high cooling rates resulting in a fine microstructure of the coating and an excellent metallurgical bonding to the substrate. The main disadvantage of laser cladding, however, is poor process efficiency, which causes high processing costs. In order to gain interest on the industrial level an optimisation of the energy management, for example reducing the energy loss through conduction, is necessary. Improved process efficiency and reduced processing time can be realized by a hybrid technology of coupling laser with a plasma arc. The feed can be coaxial to the plasma gun in form of powder. The main advantage of this process is that the processing area as well as the powder is preheated and activated by a transferred arc. The laser power is mainly used for heating up the feedstock material till melting temperature. The experimental results prove the theoretical considerations. Compared to laser cladding an increase in cladding speed and a lower energy input are reached. Further the efficiency towards material can be nearly doubled, reducing stock costs. At last the heat-affected zone is reduced, which offers the possibility to process crack sensitivity materials.
Thin plasma-transferred-arc welded coatings : an alternative to thermally sprayed coatings?. - In: Optimisation of energy management through plasma-augmented-laser-cladding (PALC), (2004), insges. 6 S.
HVOF-, arc- and plasma sprayed coatings are widely used for wear protection. Today these type of layers are dominant if thin coatings from 50 up to 500 micro m and low heat input into the work piece are required. The main disadvantage of thermally sprayed coatings is the adhesion to the substrate and the early failure when cyclic loaded. In both cases a metallurgical bonding to the substrate can improve the life cycle time. Plasma transferred arc (PTA) welded coatings show a metallurgical bonding to the substrate. The main disadvantages of this coating technology are the dilution of about 5%, the heat input into the substrate and that nowadays all welding positions seem to be impossible to carry out. In this paper the theoretical background for welding thin coatings (less than 500 micro m) with a decreased dilution and in all welding positions is given and experimentally proved.
Arc spraying with dynamic current generators. - In: Thin plasma-transferred-arc welded coatings, (2004), insges. 7 S.
Low running costs, high spray rates and efficiency make electric arc spraying a good tool for coating large areas with high production rates. The main applications are in the field of corrosion and wear protection of large structures, e. g. parts for bridges or offshore industry. New applications are expected for high quality coatings produced by cored wires. Disadvantages of the arc spraying process are that only electrically conductive wires can be processed and the lower particle velocity in comparison to other thermal spray processes like HVOF or APS. Depending on the process parameters the oxidation of particles has a negative effect on the mechanical and the electrochemical properties of the coating, too. In this paper some investigations with new and flexible power supply systems for arc spraying are presented. The particle size and the morphology of the coating can be optimised, due to the possibility of changing the current generator characteristic and modulating the power by pulsing up to 500 Hz. The oxidation of particles can be reduced by a lower heat input based on lower spray voltage. For a higher quality of the coating microstructure investigations with dynamic generators were performed for Zn, Al, ZnAl, 110MnCrTi8 and Al. An enhancement of the process stability was achieved, too.
Mechanised PPAW of thin aluminium sheets. - In: Tagungsband, (2004), S. 65-72
Study on finishing wear resistant thermally sprayed coatings: influence of feed stock material, spraying parameters and machining parameters. - In: Thermal spray 2003, (2003), S. 693-700
Eigenspannungen in laserlegierten AlSi-Schichten. - In: Härterei-technische Mitteilungen, ISSN 0341-101X, Bd. 58 (2003), 3, S. 133-140
Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eigenspannungen, die durch das Laserlegieren von Aluminiumrandschichten mit Silicium entstehen. Im Rahmen eines neu entwickelten Prozesses werden die Laufflächen von Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminium zum Schutz gegen Verschleiß mit Silicium durch einen 6 kW-Diodenlaser legiert. Dabei wird die AlSi8Cu3-Gusslegierung bis zu einer Tiefe von 1 mm geschmolzen und mit Silicium angereichert. Im Ergebnis entsteht eine AlSi35-Randschicht mit ca. 20 Gew.-% primären Siliciumausscheidungen. Bei nicht optimaler Prozessführung kommt es zu einem starken Verzug und dem Auftreten von Rissen in der Schicht. Mittels Röntgendiffraktometer konnten die Eigenspannungen in Abhängigkeit von der Bausteilsteifigkeit im Aluminium an der (311)-Gitterebene und getrennt davon im Silicium an der (331)-Gitterebene gemessen werden. Darauf aufbauend werden Möglichkeiten für die Reduzierung der Eigenspannung in der legierten Randschicht entwickelt. Durch diese Untersuchungen ist es jetzt möglich, Risse zu vermeiden, den Verzug zu minimieren und den Eigenspannungszustand in der Schicht gezielt einzustellen. So konnen bei geeigneter Wärmebehandlung sogar Druckspannungen in der legierten Randschicht erzeugt werden.