Vergleich der Verfahren der Schichtverlegung
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1. Wie viele Verfahren gibt es zur Schichtverlegung? 2. Welche Vorteile und Nachteile hat die Bandverschweißung im Vergleich zur Elektroslagverschweißung?
Suchen Sie im Baidu nach: Als wirtschaftliche und schnelle Verfahrensmethode zur Oberflächenmodifizierung von Materialien wird das Schweißen immer häufiger bei der Herstellung und Reparatur von Bauteilen in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Um die Funktion der Aufbruchschicht optimal zu nutzen, sollen bei der Anwendung dieser Methode eine geringe Verdünnung des Grundmaterials, eine hohe Aufbringungsgeschwindigkeit sowie hervorragende Eigenschaften der Aufbruchschicht erreicht werden – also eine hochwertige, effiziente Aufbruchtechnik mit niedriger Verdünnungsrate. Grundlegende Informationen
Chinesischer Name: 堆焊
Pinyin: duī hàn
Zhuyin: ㄉㄨㄟ ㄏㄢˋ
Inhalt:
1. Einführung
2. Allgemeine Beschreibung
3. Kaltverschweißen durch Aufschweißen
4. Anwendungsbereiche
5. Elektroslagaufschweißen
6. Anwendungen zur Reparatur
7. Methoden des Aufschweißens
8. Bogenaufschweißen
Einführung:
Duī hàn ist eine Schweißmethode, bei der Metall mittels Schweißen oder Gasbrennschneiden geschmolzen und auf Werkzeuge oder Maschinenteile aufgetragen wird. Wird üblicherweise zur Reparatur von abgenutzten und beschädigten Stellen verwendet. Englisch: Overlay Welding. Zusammenfassung dieses Abschnitts: Es gibt viele Verfahren zur Aufbringung von Schichten in der Produktion. Hier wird ein Vergleich der Verdünnungsrate sowie der Auftragsgeschwindigkeit einiger dieser Verfahren dargestellt. Vergleich der Eigenschaften bei der Falzverarbeitung: Schweißverfahren, Verdünnungsgrad (%) und Aufbringungsgeschwindigkeit (kg/h). Bei der Schweißung mit Unterstrom werden folgende Werte erzielt: Einzeldraht – 30–60, 4,5–11,3; Mehrdraht – 15–25, 11,3–27,2. Bei der Schweißung mit seriellen Strahlen liegen die Werte bei 10–25, 11,3–15,9. Bei der Schweißung mit einzelnem Elektrodenstrang sind die Werte 10–20, 12–36; bei mehreren Elektrodensträngen liegen sie bei 8–15, 22–68. Bei der Schweißung mit Plasmastrahl und automatischer Federung liegen die Werte bei 5–15, 0,5–6,8. Bei der manuellen Federung liegen die Werte bei 5–15, 0,5–3,6. Bei der automatischen Federung liegen die Werte ebenfalls bei 5–15, 0,5–3,6. Bei der Schweißung mit zwei Heizdrähten liegen die Werte bei 5–15, 13–27. Bei der Schweißung unter Schutzgas mit geschmolzenem Elektrodenstrang liegen die Werte wie folgt: Bei der selbstschützenden Schweißung bei 10–40, 0,9–5,4; bei der Schweißung mit Elektrodenstrang bei 15–40, 2,3–11,3. Bei der Schweißung mit Elektrodenstrang und Schlacke liegen die Werte bei 10–14, 15–75. Aus Tabelle 3 geht hervor, dass die Schweißung mit Elektrodenstrang eine höhere Aufbringungsgeschwindigkeit aufweist, während die Schweißung mit Plasmastrahl einen geringeren Verdünnungsgrad hat. Auf dieser Grundlage haben Forscher weiterhin fortschrittliche Technologien für die Schweißung mit Elektrodenstrang sowie für die Schweißung mit Plasmastrahl entwickelt, die sowohl effizient als auch mit niedrigem Verdünnungsgrad arbeiten. Faltbare Bearbeitungsversion: Kaltverschweißung und -aufbringen. Die Technik der Kaltverschweißung und -aufbringung nutzt das Prinzip der Hochfrequenz-Entladung, um Oberflächenfehler sowie Abnutzungen an Metallteilen ohne Wärmeentwicklung zu beheben. Dadurch wird die Integrität der Teile gewährleistet. Zudem kann diese Technik zur Verstärkung der Teile eingesetzt werden, wodurch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung, Hitze und Korrosion verbessert wird. Die Aushärtungs- und Aufbrühverfahren für Schweißanlagen sorgen dafür, dass Metallteile nach der Reparatur nicht verformt werden, nicht geöht werden müssen, eine hohe Schweißfestigkeit aufweisen und abriebfest sind. Durch metallurgische Prüfungen, Zugversuche sowie Härteprüfungen kann dies überprüft werden. Zudem gewährleistet die metallurgische Verbindung zwischen dem Schweißmaterial und dem Substrat eine feste Verbindung beim Schweißen. Wird häufig zur Reparatur von Pinholen, Luftlöchern, Verzerrungen, Überständen, Beschädigungen durch Stöße, Kratzern, abgebrochenen Ecken, eingebrochenen Ecken, Sandlöchern, Rissen, Abnutzung, Einbuchtungen, Fertigungsfehlern, Herstellungsfehlern sowie Schweißfehlern in Präzisionsgussteilen sowie zur Verstärkung mechanischer Oberflächen eingesetzt. Faltbare Bearbeitungsversion – Anwendungsbereiche: Herstellung von Formen; Behandlung der Oberfläche von Kunststoffformen durch Strukturierung, um ein besseres Erscheinungsbild und eine längere Lebensdauer zu erzielen; Reparatur der Trennflächen bei Kunststoffformen für Helme durch Aufbringen von Schichten; Verstärkung der Oberfläche der Spritzgusseinrichtungen aus Aluminiumlegierungen; Reparatur sowie Verstärkung von Formkammern aufgrund von Abweichungen, Abnutzung oder Kratzern. Reparatur von Kunststoff- und Gummiteilen, die durch Falten entstehen; Reparatur von Formen für Gummi- und Kunststoffteile bei Abweichungen oder Abnutzung. Faltbare Luft- und Raumfahrtkomponenten: Reparatur oder Instandsetzung von Flugzeugtriebwerksteilen, Turbinen sowie Turbinenwellen. Verstärkung der Oberfläche von Raketendüsen. Reparatur von Außenhüllen von Flugzeugen. Verstärkung oder Instandsetzung der Hüllen von Satelliten. Lokale Karbidierung von Titanlegierungen zur Verbesserung ihrer Eigenschaften. Lokale Karbidierung von eisenhaltigen Hochtemperaturlegierungen. Anbringung von korrosionshemmenden Schichten wie A1 auf der Oberfläche von Magnesiumlegierungen. Instandsetzung lokaler Defekte in Magnesiumlegierungen durch Aufbringen von Schichten. Lokale Instandsetzung von Läufen aus Nickel- oder Kobalthochtemperaturlegierungen – beispielsweise bei Abnutzung der Dämpfungsoberflächen der Läufe sowie bei Abtragung an den Leitflächen. Faltende Herstellung und Reparatur – In der Automobilherstellungs- und -reparaturindustrie wird diese Methode zur Ausbesserung und Reparatur von Kompressoren, Kurbelwellen, Kolben, Zylindern, Bremsscheiben, Laufrädern, Felgen, Kupplungen, Reibflächen sowie Abgasventilen verwendet. Zudem dient sie dazu, Mängel an der Oberfläche des Fahrzeugkörpers zu beheben. Wartung von Elektroanlagen für Schiffe – Reparatur von Elektrokurbeln, Lagerungen, Bürsten sowie elektrischen Komponenten und Widerständen. Schweißen der Verbindungsstücke zwischen den Rädern der elektrischen Eisenbahnlokomotiven und den Schienen. Herstellung und Schweißen von leitfähigen Rollen in Galvanikanlagen sowie von Kupfer- und Aluminiumelektroden zur Metalloxidierung. Faltmaschinenindustrie: Korrektur von Werkstücken mit Abweichungen sowie Reparatur von Maschinenführungen, verschiedenen Achsen, Kammern, Hydraulikpressen, Kolben von Ölpressen, Zylindrwänden, Wälzlagern, Walzen, Zahnrädern, Riemengetrieben, Stiften zur Formung von Federn, Prüfstiften, Ringprüfern sowie verschiedenen Arten von Rollen, Stäben, Säulen, Schlössern und Lagern. Industrie der Falzgusstechnik: Behebung von Mängeln wie Sandlöchern und Porositäten in Gussteilen aus Eisen, Kupfer und Aluminium sowie Instandsetzung abgenutzter Aluminiumformen. Faltbare Bearbeitungsversion Elektroslag-Beschichtung – Hintergrund der Entstehung: Die Innenflächen von Hydrogeneratoren in der Petrochemieindustrie, Synthesetürmen, Reaktoren zur Kohlenverflüssigung sowie der dicken Druckbehälter in Kernkraftwerken benötigen eine große Fläche an Edelstahlbeschichtungen, die hitzebeständig sind und gegen Korrosion durch Sauerstoff, Schwefelwasserstoff usw. schützen. In den 1970er Jahren wurde in diesem Bereich sowohl im Inland als auch im Ausland großflächig die Technik der Schweißung mit eingebetteten Elektroden (SAW) eingesetzt. Die Breite der Pole entwickelt sich ebenfalls von schmalen Bändern hin zu breiten Bändern mit 60 mm, 90 mm, 120 mm und 150 mm. Diese Technologie weist im Vergleich zur Drahtelektroden-Schweißung erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der Verdünnungsrate und der Schweißgeschwindigkeit auf. Doch da Druckbehälter immer größer und komplexer werden, wird die Schichtveredelungstechnologie dazu angehalten, in Richtung höherer Qualität und Effizienz weiterentwickelt zu werden. Anfang der 1970er Jahre wurde in Deutschland erstmals die Technik der elektrodgestützten Schlackeverschweißung entwickelt. Später wurden diese Technologie von Ländern wie Japan, den USA und der ehemaligen Sowjetunion weiter verbessert. Aufgrund ihrer Vorteile – wie einer höheren Produktivität im Vergleich zur elektrodgestützten Unterstromschweißung, einer geringeren Verdünnungsrate sowie einer guten Schweißnahtqualität – fand diese Technik sowohl im Inland als auch im Ausland schnelles