31.03.2018 Dichtsitze schützen
Neue Innenbearbeitungsoptik optimiert das Laserauftragschweißen
In Fördermedien und Industrieanlagen wie Kraftwerken zählen Dichtungen zu den besonders beanspruchten Bauteilen. Um sie in aggressiven Medien dauerhaft vor Korrosionsangriffen zu schützen, sind Verfahren gefragt, die maximale Effektivität und Haltbarkeit gewährleisten. Eine neue Innenbearbeitungsoptik erschließt hier dem Laserauftragschweißen für die Beschichtung von Dichtsitzen neue Perspektiven.
In anspruchsvollen industriellen Anwendungsumgebungen leistet die Korrosionsbeständigkeit von Rohrleitungen, Pumpen oder Armaturen einen wesentlichen Beitrag zur Anlagenverfügbarkeit und Betriebssicherheit. Aggressive Medien und wechselnde Betriebszustände bedeuten eine extreme Beanspruchung dieser Bauteile. Durch Laserauftragschweißen mit Pulverzufuhr können Materialeigenschaften und belastete Bauteile gezielt optimiert werden. Auch ist der Wiederaufbau beschädigter Strukturen mit diesem Verfahren möglich. Der lokal eng begrenzte Wärmeeintrag erlaubt bei minimalem Bauteilverzug maximale Präzision der Beschichtung. Der Laserstrahl schmilzt die Randschicht der Bauteiloberfläche und das per Düse aufgestrahlte Pulver an und verbindet beide schmelzmetallurgisch zu einer dichten Schicht mit geringer Aufmischung. Schichtdicken ab wenigen 1/10 mm ermöglichen einen endkonturnahen Auftrag, sodass der Nachbearbeitungsaufwand auf ein Minimum reduziert wird.
Bislang verhinderten die bei Dichtungen, Dichtringen oder Ventilen üblichen Bauteilmaße mit geringen Innendurchmessern und großen Bearbeitungstiefen den effizienten Einsatz von Standardoptiken. Mit der Innenbearbeitungsoptik iClad® (Bild 1) gehört dies der Vergangenheit an. Ab 30 mm Innendurchmesser deckt sie mit Härten, Beschichten und Legieren das gesamte Spektrum der Innenkonturbearbeitungen ab. Dies gilt auch für kompliziert geformte Innenflächen in bis zu 500 mm Tiefe (Bild 2) . Die schlanke Bauform der iClad® ermöglicht Beschichtungen in einer Aufspannung.
Praxisbeispiele
Inzwischen in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert, wurde das System in zwei aktuellen Korrosionsschutzanwendungen für stark beanspruchte Dichtbereiche eingesetzt. Bei beiden sollte eine Korrosionsschutzbeschichtung aus einem neuen, hochfesten, nickelbasierten Werkstoff, der sich bei Schweißversuchen unter Temperaturbeanspruchung als rissgefährdet erwies, aufgebracht werden. Ein Bauteil schloss die Bearbeitung mit Standardoptiken durch seinen Innendurchmesser von 80 mm und der zu bearbeitenden Bauteilfläche in 450 mm Tiefe aus. Diese Tiefe verhinderte auch den Einsatz einer Innenbeschichtung mit Plasma. Bei dem anderen Bauteil hätte die 120-mm-Öffnung bei geringer Bearbeitungstiefe den Einsatz einer herkömmlichen Optik gerade noch erlaubt. Die geforderte Bearbeitung lag jedoch in 60 mm Tiefe und wies zudem eine nicht symmetrisch, konkav gebogene Innenkontur auf, die durchgängig beschichtet werden sollte. Das wäre ohne Umspannen des Bauteils mit den damit verbundenen Risiken einer für den erfolgreichen Schweißprozess kritischen Temperaturunterschreitung nicht möglich gewesen. Der filigrane Laserkopf der kompakt gebauten iClad® dagegen konnte in optimaler Beschichtungsposition in die Öffnung geführt werden und erlaubte einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess der gewünschten Kontur – ohne Umspannen des Bauteils.
Komplettes System
Alle notwendigen Baugruppen für Strahlführung und -formung sowie für die Zufuhr der Prozessmedien sind in das kleine Gehäuse der iClad® integriert. Obwohl auch die Pulverzufuhr im Gehäuse untergebracht ist, beträgt
der Außendurchmesser der filigransten iClad®-Optik 27 mm. Der modulare Aufbau der Optik aus Düse, Hauptkörper und Faseraufnahme bietet die Möglichkeit, auf die unterschiedlichen Innendurchmesser größenmäßig abgestimmte Bearbeitungsköpfe anzuschließen. Am hinteren Ende der Optik befinden sich Faserstecker und Zuleitungen der Prozessmedien. Die integrierte Kühlung schützt die optischen Komponenten zuverlässig vor Überhitzung, sodass der Bearbeitungskopf auch den thermischen Belastungen industrieller Dauereinsätze langfristig standhält. Ein interner Optikschutz verhindert die Beschädigung oder Verschmutzung durch Partikelablagerung. Zur Beschichtung dreht sich das zu bearbeitende Rohr um den feststehenden Bearbeitungskopf. Je nach Lage des Arbeitspunktes wird dieser mit entsprechenden Düsen bestückt. Während Sackbohrungen mit einer 30°-Optik beschichtet werden, da hier der Arbeitspunkt des Lasers vor der Optik liegt, hat sich bei durchgängigen Bohrungen wie Dichtungen die 90°-Variante bewährt. Der Abstand vom Bearbeitungskopf zum Bearbeitungspunkt auf dem Bauteil beträgt zwischen 5 und 12 mm. Alle iClad®-Innenbearbeitungsoptiken haben eine optionale Kameraanbindung, die die Justierung oder Prozessbeobachtung erleichtert.
Fakten für Instandhalter/Einkäufer
• Die neue Innenbearbeitungsoptik erschließt dem Laserauftragsschweißen Einsatzbereiche, die mit Standardoptiken bisher nicht realisierbar waren, z.B. die Beschichtung von Dichtsitzen
• Dreidimensionale Innenbeschichtungen von Dichtsitzen mit neuen, hochfesten Grundwerkstoffen, die auch unter Temperaturbeanspruchung gute Resultate zeigen
• Zur Korrosionsschutzbeschichtung von hoch belasteten Innenflächen der Dichtringe empfiehlt sich eine 42-mm-iClad® mit 500 mm Eintauchtiefe
»1 Härten, Beschichten, Legieren – iClad® ermöglicht ab 30 mm Innendurchmesser das gesamte Spektrum der Innenkonturbearbeitungen (Bild: Pallas GmbH & Co. KG)