Laser-Metallabscheidung (LMD) / Laserauftragschweißen
Die Technologie der direkten Interaktion des Zusatzmaterials (Pulver oder Draht) mit einem Laserstrahl, bei dem eine Materialschicht auf der Oberfläche des Substrats aufgebaut wird, bleibt gleich – sie ist als LASERAUFTRAGSSCHWEIßEN bekannt.
Technologie
Die LASER AUFTRAGSCHWEIßEN-Technologie hat viele Namen, sodass ihre Varianten und Unterprozesse wie folgt klassifiziert werden können:
Die Laserauftragschweißen-Technologie ist ein Schweißaufbauprozess und eine ergänzende Beschichtungstechnik zu anderen traditionellen Beschichtungsverfahren, wie den auf Thermalsprühtechniken basierenden Verfahren (z.B. HVOF – High Velocity Oxygen Fuel Beschichtung, HVAF – High Velocity Air Fuel Beschichtung) sowie den auf Lichtbogenschweißtechniken basierenden Verfahren (z.B. GTAW – Gas-Wolfram-Bogen-Schweißen, PAW – Plasma-Bogen-Schweißen, PTA – Plasma-Übertragungsbogen-Schweißen, GMAW – Gas-Metall-Bogen-Schweißen, SAW – Unterpulverbogen-Schweißen usw.).
Die größten Nachteile der Lichtbogenschweißverfahren (AW) sind der hohe Wärmeeintrag in das Bauteil und, je nach den Besonderheiten, eine relativ hohe Verdünnung des aufgebrachten Materials (d.h. unerwünschte Mischung des Basismaterials mit der Auftragschicht). Der Wärmeeintrag ins Bauteil kann mechanische Verformungen verursachen, die nach dem Auftragen eine weitere Bearbeitung erforderlich machen können.
Bei den Thermalspritzverfahren (TS) wird das Beschichtungsmaterial in Pulverform durch eine Flamme oder Elektrizität geschmolzen und dann auf das Werkstück gesprüht. In den meisten Fällen handelt es sich um einen Niedrigtemperaturprozess, typischerweise <200°C. Die vier häufigsten Ausführungen dieses Verfahrens sind Flammenspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen und Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbrennverfahren (HVOF).
Die Hauptvorteile aller Thermalspritzverfahren sind der geringe Wärmeeintrag ins Bauteil, was bedeutet, dass es keine wärmebeeinflusste Zone (HAZ) und minimale Verdünnung gibt.
Der größte Nachteil des Thermalspritzens ist jedoch, dass die Bindung zwischen der Auftragschicht und dem Substratmaterial mechanisch und nicht metallurgisch ist. Dies kann zu Problemen mit der Haftung und einer schlechten Abriebfestigkeit führen, insbesondere bei punktueller Belastung.
Außerdem sind thermalspritzbeschichtete Schichten in der Regel viel stärker in Kompression als in Zug und zeigen oft eine gewisse Porosität.
Das Laserauftragschweißen erzeugt typischerweise eine hochqualitative Auftragschicht mit extrem niedriger Verdünnung, niedriger Porosität und guter Oberflächenuniformität.
Zudem überträgt das Laserauftragschweißen nur minimalen Wärmeeintrag in das Bauteil, was weitgehend Verzerrungen und den Bedarf an Nachbearbeitung vermeidet. Es verhindert auch den Verlust von Legierungselementen oder die Härte des Basismaterials.
Darüber hinaus führt die schnelle natürliche Abkühlung beim Laserauftragschweißen zu einer feinkörnigen Struktur in der Auftragschicht, die dazu beiträgt, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Die technischen Vorteile des Laserauftragschweißens gegenüber anderen nicht-laserbasierten Schweißtechniken umfassen:
- Niedrige Verdünnungsraten (<3%)
- Geringerer Bedarf an Füllmaterial
- Höhere Härte
- Kleine wärmebeeinflusste Zone (HAZ)
- Starke metallurgische Bindung (vs. mechanische Bindung, die durch AW und TS erreicht wird)
Die geschäftlichen Vorteile umfassen zusätzlichen Schutz für Komponenten und damit eine längere Lebensdauer, bis zum Faktor fünf. Der Prozess ist schnell, präzise und leicht zu automatisieren. Dies erhöht die Produktion und verkürzt die Durchlaufzeiten (TRT). Sobald der Prozess validiert ist, wird er aufgrund der nachgewiesenen Vorteile schnell übernommen.
Die Vorteile für den Kunden sind:
- Herstellung neuer Teile mit garantierter längerer Lebensdauer von Bauteilen, die Abrieb und Verschleiß ausgesetzt sind.
- Wiederaufbau von abgenutzten Teilen zu einem Bruchteil der Ersatzkosten.
- Einsparungen bei den Wartungskosten durch Wiederaufbau vor Ort und in situ.
- Die Hartstoffbeschichtung / Auftragslegierung muss nur dort aufgebracht werden, wo sie benötigt wird, und nicht das gesamte Bauteil abdecken.
- Ausfallzeiten oder geplante Wartungsstillstände werden reduziert, wodurch die Arbeitseffizienz erhöht wird.
Die gängigsten Beschichtungsmaterialien sind Nickellegierungen und Eisen/Chrom-Legierungen, die in der Abriebfestigkeit und bei hochbelasteten Abriebsanwendungen verwendet werden.