Wachstum und wurde weit verbreitet eingesetzt. Schlüsselpunkt zur Faltenfunktion: Die elektrolytische Schweißung mit Polen nutzt die Wärmeeffekte des leitfähigen Schlackematerials, um das zu schweißende Material sowie das Grundmaterial zu schmelzen. Abgesehen von der Anfangsphase sollte während des gesamten Schweißvorgangs ein Bogen erzeugt werden. Um einen stabilen Prozess der Elektroschmelzbeschichtung zu gewährleisten, sind folgende technische Aspekte wichtig: Eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung. Im Prozess der Elektroschmelzbeschichtung hat die Stabilität des Schlackenbeckens einen großen Einfluss auf die Qualität der Beschichtung. Die Schwankungen der Spannung wiederum sind der entscheidende Faktor, der die Stabilität des Schlackenbeckens beeinflusst. Deshalb soll die Spannung im Laufe des Beschichtungsprozesses so gering wie möglich sein. Dafür ist es notwendig, eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung zu verwenden. Außerdem sollte die Stromversorgung eine niedrige Spannung sowie einen hohen Stromausgang aufweisen, eine hohe Steuergenauigkeit besitzen, in der Lage sein, Schwankungen der Netzspannung effektiv auszugleichen, und über zuverlässige Schutzfunktionen verfügen. Die Nennstromstärke der Stromversorgung hängt von der verwendeten Bandbreite ab. In der Regel beträgt die Nennstromstärke bei einer Bandbreite von 60 mm × 0,5 mm 1500 A, bei 90 mm × 0,5 mm 2000 A und bei 120 mm × 0,5 mm 2500 A. Ein weiterer notwendiger Bedingung für einen stabilen Elektroschmelzprozess ist, dass das Schweißmittel eine gute Leitfähigkeit aufweisen muss. Die Leitfähigkeit von Schweißzusätzen für die Elektroslagbeschichtung sollte 2–3 Ω⁻¹·cm⁻¹ betragen, was 4–5 Mal so viel ist wie bei herkömmlichen Schweißzusätzen für den Unterwasser-Schweißen. Die in Deutschland und im Ausland verwendeten Elektroslag-Schweißzusätze sind meist gesintert. Die Leitfähigkeit des Schweißmittels hängt von der Menge an Chloriden (NaF, CaF2, Na3AIF6 usw.) in der Zusammensetzung des Schweißmittels ab. Wenn der Anteil der Chloride unter 40 % liegt, handelt es sich beim Schweißvorgang um einen Bogenprozess. Im Bereich von 40 % bis 50 % handelt es sich in der Regel um einen Kombinationsprozess aus Bogen- und Schlackeschweißen. Wenn der Anteil der Chloride über 50 % liegt, entsteht ein reiner Schlackenschweißprozess. CaF2 ist sowohl ein gutes Leitmaterial als auch ein wichtiges Schlackengenerierungsmittel, weshalb es in der Regel der Hauptbestandteil von Schweißzusätzen für die Elektroslagbeschichtung ist. Neben der Leitfähigkeit muss das Schweißzusatzmaterial auch gute Eigenschaften für den Aufbringen von Schichten aufweisen (Entfernung von Schlacke, Formbarkeit, Benetzungsfähigkeit) sowie gute metallurgische Eigenschaften (geringe Verluste an Legierungselementen, geringer Anstieg unerwünschter Elemente). Zudem sollte es eine geeignete Korngröße haben – in der Regel ist diese feiner als bei Schweißzusatzmaterialien für den Submergierschweißen. Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, gibt es viele Arten von Schweißzusätzen, die bereits in der Produktion eingesetzt werden. Dazu gehören beispielsweise die ausländischen Produkte FJ-1 (Japan), EST122 (Deutschland) und Sandvik37S (USA). Ebenfalls erhältlich sind inländische Produkte wie SJ15 und SHD202 usw. Bei der Schweißung mit breiten Elektroden (mit einer Elektrodendicke von mehr als 60 mm) führt das Magnetkompaktionsphänomen dazu, dass an der Schweißschicht Kantenbildung auftritt. Je größer die Dicke der Elektrode ist, desto höher wird der Schweißstrom – und desto stärker ist das Problem der Kantenbildung. Deshalb muss eine externe Magnetfelderzeugung eingesetzt werden, um eine solche Kantenbildung zu verhindern (Magnetkontrollmethode). Wie in der Abbildung dargestellt. Gleichzeitig muss die Position der Magnetpole sinnvoll gewählt werden, außerdem muss die Stärke der Anregungsströme angemessen sein. Ein zu starker oder zu schwacher äußerer Magnetfeld kann die Formung der Aufbruchnaht beeinträchtigen (Abbildung 2). Die Magnetstromstärken der beiden Pole sollten separat einstellbar sein. Zum Beispiel bei Werkstücken in einer nicht vorgeheizten Längsschweißposition: Wenn die Bandbreite 60 mm × 0,5 mm beträgt, betragen die Steuerströme für den Nord- und Südpol des Magnetkontrollgeräts jeweils 1,5 A und 3,5 A. Bei einer Bandbreite von 90 mm × 0,5 mm liegen diese Werte bei 3 A bzw. 3,5 A. Faltverarbeitungsparameter: Die Verwendung angemessener Parameter für das Aufbringen von Schichten ist ein wirksames Mittel, um einen stabilen Prozess der Elektroslagbeschichtung sowie eine gute Qualität der Schweißnaht zu gewährleisten. Die wichtigsten Prozessparameter, die die Qualität der Schweißnaht bei der Bandelektroden-Schweißung beeinflussen, sind die Schweißspannung, der Schweißstrom sowie die Schweißgeschwindigkeit. Weitere wichtige Faktoren sind die Länge des ausstehenden Teils der Elektrode, die Dicke der Schutzschicht, die Überschneidung zwischen den Schweißnähten sowie die Schweißposition. ① Eine präzise Steuerung der Schweißspannung ist für die Bandelektroden-Schweißung von großer Bedeutung. Ist die Spannung zu niedrig, besteht die Tendenz, dass sich die Bandelektrode mit dem Grundmaterial verklebt. Die Spannung ist zu hoch, wodurch das Entstehen von Bogenströmen deutlich zunimmt. Der Schmelzpool wird instabil, und es kommt zu mehr Spritzern. Als empfohlene Schweißspannung liegt ein Wert zwischen 20 und 30 V vor. ② Die Schweißstromstärke hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Bandelektroden-Schweißung. Mit zunehmender Schweißstromstärke steigen auch die Eindringtiefe, die Breite sowie die Höhe der Schweißnaht. Die Verdünnungsrate nimmt hingegen leicht ab. Allerdings führt eine zu hohe Stromstärke zu mehr Spritzern. Für Bänder mit unterschiedlicher Breite sollte eine unterschiedliche Schweißstromstärke gewählt werden. Bei Bändern mit den Abmessungen φ75mm×0,4mm liegt die geeignete Stromstärke im Bereich von 1000 bis 1300 A. ③ Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit verringern sich die Breite und die Höhe der Schweißnaht, während die Eindringtiefe sowie das Verdünnungsverhältnis zunehmen. Eine zu hohe Schweißgeschwindigkeit führt zu einer erhöhten Anzahl an Bogenentstehungen. Um ein bestimmtes Verdünnungsverhältnis zu gewährleisten und die Eigenschaften der Aufschicht zu erhalten, wird die Schweißgeschwindigkeit in der Regel auf 15–17 cm/min begrenzt. ④ Beim Schichtweisen Elektroslagbeschichten beeinflusst die Neigung des Grundmaterials den Verdünnungsgrad sowie die Form der Schweißnaht. Es wird empfohlen, die Schweißarbeit in horizontaler Position oder in einer leichten Neigung von 1º–2º durchzuführen. ⑤ Die empfohlenen Werte für einige weitere Parameter sind: Die Länge des Auslegers beträgt 25–35 mm, die Dicke des Schweißzusatzes 25–35 mm und die Überschneidung der Schweißnaht 5–10 mm. Anwendungsbereich der Faltenverfahren: Die Schweißverfahren mit Elektroden weisen im Vergleich zur Substratbrennschweißung folgende Vorteile auf: 1) Hohe Schweißeffizienz – bei mittlerer Stromstärke ist sie um 50 % höher als bei der Substratbrennschweißung. 2) Die Schweißtiefe ist gering und gleichmäßig; außerdem ist das Verdünnungsmaß des Grundmaterials niedrig – in der Regel kann es unter 10 % gehalten werden. Das ist die Hälfte dessen, was bei der Substratbrennschweißung der Fall ist. Mit einer einzigen Schicht Schweißen lassen sich bereits die erforderlichen Leistungsanforderungen erfüllen. 3) Die Schweißschicht hat eine gute Form und weist kaum Defekte wie Einschlüsse auf. Die Oberflächenqualität ist hervorragend – die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche liegen unter 0,5 mm (beim Submerged-Arc-Schweißen sind sie größer als 1 mm). Daher ist keine weitere mechanische Bearbeitung der Oberfläche notwendig, was Material- und Zeitersparnis bedeutet. 4) Bei der Verwendung von Legierungselementen in den Polen kommt es zu nur geringem Abbau dieser Elemente sowie zu einem minimalen Anstieg unerwünschter Elemente. Die Plastizität und Zähigkeit der Aufbruchschicht sind höher als bei Verfahren, bei denen Schweißen unter Schutzgas notwendig ist. 5) Da die Kohlenstoffdiffusionsschicht im Schweißbereich der Verbindung schmal ist und die Breite der Martensitbänder gering ist, weisen die Eigenschaften des Schweißbereichs der Verbindung eine bessere Leistung auf als bei der Bandelektroden-Schweißung. Genau aufgrund der oben genannten Vorteile wird die elektroslagbeschichtung mit Polen weltweit in großflächiger Beschichtung der Innenflächen von Druckbehältern eingesetzt – beispielsweise in Wasserstoffkontrollreaktoren, Wärmetauschern in Gasanlagen sowie in Anlagen von Kernkraftwerken. Aufgrund einiger Eigenschaften der Elektroschmelzverschweißung hat diese auch bestimmte Anwendungsbereiche: Bei dieser Verfahrensart ist die eingeleitete Wärmeleistung hoch, weshalb sie in der Regel zur Verschweißung von Werkstücken mit einer Wandstärke von 50 bis 200 mm verwendet wird. Der minimale empfohlene Durchmesser sowie die minimale Wandstärke der Werkstücke sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Empfohlene Mindestabmessungen für Elektroden bei der Verwendung der Elektrodenschweißung mit Polen. Mindestdurchmesser und Wandstärke der Elektroden, Mindeststärke des Substrats, Mindestdurchmesser der Oberfläche – Außenoberfläche, Innenoberfläche: 60×0,5; 40; 250; 450. 90×0,5; 80; 500; 900. Zusammenfassung: Das Institut für Oberflächentechnologie am Chinesischen Institut für Wissenschaften der Landwirtschaftsmaschinerie, geleitet von Wang Ruijun und Huang Xiaoou. Die Elektrizitätsindustrie als Grundlage der Volkswirtschaft ist stets ein Schwerpunkt der Entwicklung gewesen. In diesem Artikel wird die Elektrostaubschweißverfahrensweise erfolgreich eingesetzt, um Defekte durch Abnutzung des Achsdurchmessers im Verschlussteil des Rotors eines Dampfturbinen-Generators zu beheben. Der betreffende Generator hat außerdem erfolgreich zweiinhalb Jahre lang Tests unter Belastung überstanden. Außerdem wurden die Dichtflächen der Dampfturbinenkammern sowie die abgenutzten Flächen des Hauptlagers des Wärmenetzkreislaufs repariert. Bislang wurden mit dieser Technologie bereits fast zwanzig Rotoren dieses Typs sowie Dutzende von zugehörigen Komponenten erfolgreich repariert, was erhebliche wirtschaftliche und gesellschaftliche Vorteile mit sich brachte. Faltbare Schlüsselwörter: Elektrisches Stichschweißen, Kraftwerke, Abnutzung, Reparatur. Faltbare Einleitung: Die Elektrizitätsindustrie als Grundlage der Volkswirtschaft ist stets ein Schwerpunkt der Entwicklung gewesen. Die letzten zwanzig Jahre waren die Phase mit dem schnellsten Wachstum und den größten Errungenschaften in der Geschichte der Entwicklung der Elektrizitätsversorgung in China. Bis zum Jahr 1998 betrug die installierte Leistung der Stromerzeugungsanlagen in China 277.289 MW. Die jährliche Stromerzeugung lag bei 1,1576 Billionen Kilowattstunden. Im Land gab es insgesamt 68 große Kohlekraftwerke mit einer installierten Leistung von mehr als 1.000 MW. Mit zunehmender Anzahl der Spannungsstufen sowie steigender Leistung und Parameter pro Anlage wird die Wartung und Reparatur dieser Anlagen immer komplexer und wichtiger. Als Herzstück der Dampfturbinen-Generatoranlage – der Generatorrotor – weist er eine hohe Betriebsgenauigkeit sowie eine hohe Drehzahl auf. Zudem sind die Herstellungskosten hoch. Sollte er beschädigt werden, führt dies unmittelbar zu einer Verringerung der Leistung der gesamten Anlage – oder sogar zu deren Stillstand. Es wurden verschiedene Verfahren wie Wärmebeschichtung, Argon-Schweißen, Stickermaschinen sowie Elektrophosphatierung zur Reparatur eingesetzt, doch die tatsächlichen Ergebnisse dieser Reparaturen waren nicht zufriedenstellend. In diesem Artikel wird die DZ-1400-Modelle Elektrisch-Entladungs-Schweißanlage (kurz ESD), die vom Institut für Oberflächenverarbeitungstechnik am Chinesischen Forschungsinstitut für Landwirtschaftliche Mechanisierung entwickelt und hergestellt wurde, zur In-situ-Reparatur des abgenutzten Achsdurchmessers der Dichtsektion des Generatorenrotors eingesetzt. Dabei wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Inzwischen wurden bereits fast zwanzig abgenutzte Rotorenachsen repariert; bei einigen davon beträgt die Betriebsdauer nach der Reparatur bereits mehr als zwei Jahre und fünf Monate. Die Praxis hat gezeigt, dass das Verfahren der Elektrodenaufschweißung eine wichtige Rolle bei der Reparatur von Anlagenteilen in Kraftwerken spielt und erhebliche wirtschaftliche sowie soziale Vorteile mit sich bringt. Abnutzung des Faltenachsendurchmessers: 0,125 mm. Sobald der Achsdurchmesser abgenutzt oder beschädigt wird, ist es schwierig, den Öldruck in der Dichtschicht aufrechtzuerhalten. Dadurch kann Wasserstoff entweichen. Die Dichtschicht zwischen dem Achsdurchmesser und den Lagern wird vollständig zerstört, wodurch die hohe Drehzahl des Rotors beeinträchtigt wird. In schweren Fällen kann dies dazu führen, dass die Anlage nicht mehr funktioniert. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors nach Abnutzung der Achsdurchmesser. 3. Vergleich von Schweißverfahren mit Elektrodenstrahl und verwandten Verfahren~ Um einen schnellen Betrieb des Rotors sowie eine effektive Kühlung zu gewährleisten, besteht zwischen dem Rotorschaft und den Lagerflächen eine dreistufige Dichtschicht aus Wasserstoff, Öl und Wasser. Während des Betriebs bleibt der Abstand zwischen dem Achsdurchmesser und den Lagersteinen bei 0,075. Die Elektrische Spritzschweißverfahren unterscheiden sich von Verfahren wie Schweißen, Sprühen oder Elementeinbringen. Einfach ausgedrückt, handelt es sich um einen Prozess, der sich zwischen diesen beiden befindet – er weist einige Eigenschaften von Verbindungsverfahren wie dem Schweißen auf, besitzt aber gleichzeitig die einzigartigen Vorteile einer geringen Wärmezufuhr sowie einer metallurgischen Verbindung zwischen der Schweißschicht und dem Grundmaterial. In Anwendungen mit besonderen Anforderungen macht die Verfahren der Elektrodenaufschweißung die Mängel anderer Verfahren wett (der Arbeitsmechanismus wird in einem separaten Artikel erläutert). Tabelle 1 zeigt einen Vergleich des Verfahrens der Elektrodenstrahlverschweißung mit anderen Verfahren. Ergebnisse des Faltestests ⒊1 Herstellung der Probe: Aufgrund des Durchmessers der Rotorexzentrifuge wurde das universelle Material 35CrMoA als Grundmaterial für die Probe ausgewählt. Als Elektrode für das Aufbringen von Schichten wurde ein Inconel-Hochlegierungsstab mit den Abmessungen 25 mm × 6,0 mm verwendet. Die chemische Zusammensetzung dieser Elektrode ist in Tabelle 2 aufgeführt. ⒊Die Auswahl der Schweizelektrodenmaterialien erfolgt nach den Anforderungen des Werks: Die Härte der Schweißschicht soll der des Grundmaterials entsprechen. Zudem sollen die Materialien selbstschmierend, selbstglättend sein sowie widerstandsfähig gegen Korrosion durch Gasströmungen – außerdem soll ihr Legierungsgehalt hoch sein. Drehverfahren, Elektrodenaufbringen, Schweißen mit Funken – Vorteile: 1. Hohe Bearbeitungsgenauigkeit. 2. Eignet sich für die Bearbeitung vor Ort. 3. Geringe Kosten. 4. Die ursprünglichen Abmessungen werden gewahrt. 5. Hohe Effizienz. 6. Bearbeitung vor Ort möglich. 7. Kurze Bearbeitungszeit. 8. Hohe Verbindungsstärke. 9. Sehr geringe Restspannungen. Nachteile: 1. Der Durchmesser verringert sich. 2. Es ist notwendig, die Teile neu einzustellen; die Austauschbarkeit der Teile ist schlecht. ⒊ Lange Zykluszeiten, hohe Kosten, schwierige Bearbeitung vor Ort 1. Geringe Verbindungsstärke 2. Begrenzte Dicke der Beschichtung 3. Die Kupferbeschichtung weist eine schlechte Abnutzungsbeständigkeit auf und neigt zur Korrosion durch Galvanisierung. ⒈Hohes Porenvolumen zwischen den Schichten der Klebeschicht ⒉Niedrige Verbindungsstärke – dadurch geringe Effizienz. Tabelle 2: Zusammensetzung der Schweizelektroden: Ni, Cr, Fe, Mo, Mn, Si, Andere: 70, 14, 4,5 – – 7,8, 0,5 Bar. ⒊2 Untersuchungsmethoden: Die Oxide auf der Oberfläche des Probenstücks werden mit Schleifpapier und Kupferbürsten entfernt. Anschließend wird die Ölverschmutzung auf der Oberfläche des Probenstücks mit einem Propylenglykol-Lösung beseitigt. Verbinden Sie den Probenträger fest mit der Masse des Schweißgeräts für Elektrodenstrahlschweißen. Auf der Oberfläche des Probenkörpers wird anschließend ein Schichtmaterial aufgetragen; die Dicke dieser Schicht beträgt 1 mm. 3000), lässt sich feststellen: Nach der Schweißung mit Elektrodenstrahlung wird die Querschnittsfläche der geschweißten Schicht mithilfe des Drahtschneidverfahrens ermittelt, und anschließend werden metallurgische Proben hergestellt. Abbildung 5 zeigt ein mikroskopisches Bild der Querschnittsstruktur der Aufbruchschicht (1) Die Aufbruchschicht weist keine Schweißfehler wie Löcher, Oxidanteile oder Risse auf. ⑵Die Körner in der Aufschweißschicht sowie in der Übergangsschicht zum Grundmaterial sind klein und weisen keine Tendenz zur Vergrößerung auf. ⑶Die Struktur der Aufbruchschicht besteht aus äußerst feinen kolbenförmigen Kristallen, was darauf hindeutet, dass diese Aufbruchschicht über gute Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit verfügt. |Aufbauschicht ‖‖ Grundkörper – Durch die Bestimmung der mikroskopischen Härte des Grundkörpers lässt sich feststellen, dass die durchschnittliche Härte der Aufbauschicht sowie der Wärmeeinflusszone bei HV220 liegt. Dieser Wert ist sehr nahe an der Härte des Grundkörpers. Wärmebeeinflusstes Gebiet Tm. Dies beweist nicht nur, dass bei der Schweißung mit Elektrodenstaub eine Schicht entsteht, die eine gute metallurgische Verbindung zum Grundmaterial aufweist, sondern zeigt auch, dass die Wärmeeinflussschicht äußerst schmal ist und die Restspannungen nach dem Schweißen vernachlässigbar sind. Abbildung 6 zeigt die Schicht aus dem Aufbringen durch Spritzschweißen. Abbildung 5 zeigt die Energiespektrenanalyse der Elemente Ni und Cr in dieser Schicht. Laut Messungen beträgt die Dicke des Wärmebeeinfluszbereichs bei der Spritzschweißung nur 10,3 mm. Die Härte der Aufbruchschicht entspricht dabei der Härte des Grundmaterials. Die oben genannten Analyseergebnisse entsprechen den Anforderungen des Kraftwerks hinsichtlich der Reparatur des Durchmessers des Motorrotors. Abbildung 7 und 8 zeigen den Durchmesser der Rotorwelle des reparierten Generators. Versuche haben gezeigt, dass bei der Verwendung der Elektrodenaufschweißungstechnik zur Aufbringung von Inconel-Legierungen eine metallurgische Verbindung zwischen der Aufgeschweißten Schicht und dem Grundmaterial entsteht – es treten somit keine Schweißfehler auf. Das Wärmebeeinfluszbereich nach dem Schweißen ist äußerst eng – wenn die Aufbauschicht eine Dicke von 1 mm erreicht, beträgt der Wärmebeeinfluszbereich lediglich 0,01 mm. In den letzten zwei Jahren wurde die Technik der Elektrischen Funkenabscheidung erfolgreich eingesetzt, um wichtige Komponenten in Kraftwerken zu reparieren und deren Oberflächen zu verstärken. Beispiele hierfür sind die Reparatur von Abnutzungsstellen an den Dichtflächen von Dampfturbinen sowie die Reparatur von abgenutzten Flächen an den Hauptwellen von Wärmeübertragungspumpen. Abbildung 9 und 10 zeigen jeweils Fotos der bearbeiteten Stellen nach der Reparatur mit dem Verfahren der Elektrodenaufschweißung. Zusammenfassung: 1. Die durch Elektrodenstrahlverschweißung entstehende Schicht ist metallurgisch mit dem Grundmaterial verbunden. Die Wärmebeeinflusste Zone ist äußerst klein, wodurch die Restspannungen vernachlässigbar sind. ⒉ Die Reparatur von beschädigten Schlüsselelementen in Kraftwerken mittels der Elektrostaubschweißverfahren ist online möglich und das Verfahren ist einfach. Nach der Nachbesserungschweißung ist die Bearbeitungsmenge gering, wodurch die Stillstandzeiten reduziert werden. ⒊ Die Verfahren der Elektrostaubschweißung hat in Kraftwerken große Anwendungsmöglichkeiten und birgt erhebliche wirtschaftliche sowie soziale Vorteile. Referenzen: Elektrische Zuverlässigkeitsmanagementzentrum, Handbuch für große Kraftwerke, 1998, S. 4. Ausblick auf die Schweißtechnologie in Kraftwerken, Sammlung von wissenschaftlichen Abhandlungen anlässlich des 60-jährigen Bestehens der Chinesischen Gesellschaft für Elektrotechnik. Williams A.D., Humphries J.L. Ausgewählte Abhandlungen der 15. Internationalen Konferenz für Wärmebeschichtungstechnik (ITSC’98). Methode der Aufbringung von Beschichtungen: Die Zementfabrik in Mianxiang verwendet die manuelle Glühötzchenschweißung zur Aufbringung von Beschichtungen auf den Walzen der Doppelwalzbrecher. Dadurch konnte eine Nutzungsdauer von 10 Monaten erreicht werden – dabei wurden 150.000 Tonnen Klinker zerkleinert. Die wichtigsten Punkte bei der Schichtverlegung sind wie folgt: ⑴ Auswahl des Schweißstabs: Es sollten Schweißstäbe der Typen D-65, D-667 und 506 verwendet werden. Vor der Schichtverlegung müssen die Schweißstäbe gemäß den Anweisungen des Herstellers getrocknet und anschließend in einem Kühlschrank aufbewahrt werden. (Die Verwendung von Schweißmaterialien der Klasse 506 führt zu schwerem Abblättern.) Für das Material zur Schichtverfestigung sollte ein Schweizmaterial der Klasse 100S-G oder höher verwendet werden. (2) Behandlung der Rollenoberfläche: Die Reparatur der Rollenoberfläche kann entweder durch lokale, direkte Nachschweißarbeiten oder durch vollständige Entfernung der beschädigten Schichten gefolgt von erneutem Nachschweißen erfolgen. Man kann es auch als zwei separate Prozesse betrachten. Bei der ungleichmäßigen Abnutzung entlang der Breite des Rollenrings sowie bei der ungleichmäßigen Abnutzung durch Muster oder harte Stoffe sowie bei der allgemeinen Abnutzung der Rollenoberfläche kann man lokale Reparaturmethoden anwenden, indem man direkt wieder verschweißt. Nach 5–6 solchen Direktverschweißungen breiten sich aufgrund der wiederholten hohen Druckkräfte, die auf den Rollenring einwirken, die Schweißfehler weiter aus. Dadurch entsteht auf der Oberfläche des Rollenrings eine Schicht aus Ermüdung. Wenn nun erneut mit widerstandsfähigen Schweißelektroden repariert wird, kann es zu einem Ablösen der Schichten kommen. Deshalb muss die Ermüdungsschicht auf der Oberfläche des Rollenrings zunächst vollständig entfernt werden, bevor eine widerstandsfähige Schicht aufgetragen werden kann. Die Instandsetzung der Rollenoberfläche in der Xiexing-Zementfabrik erfolgt durch vollständige Entfernung und anschließende Nachschweißen. Egal ob es sich um eine direkte Nachbesserung durch Schweißen handelt oder um das vollständige Entfernen des beschädigten Teils vor der Nachbesserung – die Rundheitsfehler der Mahlwalzen sowie die Differenzen in den Durchmessern der beiden Walzen dürfen nicht zu groß sein. Andernfalls können horizontale Vibrationen der Pressen entstehen, und die Belastung der beiden Mahlwalzen wird ungleichmäßig. Um die Ermüdungsschicht auf der Oberfläche des Rollens zu beseitigen, kann man dazu eine Kohlenstoffbogen-Schneidanlage verwenden. Dabei muss die Ermüdungsschicht vollständig entfernt werden, damit die eigentliche Materialschicht des Rollens sichtbar wird. Vor dem Aufbringen der Schichtschweißung müssen die Schweißstäbe gemäß den Anweisungen des Herstellers getrocknet werden. Zudem muss das zu schweißende Bauteil vorgeheizt werden, und nach dem Schweißen sollte es langsam abkühlen. ⑶Es sollten Gleichstrom-Schweißgeräte mit einer Leistung von mindestens 10 kVA oder Wechselstrom-Schweißgeräte mit einer Leistung von mindestens 20 kVA verwendet werden. Bei der Verwendung eines Gleichstrom-Schweißgeräts muss die Polarität umgekehrt werden (der Schweißstab wird mit der positiven Polung verbunden). Beim Aufbringen von Schichten wird ein Wechselstrom-Schweißgerät verwendet; dabei sollte die Nenndruckspannung mindestens 70 V betragen, während der Stromwert bei etwa 200 A liegen sollte. Wenn die Spannung im Leerlauf unter 70 V liegt, muss der Strom erhöht werden, damit Elektrode und Grundmaterial vollständig miteinander verschmelzen. Das Verhältnis von Breite zu Höhe der Schweißnaht sollte 3:1 betragen. So kann es wirklich fest mit dem Grundmaterial verschmolzen werden und die gewünschte abriebfeste Struktur entstehen. ⑷Reihenfolge und Dicke der Aufbringenung: Nach der Vorbereitung der Rolloberfläche sollen zunächst 1–3 Schichten mit dem Schweißdraht 506 aufgetragen werden, um die Rolle wieder in eine kreisförmige Form zu bringen. Anschließend wird mehrere Schichten D-667 gleichmäßig aufgetragen, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Nach dem Aufbringen der D-667-Schicht wird eine weitere Schicht aus D-65 aufgetragen, wobei die Dicke dieser Schicht 3–5 mm beträgt. Nachdem die D-65-Schicht aufgetragen wurde, wird anschließend mit D-65 noch eine Schicht in Form eines Musters aufgetragen. Zur Entstehung von Abnutzung an der Rollenoberfläche sind gleichzeitig sowohl der für die Zerkleinerung des Materials erforderliche Druck als auch ein relativer Verschub notwendig. Der Druck wird durch die Eigenschaften des Materials bestimmt und ist in der Regel schwer zu ändern. Und es ist einfacher, den relativen Schlupf des Materials gegenüber der Rollenoberfläche während des Pressvorgangs durch die Gestaltung der Rollenoberflächenstruktur zu verringern. Obwohl die in den Anfängen im Inland verwendeten Hufeisenmuster ein seitliches Verrutschen der Materialien verhindern konnten, hemmten sie nicht das axiale Verrutschen der Materialien während des Pressvorgangs. Insbesondere bei der Verarbeitung von kleinen Partikeln trat eine stärkere Abnutzung auf. Im Vergleich dazu weist eine Walzenoberfläche mit Delta-Muster und einer harten Mittelkugel die beste Abnutzungsbeständigkeit auf. Die Kantenlänge des Lilienmusters beträgt 4–5 cm, die Breite der Schweißnaht liegt bei etwa 1 cm und die Höhe bei etwa 4 mm. Die Dicke der verschiedenen Abnutzschichten sollte möglichst gleichmäßig sein, damit die Presswalzen während der Nutzung stets kreisförmig bleiben. ⑸Bei der Schweißung muss in drei Schichten gearbeitet werden – ohne Pause für die Arbeiter, damit das zu schweißende Material über einen längeren Zeitraum bei hoher Temperatur bleibt. Faltbare Bearbeitungsversion – Prinzip der Schweißung mit Plasmabogen: Die Technik der Schweißung mit Schleiffestmaterialien unter Verwendung eines Plasmabogens nutzt die hohen Temperaturen sowie die hohe Stromdichte des Plasmabogens. Die harten Partikel werden gleichmäßig in das Metall der Schweißschicht eingebettet. Dabei schmelzen die harten Partikel kaum oder gar nicht – so entsteht eine zusammengesetzte Schweißschicht. Diese zusammengesetzte Schweißschicht besteht aus mehreren Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Eines dieser Materialien sind die kohlenstoffhaltigen Hartpartikel, die für die Abnutzungsbeständigkeit der Schweißschicht sorgen. Dabei handelt es sich in der Regel um gegossenes Tungstencarbid, Chromcarbid, Borcarbid oder gesintertes Tungstencarbid. Im Prinzip können alle Arten von Carbiden, Boriden – sogar Diamanten mit noch höherer Härte – als Bestandteile der zusammengesetzten Schweißschicht verwendet werden. In der Industrie werden vor allem gegossenes Tungstencarbid verwendet – dieses besteht aus einem eutektischen Gemisch und hat eine Härte von 250–300. Ein weiterer Bestandteil der Schweißschicht ist das Grundmetall, das als „Trägermaterial“ fungiert. Es gilt als Basis der Schweißschicht. In der Regel erfolgt die Verbindung zwischen den harten Partikeln und dem Trägermaterial durch Löten, während die Verbindung zwischen der Schweißschicht und dem Untergrundmetall durch metallurgische Verbindungen erfolgt. Vorteile der Verwendung der Plasmabogenschweißtechnologie sind die stabile und zuverlässige Qualität der zusammengesetzten Schweißschicht. Durch die neuesten Entwicklungen in der Plasmabogenschweißtechnologie können Schweißschichten ohne Löcher, Risse oder andere Defekte hergestellt werden. Die Kohlenstoffhaltigen Partikel sind in der Schweißschicht gleichmäßig verteilt. Die abnutzungsresistenten Schweißschichten weisen eine hohe Abnutzungsbeständigkeit auf. Unter extremen Belastungsbedingungen zeigt die zusammengesetzte Schweißschicht besonders gute Abnutzungsbeständigkeit. Dadurch kann die Lebensdauer der Schutzschicht um ein Vielfaches erhöht werden. Zudem weist die Schweißschicht eine hohe Verbindungsstärke auf. Da die Schweißschicht metallurgisch mit der Oberfläche des zu schützenden Werkstücks verbunden ist, können hohe Festigkeitsanforderungen erfüllt werden. Im Vergleich zu Schutzschichten, die durch Wärmebeschichtung erzeugt werden, ist die Verbindungsstärke der Schweißschicht 3–8 Mal höher. Die zusammengesetzte Schweißschicht kann auch bestimmte Anforderungen bezüglich der Stoßfestigkeit erfüllen. Beispielsweise werden bei Zementherstellungsanlagen häufig Hammerköpfe aus Hochmanganstahl verwendet. Aufgrund der hohen Belastungen während des Abnutzungsprozesses hat diese Art von Material eine kurze Lebensdauer. Wenn eine Schicht aus hochkohlenstoffhaltigem, hochchromhaltigem Legiermetall auf die Oberfläche aufgetragen wird, kann dies dazu führen, dass die Schweißschicht zerbricht. Mit einer zusammengesetzten abnutzungsresistenten Schweißschicht kann dieses Problem vermieden werden – außerdem wird die Abnutzungsbeständigkeit deutlich verbessert. Dadurch kann eine effizientere Automatisierung der Produktion erreicht werden, wodurch die Arbeitsbelastung der Arbeiter verringert und die Arbeitsbedingungen verbessert werden. Dadurch steigt auch die Arbeitsproduktivität.
Chinesischer Name: 堆焊
Pinyin: duī hàn
Zhuyin: ㄉㄨㄟ ㄏㄢˋ
Inhalt:
1. Einführung
2. Allgemeine Beschreibung
3. Kaltverschweißen durch Aufschweißen
4. Anwendungsbereiche
5. Elektroslagaufschweißen
6. Anwendungen zur Reparatur
7. Methoden des Aufschweißens
8. Bogenaufschweißen
Einführung:
Duī hàn ist eine Schweißmethode, bei der Metall mittels Schweißen oder Gasbrennschneiden geschmolzen und auf Werkzeuge oder Maschinenteile aufgetragen wird. Wird üblicherweise zur Reparatur von abgenutzten und beschädigten Stellen verwendet. Englisch: Overlay Welding. Zusammenfassung dieses Abschnitts: Es gibt viele Verfahren zur Aufbringung von Schichten in der Produktion. Hier wird ein Vergleich der Verdünnungsrate sowie der Auftragsgeschwindigkeit einiger dieser Verfahren dargestellt. Vergleich der Eigenschaften bei der Falzverarbeitung: Schweißverfahren, Verdünnungsgrad (%) und Aufbringungsgeschwindigkeit (kg/h). Bei der Schweißung mit Unterstrom werden folgende Werte erzielt: Einzeldraht – 30–60, 4,5–11,3; Mehrdraht – 15–25, 11,3–27,2. Bei der Schweißung mit seriellen Strahlen liegen die Werte bei 10–25, 11,3–15,9. Bei der Schweißung mit einzelnem Elektrodenstrang sind die Werte 10–20, 12–36; bei mehreren Elektrodensträngen liegen sie bei 8–15, 22–68. Bei der Schweißung mit Plasmastrahl und automatischer Federung liegen die Werte bei 5–15, 0,5–6,8. Bei der manuellen Federung liegen die Werte bei 5–15, 0,5–3,6. Bei der automatischen Federung liegen die Werte ebenfalls bei 5–15, 0,5–3,6. Bei der Schweißung mit zwei Heizdrähten liegen die Werte bei 5–15, 13–27. Bei der Schweißung unter Schutzgas mit geschmolzenem Elektrodenstrang liegen die Werte wie folgt: Bei der selbstschützenden Schweißung bei 10–40, 0,9–5,4; bei der Schweißung mit Elektrodenstrang bei 15–40, 2,3–11,3. Bei der Schweißung mit Elektrodenstrang und Schlacke liegen die Werte bei 10–14, 15–75. Aus Tabelle 3 geht hervor, dass die Schweißung mit Elektrodenstrang eine höhere Aufbringungsgeschwindigkeit aufweist, während die Schweißung mit Plasmastrahl einen geringeren Verdünnungsgrad hat. Auf dieser Grundlage haben Forscher weiterhin fortschrittliche Technologien für die Schweißung mit Elektrodenstrang sowie für die Schweißung mit Plasmastrahl entwickelt, die sowohl effizient als auch mit niedrigem Verdünnungsgrad arbeiten. Faltbare Bearbeitungsversion: Kaltverschweißung und -aufbringen. Die Technik der Kaltverschweißung und -aufbringung nutzt das Prinzip der Hochfrequenz-Entladung, um Oberflächenfehler sowie Abnutzungen an Metallteilen ohne Wärmeentwicklung zu beheben. Dadurch wird die Integrität der Teile gewährleistet. Zudem kann diese Technik zur Verstärkung der Teile eingesetzt werden, wodurch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung, Hitze und Korrosion verbessert wird. Die Aushärtungs- und Aufbrühverfahren für Schweißanlagen sorgen dafür, dass Metallteile nach der Reparatur nicht verformt werden, nicht geöht werden müssen, eine hohe Schweißfestigkeit aufweisen und abriebfest sind. Durch metallurgische Prüfungen, Zugversuche sowie Härteprüfungen kann dies überprüft werden. Zudem gewährleistet die metallurgische Verbindung zwischen dem Schweißmaterial und dem Substrat eine feste Verbindung beim Schweißen. Wird häufig zur Reparatur von Pinholen, Luftlöchern, Verzerrungen, Überständen, Beschädigungen durch Stöße, Kratzern, abgebrochenen Ecken, eingebrochenen Ecken, Sandlöchern, Rissen, Abnutzung, Einbuchtungen, Fertigungsfehlern, Herstellungsfehlern sowie Schweißfehlern in Präzisionsgussteilen sowie zur Verstärkung mechanischer Oberflächen eingesetzt. Faltbare Bearbeitungsversion – Anwendungsbereiche: Herstellung von Formen; Behandlung der Oberfläche von Kunststoffformen durch Strukturierung, um ein besseres Erscheinungsbild und eine längere Lebensdauer zu erzielen; Reparatur der Trennflächen bei Kunststoffformen für Helme durch Aufbringen von Schichten; Verstärkung der Oberfläche der Spritzgusseinrichtungen aus Aluminiumlegierungen; Reparatur sowie Verstärkung von Formkammern aufgrund von Abweichungen, Abnutzung oder Kratzern. Reparatur von Kunststoff- und Gummiteilen, die durch Falten entstehen; Reparatur von Formen für Gummi- und Kunststoffteile bei Abweichungen oder Abnutzung. Faltbare Luft- und Raumfahrtkomponenten: Reparatur oder Instandsetzung von Flugzeugtriebwerksteilen, Turbinen sowie Turbinenwellen. Verstärkung der Oberfläche von Raketendüsen. Reparatur von Außenhüllen von Flugzeugen. Verstärkung oder Instandsetzung der Hüllen von Satelliten. Lokale Karbidierung von Titanlegierungen zur Verbesserung ihrer Eigenschaften. Lokale Karbidierung von eisenhaltigen Hochtemperaturlegierungen. Anbringung von korrosionshemmenden Schichten wie A1 auf der Oberfläche von Magnesiumlegierungen. Instandsetzung lokaler Defekte in Magnesiumlegierungen durch Aufbringen von Schichten. Lokale Instandsetzung von Läufen aus Nickel- oder Kobalthochtemperaturlegierungen – beispielsweise bei Abnutzung der Dämpfungsoberflächen der Läufe sowie bei Abtragung an den Leitflächen. Faltende Herstellung und Reparatur – In der Automobilherstellungs- und -reparaturindustrie wird diese Methode zur Ausbesserung und Reparatur von Kompressoren, Kurbelwellen, Kolben, Zylindern, Bremsscheiben, Laufrädern, Felgen, Kupplungen, Reibflächen sowie Abgasventilen verwendet. Zudem dient sie dazu, Mängel an der Oberfläche des Fahrzeugkörpers zu beheben. Wartung von Elektroanlagen für Schiffe – Reparatur von Elektrokurbeln, Lagerungen, Bürsten sowie elektrischen Komponenten und Widerständen. Schweißen der Verbindungsstücke zwischen den Rädern der elektrischen Eisenbahnlokomotiven und den Schienen. Herstellung und Schweißen von leitfähigen Rollen in Galvanikanlagen sowie von Kupfer- und Aluminiumelektroden zur Metalloxidierung. Faltmaschinenindustrie: Korrektur von Werkstücken mit Abweichungen sowie Reparatur von Maschinenführungen, verschiedenen Achsen, Kammern, Hydraulikpressen, Kolben von Ölpressen, Zylindrwänden, Wälzlagern, Walzen, Zahnrädern, Riemengetrieben, Stiften zur Formung von Federn, Prüfstiften, Ringprüfern sowie verschiedenen Arten von Rollen, Stäben, Säulen, Schlössern und Lagern. Industrie der Falzgusstechnik: Behebung von Mängeln wie Sandlöchern und Porositäten in Gussteilen aus Eisen, Kupfer und Aluminium sowie Instandsetzung abgenutzter Aluminiumformen. Faltbare Bearbeitungsversion Elektroslag-Beschichtung – Hintergrund der Entstehung: Die Innenflächen von Hydrogeneratoren in der Petrochemieindustrie, Synthesetürmen, Reaktoren zur Kohlenverflüssigung sowie der dicken Druckbehälter in Kernkraftwerken benötigen eine große Fläche an Edelstahlbeschichtungen, die hitzebeständig sind und gegen Korrosion durch Sauerstoff, Schwefelwasserstoff usw. schützen. In den 1970er Jahren wurde in diesem Bereich sowohl im Inland als auch im Ausland großflächig die Technik der Schweißung mit eingebetteten Elektroden (SAW) eingesetzt. Die Breite der Pole entwickelt sich ebenfalls von schmalen Bändern hin zu breiten Bändern mit 60 mm, 90 mm, 120 mm und 150 mm. Diese Technologie weist im Vergleich zur Drahtelektroden-Schweißung erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der Verdünnungsrate und der Schweißgeschwindigkeit auf. Doch da Druckbehälter immer größer und komplexer werden, wird die Schichtveredelungstechnologie dazu angehalten, in Richtung höherer Qualität und Effizienz weiterentwickelt zu werden. Anfang der 1970er Jahre wurde in Deutschland erstmals die Technik der elektrodgestützten Schlackeverschweißung entwickelt. Später wurden diese Technologie von Ländern wie Japan, den USA und der ehemaligen Sowjetunion weiter verbessert. Aufgrund ihrer Vorteile – wie einer höheren Produktivität im Vergleich zur elektrodgestützten Unterstromschweißung, einer geringeren Verdünnungsrate sowie einer guten Schweißnahtqualität – fand diese Technik sowohl im Inland als auch im Ausland schnelles Wachstum und wurde weit verbreitet eingesetzt. Schlüsselpunkt zur Faltenfunktion: Die elektrolytische Schweißung mit Polen nutzt die Wärmeeffekte des leitfähigen Schlackematerials, um das zu schweißende Material sowie das Grundmaterial zu schmelzen. Abgesehen von der Anfangsphase sollte während des gesamten Schweißvorgangs ein Bogen erzeugt werden. Um einen stabilen Prozess der Elektroschmelzbeschichtung zu gewährleisten, sind folgende technische Aspekte wichtig: Eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung. Im Prozess der Elektroschmelzbeschichtung hat die Stabilität des Schlackenbeckens einen großen Einfluss auf die Qualität der Beschichtung. Die Schwankungen der Spannung wiederum sind der entscheidende Faktor, der die Stabilität des Schlackenbeckens beeinflusst. Deshalb soll die Spannung im Laufe des Beschichtungsprozesses so gering wie möglich sein. Dafür ist es notwendig, eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung zu verwenden. Außerdem sollte die Stromversorgung eine niedrige Spannung sowie einen hohen Stromausgang aufweisen, eine hohe Steuergenauigkeit besitzen, in der Lage sein, Schwankungen der Netzspannung effektiv auszugleichen, und über zuverlässige Schutzfunktionen verfügen. Die Nennstromstärke der Stromversorgung hängt von der verwendeten Bandbreite ab. In der Regel beträgt die Nennstromstärke bei einer Bandbreite von 60 mm × 0,5 mm 1500 A, bei 90 mm × 0,5 mm 2000 A und bei 120 mm × 0,5 mm 2500 A. Ein weiterer notwendiger Bedingung für einen stabilen Elektroschmelzprozess ist, dass das Schweißmittel eine gute Leitfähigkeit aufweisen muss. Die Leitfähigkeit von Schweißzusätzen für die Elektroslagbeschichtung sollte 2–3 Ω⁻¹·cm⁻¹ betragen, was 4–5 Mal so viel ist wie bei herkömmlichen Schweißzusätzen für den Unterwasser-Schweißen. Die in Deutschland und im Ausland verwendeten Elektroslag-Schweißzusätze sind meist gesintert. Die Leitfähigkeit des Schweißmittels hängt von der Menge an Chloriden (NaF, CaF2, Na3AIF6 usw.) in der Zusammensetzung des Schweißmittels ab. Wenn der Anteil der Chloride unter 40 % liegt, handelt es sich beim Schweißvorgang um einen Bogenprozess. Im Bereich von 40 % bis 50 % handelt es sich in der Regel um einen Kombinationsprozess aus Bogen- und Schlackeschweißen. Wenn der Anteil der Chloride über 50 % liegt, entsteht ein reiner Schlackenschweißprozess. CaF2 ist sowohl ein gutes Leitmaterial als auch ein wichtiges Schlackengenerierungsmittel, weshalb es in der Regel der Hauptbestandteil von Schweißzusätzen für die Elektroslagbeschichtung ist. Neben der Leitfähigkeit muss das Schweißzusatzmaterial auch gute Eigenschaften für den Aufbringen von Schichten aufweisen (Entfernung von Schlacke, Formbarkeit, Benetzungsfähigkeit) sowie gute metallurgische Eigenschaften (geringe Verluste an Legierungselementen, geringer Anstieg unerwünschter Elemente). Zudem sollte es eine geeignete Korngröße haben – in der Regel ist diese feiner als bei Schweißzusatzmaterialien für den Submergierschweißen. Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, gibt es viele Arten von Schweißzusätzen, die bereits in der Produktion eingesetzt werden. Dazu gehören beispielsweise die ausländischen Produkte FJ-1 (Japan), EST122 (Deutschland) und Sandvik37S (USA). Ebenfalls erhältlich sind inländische Produkte wie SJ15 und SHD202 usw. Bei der Schweißung mit breiten Elektroden (mit einer Elektrodendicke von mehr als 60 mm) führt das Magnetkompaktionsphänomen dazu, dass an der Schweißschicht Kantenbildung auftritt. Je größer die Dicke der Elektrode ist, desto höher wird der Schweißstrom – und desto stärker ist das Problem der Kantenbildung. Deshalb muss eine externe Magnetfelderzeugung eingesetzt werden, um eine solche Kantenbildung zu verhindern (Magnetkontrollmethode). Wie in der Abbildung dargestellt. Gleichzeitig muss die Position der Magnetpole sinnvoll gewählt werden, außerdem muss die Stärke der Anregungsströme angemessen sein. Ein zu starker oder zu schwacher äußerer Magnetfeld kann die Formung der Aufbruchnaht beeinträchtigen (Abbildung 2). Die Magnetstromstärken der beiden Pole sollten separat einstellbar sein. Zum Beispiel bei Werkstücken in einer nicht vorgeheizten Längsschweißposition: Wenn die Bandbreite 60 mm × 0,5 mm beträgt, betragen die Steuerströme für den Nord- und Südpol des Magnetkontrollgeräts jeweils 1,5 A und 3,5 A. Bei einer Bandbreite von 90 mm × 0,5 mm liegen diese Werte bei 3 A bzw. 3,5 A. Faltverarbeitungsparameter: Die Verwendung angemessener Parameter für das Aufbringen von Schichten ist ein wirksames Mittel, um einen stabilen Prozess der Elektroslagbeschichtung sowie eine gute Qualität der Schweißnaht zu gewährleisten. Die wichtigsten Prozessparameter, die die Qualität der Schweißnaht bei der Bandelektroden-Schweißung beeinflussen, sind die Schweißspannung, der Schweißstrom sowie die Schweißgeschwindigkeit. Weitere wichtige Faktoren sind die Länge des ausstehenden Teils der Elektrode, die Dicke der Schutzschicht, die Überschneidung zwischen den Schweißnähten sowie die Schweißposition. ① Eine präzise Steuerung der Schweißspannung ist für die Bandelektroden-Schweißung von großer Bedeutung. Ist die Spannung zu niedrig, besteht die Tendenz, dass sich die Bandelektrode mit dem Grundmaterial verklebt. Die Spannung ist zu hoch, wodurch das Entstehen von Bogenströmen deutlich zunimmt. Der Schmelzpool wird instabil, und es kommt zu mehr Spritzern. Als empfohlene Schweißspannung liegt ein Wert zwischen 20 und 30 V vor. ② Die Schweißstromstärke hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Bandelektroden-Schweißung. Mit zunehmender Schweißstromstärke steigen auch die Eindringtiefe, die Breite sowie die Höhe der Schweißnaht. Die Verdünnungsrate nimmt hingegen leicht ab. Allerdings führt eine zu hohe Stromstärke zu mehr Spritzern. Für Bänder mit unterschiedlicher Breite sollte eine unterschiedliche Schweißstromstärke gewählt werden. Bei Bändern mit den Abmessungen φ75mm×0,4mm liegt die geeignete Stromstärke im Bereich von 1000 bis 1300 A. ③ Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit verringern sich die Breite und die Höhe der Schweißnaht, während die Eindringtiefe sowie das Verdünnungsverhältnis zunehmen. Eine zu hohe Schweißgeschwindigkeit führt zu einer erhöhten Anzahl an Bogenentstehungen. Um ein bestimmtes Verdünnungsverhältnis zu gewährleisten und die Eigenschaften der Aufschicht zu erhalten, wird die Schweißgeschwindigkeit in der Regel auf 15–17 cm/min begrenzt. ④ Beim Schichtweisen Elektroslagbeschichten beeinflusst die Neigung des Grundmaterials den Verdünnungsgrad sowie die Form der Schweißnaht. Es wird empfohlen, die Schweißarbeit in horizontaler Position oder in einer leichten Neigung von 1º–2º durchzuführen. ⑤ Die empfohlenen Werte für einige weitere Parameter sind: Die Länge des Auslegers beträgt 25–35 mm, die Dicke des Schweißzusatzes 25–35 mm und die Überschneidung der Schweißnaht 5–10 mm. Anwendungsbereich der Faltenverfahren: Die Schweißverfahren mit Elektroden weisen im Vergleich zur Substratbrennschweißung folgende Vorteile auf: 1) Hohe Schweißeffizienz – bei mittlerer Stromstärke ist sie um 50 % höher als bei der Substratbrennschweißung. 2) Die Schweißtiefe ist gering und gleichmäßig; außerdem ist das Verdünnungsmaß des Grundmaterials niedrig – in der Regel kann es unter 10 % gehalten werden. Das ist die Hälfte dessen, was bei der Substratbrennschweißung der Fall ist. Mit einer einzigen Schicht Schweißen lassen sich bereits die erforderlichen Leistungsanforderungen erfüllen. 3) Die Schweißschicht hat eine gute Form und weist kaum Defekte wie Einschlüsse auf. Die Oberflächenqualität ist hervorragend – die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche liegen unter 0,5 mm (beim Submerged-Arc-Schweißen sind sie größer als 1 mm). Daher ist keine weitere mechanische Bearbeitung der Oberfläche notwendig, was Material- und Zeitersparnis bedeutet. 4) Bei der Verwendung von Legierungselementen in den Polen kommt es zu nur geringem Abbau dieser Elemente sowie zu einem minimalen Anstieg unerwünschter Elemente. Die Plastizität und Zähigkeit der Aufbruchschicht sind höher als bei Verfahren, bei denen Schweißen unter Schutzgas notwendig ist. 5) Da die Kohlenstoffdiffusionsschicht im Schweißbereich der Verbindung schmal ist und die Breite der Martensitbänder gering ist, weisen die Eigenschaften des Schweißbereichs der Verbindung eine bessere Leistung auf als bei der Bandelektroden-Schweißung. Genau aufgrund der oben genannten Vorteile wird die elektroslagbeschichtung mit Polen weltweit in großflächiger Beschichtung der Innenflächen von Druckbehältern eingesetzt – beispielsweise in Wasserstoffkontrollreaktoren, Wärmetauschern in Gasanlagen sowie in Anlagen von Kernkraftwerken. Aufgrund einiger Eigenschaften der Elektroschmelzverschweißung hat diese auch bestimmte Anwendungsbereiche: Bei dieser Verfahrensart ist die eingeleitete Wärmeleistung hoch, weshalb sie in der Regel zur Verschweißung von Werkstücken mit einer Wandstärke von 50 bis 200 mm verwendet wird. Der minimale empfohlene Durchmesser sowie die minimale Wandstärke der Werkstücke sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Empfohlene Mindestabmessungen für Elektroden bei der Verwendung der Elektrodenschweißung mit Polen. Mindestdurchmesser und Wandstärke der Elektroden, Mindeststärke des Substrats, Mindestdurchmesser der Oberfläche – Außenoberfläche, Innenoberfläche: 60×0,5; 40; 250; 450. 90×0,5; 80; 500; 900. Zusammenfassung: Das Institut für Oberflächentechnologie am Chinesischen Institut für Wissenschaften der Landwirtschaftsmaschinerie, geleitet von Wang Ruijun und Huang Xiaoou. Die Elektrizitätsindustrie als Grundlage der Volkswirtschaft ist stets ein Schwerpunkt der Entwicklung gewesen. In diesem Artikel wird die Elektrostaubschweißverfahrensweise erfolgreich eingesetzt, um Defekte durch Abnutzung des Achsdurchmessers im Verschlussteil des Rotors eines Dampfturbinen-Generators zu beheben. Der betreffende Generator hat außerdem erfolgreich zweiinhalb Jahre lang Tests unter Belastung überstanden. Außerdem wurden die Dichtflächen der Dampfturbinenkammern sowie die abgenutzten Flächen des Hauptlagers des Wärmenetzkreislaufs repariert. Bislang wurden mit dieser Technologie bereits fast zwanzig Rotoren dieses Typs sowie Dutzende von zugehörigen Komponenten erfolgreich repariert, was erhebliche wirtschaftliche und gesellschaftliche Vorteile mit sich brachte. Faltbare Schlüsselwörter: Elektrisches Stichschweißen, Kraftwerke, Abnutzung, Reparatur. Faltbare Einleitung: Die Elektrizitätsindustrie als Grundlage der Volkswirtschaft ist stets ein Schwerpunkt der Entwicklung gewesen. Die letzten zwanzig Jahre waren die Phase mit dem schnellsten Wachstum und den größten Errungenschaften in der Geschichte der Entwicklung der Elektrizitätsversorgung in China. Bis zum Jahr 1998 betrug die installierte Leistung der Stromerzeugungsanlagen in China 277.289 MW. Die jährliche Stromerzeugung lag bei 1,1576 Billionen Kilowattstunden. Im Land gab es insgesamt 68 große Kohlekraftwerke mit einer installierten Leistung von mehr als 1.000 MW. Mit zunehmender Anzahl der Spannungsstufen sowie steigender Leistung und Parameter pro Anlage wird die Wartung und Reparatur dieser Anlagen immer komplexer und wichtiger. Als Herzstück der Dampfturbinen-Generatoranlage – der Generatorrotor – weist er eine hohe Betriebsgenauigkeit sowie eine hohe Drehzahl auf. Zudem sind die Herstellungskosten hoch. Sollte er beschädigt werden, führt dies unmittelbar zu einer Verringerung der Leistung der gesamten Anlage – oder sogar zu deren Stillstand. Es wurden verschiedene Verfahren wie Wärmebeschichtung, Argon-Schweißen, Stickermaschinen sowie Elektrophosphatierung zur Reparatur eingesetzt, doch die tatsächlichen Ergebnisse dieser Reparaturen waren nicht zufriedenstellend. In diesem Artikel wird die DZ-1400-Modelle Elektrisch-Entladungs-Schweißanlage (kurz ESD), die vom Institut für Oberflächenverarbeitungstechnik am Chinesischen Forschungsinstitut für Landwirtschaftliche Mechanisierung entwickelt und hergestellt wurde, zur In-situ-Reparatur des abgenutzten Achsdurchmessers der Dichtsektion des Generatorenrotors eingesetzt. Dabei wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Inzwischen wurden bereits fast zwanzig abgenutzte Rotorenachsen repariert; bei einigen davon beträgt die Betriebsdauer nach der Reparatur bereits mehr als zwei Jahre und fünf Monate. Die Praxis hat gezeigt, dass das Verfahren der Elektrodenaufschweißung eine wichtige Rolle bei der Reparatur von Anlagenteilen in Kraftwerken spielt und erhebliche wirtschaftliche sowie soziale Vorteile mit sich bringt. Abnutzung des Faltenachsendurchmessers: 0,125 mm. Sobald der Achsdurchmesser abgenutzt oder beschädigt wird, ist es schwierig, den Öldruck in der Dichtschicht aufrechtzuerhalten. Dadurch kann Wasserstoff entweichen. Die Dichtschicht zwischen dem Achsdurchmesser und den Lagern wird vollständig zerstört, wodurch die hohe Drehzahl des Rotors beeinträchtigt wird. In schweren Fällen kann dies dazu führen, dass die Anlage nicht mehr funktioniert. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors nach Abnutzung der Achsdurchmesser. 3. Vergleich von Schweißverfahren mit Elektrodenstrahl und verwandten Verfahren~ Um einen schnellen Betrieb des Rotors sowie eine effektive Kühlung zu gewährleisten, besteht zwischen dem Rotorschaft und den Lagerflächen eine dreistufige Dichtschicht aus Wasserstoff, Öl und Wasser. Während des Betriebs bleibt der Abstand zwischen dem Achsdurchmesser und den Lagersteinen bei 0,075. Die Elektrische Spritzschweißverfahren unterscheiden sich von Verfahren wie Schweißen, Sprühen oder Elementeinbringen. Einfach ausgedrückt, handelt es sich um einen Prozess, der sich zwischen diesen beiden befindet – er weist einige Eigenschaften von Verbindungsverfahren wie dem Schweißen auf, besitzt aber gleichzeitig die einzigartigen Vorteile einer geringen Wärmezufuhr sowie einer metallurgischen Verbindung zwischen der Schweißschicht und dem Grundmaterial. In Anwendungen mit besonderen Anforderungen macht die Verfahren der Elektrodenaufschweißung die Mängel anderer Verfahren wett (der Arbeitsmechanismus wird in einem separaten Artikel erläutert). Tabelle 1 zeigt einen Vergleich des Verfahrens der Elektrodenstrahlverschweißung mit anderen Verfahren. Ergebnisse des Faltestests ⒊1 Herstellung der Probe: Aufgrund des Durchmessers der Rotorexzentrifuge wurde das universelle Material 35CrMoA als Grundmaterial für die Probe ausgewählt. Als Elektrode für das Aufbringen von Schichten wurde ein Inconel-Hochlegierungsstab mit den Abmessungen 25 mm × 6,0 mm verwendet. Die chemische Zusammensetzung dieser Elektrode ist in Tabelle 2 aufgeführt. ⒊Die Auswahl der Schweizelektrodenmaterialien erfolgt nach den Anforderungen des Werks: Die Härte der Schweißschicht soll der des Grundmaterials entsprechen. Zudem sollen die Materialien selbstschmierend, selbstglättend sein sowie widerstandsfähig gegen Korrosion durch Gasströmungen – außerdem soll ihr Legierungsgehalt hoch sein. Drehverfahren, Elektrodenaufbringen, Schweißen mit Funken – Vorteile: 1. Hohe Bearbeitungsgenauigkeit. 2. Eignet sich für die Bearbeitung vor Ort. 3. Geringe Kosten. 4. Die ursprünglichen Abmessungen werden gewahrt. 5. Hohe Effizienz. 6. Bearbeitung vor Ort möglich. 7. Kurze Bearbeitungszeit. 8. Hohe Verbindungsstärke. 9. Sehr geringe Restspannungen. Nachteile: 1. Der Durchmesser verringert sich. 2. Es ist notwendig, die Teile neu einzustellen; die Austauschbarkeit der Teile ist schlecht. ⒊ Lange Zykluszeiten, hohe Kosten, schwierige Bearbeitung vor Ort 1. Geringe Verbindungsstärke 2. Begrenzte Dicke der Beschichtung 3. Die Kupferbeschichtung weist eine schlechte Abnutzungsbeständigkeit auf und neigt zur Korrosion durch Galvanisierung. ⒈Hohes Porenvolumen zwischen den Schichten der Klebeschicht ⒉Niedrige Verbindungsstärke – dadurch geringe Effizienz. Tabelle 2: Zusammensetzung der Schweizelektroden: Ni, Cr, Fe, Mo, Mn, Si, Andere: 70, 14, 4,5 – – 7,8, 0,5 Bar. ⒊2 Untersuchungsmethoden: Die Oxide auf der Oberfläche des Probenstücks werden mit Schleifpapier und Kupferbürsten entfernt. Anschließend wird die Ölverschmutzung auf der Oberfläche des Probenstücks mit einem Propylenglykol-Lösung beseitigt. Verbinden Sie den Probenträger fest mit der Masse des Schweißgeräts für Elektrodenstrahlschweißen. Auf der Oberfläche des Probenkörpers wird anschließend ein Schichtmaterial aufgetragen; die Dicke dieser Schicht beträgt 1 mm. 3000), lässt sich feststellen: Nach der Schweißung mit Elektrodenstrahlung wird die Querschnittsfläche der geschweißten Schicht mithilfe des Drahtschneidverfahrens ermittelt, und anschließend werden metallurgische Proben hergestellt. Abbildung 5 zeigt ein mikroskopisches Bild der Querschnittsstruktur der Aufbruchschicht (1) Die Aufbruchschicht weist keine Schweißfehler wie Löcher, Oxidanteile oder Risse auf. ⑵Die Körner in der Aufschweißschicht sowie in der Übergangsschicht zum Grundmaterial sind klein und weisen keine Tendenz zur Vergrößerung auf. ⑶Die Struktur der Aufbruchschicht besteht aus äußerst feinen kolbenförmigen Kristallen, was darauf hindeutet, dass diese Aufbruchschicht über gute Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit verfügt. |Aufbauschicht ‖‖ Grundkörper – Durch die Bestimmung der mikroskopischen Härte des Grundkörpers lässt sich feststellen, dass die durchschnittliche Härte der Aufbauschicht sowie der Wärmeeinflusszone bei HV220 liegt. Dieser Wert ist sehr nahe an der Härte des Grundkörpers. Wärmebeeinflusstes Gebiet Tm. Dies beweist nicht nur, dass bei der Schweißung mit Elektrodenstaub eine Schicht entsteht, die eine gute metallurgische Verbindung zum Grundmaterial aufweist, sondern zeigt auch, dass die Wärmeeinflussschicht äußerst schmal ist und die Restspannungen nach dem Schweißen vernachlässigbar sind. Abbildung 6 zeigt die Schicht aus dem Aufbringen durch Spritzschweißen. Abbildung 5 zeigt die Energiespektrenanalyse der Elemente Ni und Cr in dieser Schicht. Laut Messungen beträgt die Dicke des Wärmebeeinfluszbereichs bei der Spritzschweißung nur 10,3 mm. Die Härte der Aufbruchschicht entspricht dabei der Härte des Grundmaterials. Die oben genannten Analyseergebnisse entsprechen den Anforderungen des Kraftwerks hinsichtlich der Reparatur des Durchmessers des Motorrotors. Abbildung 7 und 8 zeigen den Durchmesser der Rotorwelle des reparierten Generators. Versuche haben gezeigt, dass bei der Verwendung der Elektrodenaufschweißungstechnik zur Aufbringung von Inconel-Legierungen eine metallurgische Verbindung zwischen der Aufgeschweißten Schicht und dem Grundmaterial entsteht – es treten somit keine Schweißfehler auf. Das Wärmebeeinfluszbereich nach dem Schweißen ist äußerst eng – wenn die Aufbauschicht eine Dicke von 1 mm erreicht, beträgt der Wärmebeeinfluszbereich lediglich 0,01 mm. In den letzten zwei Jahren wurde die Technik der Elektrischen Funkenabscheidung erfolgreich eingesetzt, um wichtige Komponenten in Kraftwerken zu reparieren und deren Oberflächen zu verstärken. Beispiele hierfür sind die Reparatur von Abnutzungsstellen an den Dichtflächen von Dampfturbinen sowie die Reparatur von abgenutzten Flächen an den Hauptwellen von Wärmeübertragungspumpen. Abbildung 9 und 10 zeigen jeweils Fotos der bearbeiteten Stellen nach der Reparatur mit dem Verfahren der Elektrodenaufschweißung. Zusammenfassung: 1. Die durch Elektrodenstrahlverschweißung entstehende Schicht ist metallurgisch mit dem Grundmaterial verbunden. Die Wärmebeeinflusste Zone ist äußerst klein, wodurch die Restspannungen vernachlässigbar sind. ⒉ Die Reparatur von beschädigten Schlüsselelementen in Kraftwerken mittels der Elektrostaubschweißverfahren ist online möglich und das Verfahren ist einfach. Nach der Nachbesserungschweißung ist die Bearbeitungsmenge gering, wodurch die Stillstandzeiten reduziert werden. ⒊ Die Verfahren der Elektrostaubschweißung hat in Kraftwerken große Anwendungsmöglichkeiten und birgt erhebliche wirtschaftliche sowie soziale Vorteile. Referenzen: Elektrische Zuverlässigkeitsmanagementzentrum, Handbuch für große Kraftwerke, 1998, S. 4. Ausblick auf die Schweißtechnologie in Kraftwerken, Sammlung von wissenschaftlichen Abhandlungen anlässlich des 60-jährigen Bestehens der Chinesischen Gesellschaft für Elektrotechnik. Williams A.D., Humphries J.L. Ausgewählte Abhandlungen der 15. Internationalen Konferenz für Wärmebeschichtungstechnik (ITSC’98). Methode der Aufbringung von Beschichtungen: Die Zementfabrik in Mianxiang verwendet die manuelle Glühötzchenschweißung zur Aufbringung von Beschichtungen auf den Walzen der Doppelwalzbrecher. Dadurch konnte eine Nutzungsdauer von 10 Monaten erreicht werden – dabei wurden 150.000 Tonnen Klinker zerkleinert. Die wichtigsten Punkte bei der Schichtverlegung sind wie folgt: ⑴ Auswahl des Schweißstabs: Es sollten Schweißstäbe der Typen D-65, D-667 und 506 verwendet werden. Vor der Schichtverlegung müssen die Schweißstäbe gemäß den Anweisungen des Herstellers getrocknet und anschließend in einem Kühlschrank aufbewahrt werden. (Die Verwendung von Schweißmaterialien der Klasse 506 führt zu schwerem Abblättern.) Für das Material zur Schichtverfestigung sollte ein Schweizmaterial der Klasse 100S-G oder höher verwendet werden. (2) Behandlung der Rollenoberfläche: Die Reparatur der Rollenoberfläche kann entweder durch lokale, direkte Nachschweißarbeiten oder durch vollständige Entfernung der beschädigten Schichten gefolgt von erneutem Nachschweißen erfolgen. Man kann es auch als zwei separate Prozesse betrachten. Bei der ungleichmäßigen Abnutzung entlang der Breite des Rollenrings sowie bei der ungleichmäßigen Abnutzung durch Muster oder harte Stoffe sowie bei der allgemeinen Abnutzung der Rollenoberfläche kann man lokale Reparaturmethoden anwenden, indem man direkt wieder verschweißt. Nach 5–6 solchen Direktverschweißungen breiten sich aufgrund der wiederholten hohen Druckkräfte, die auf den Rollenring einwirken, die Schweißfehler weiter aus. Dadurch entsteht auf der Oberfläche des Rollenrings eine Schicht aus Ermüdung. Wenn nun erneut mit widerstandsfähigen Schweißelektroden repariert wird, kann es zu einem Ablösen der Schichten kommen. Deshalb muss die Ermüdungsschicht auf der Oberfläche des Rollenrings zunächst vollständig entfernt werden, bevor eine widerstandsfähige Schicht aufgetragen werden kann. Die Instandsetzung der Rollenoberfläche in der Xiexing-Zementfabrik erfolgt durch vollständige Entfernung und anschließende Nachschweißen. Egal ob es sich um eine direkte Nachbesserung durch Schweißen handelt oder um das vollständige Entfernen des beschädigten Teils vor der Nachbesserung – die Rundheitsfehler der Mahlwalzen sowie die Differenzen in den Durchmessern der beiden Walzen dürfen nicht zu groß sein. Andernfalls können horizontale Vibrationen der Pressen entstehen, und die Belastung der beiden Mahlwalzen wird ungleichmäßig. Um die Ermüdungsschicht auf der Oberfläche des Rollens zu beseitigen, kann man dazu eine Kohlenstoffbogen-Schneidanlage verwenden. Dabei muss die Ermüdungsschicht vollständig entfernt werden, damit die eigentliche Materialschicht des Rollens sichtbar wird. Vor dem Aufbringen der Schichtschweißung müssen die Schweißstäbe gemäß den Anweisungen des Herstellers getrocknet werden. Zudem muss das zu schweißende Bauteil vorgeheizt werden, und nach dem Schweißen sollte es langsam abkühlen. ⑶Es sollten Gleichstrom-Schweißgeräte mit einer Leistung von mindestens 10 kVA oder Wechselstrom-Schweißgeräte mit einer Leistung von mindestens 20 kVA verwendet werden. Bei der Verwendung eines Gleichstrom-Schweißgeräts muss die Polarität umgekehrt werden (der Schweißstab wird mit der positiven Polung verbunden). Beim Aufbringen von Schichten wird ein Wechselstrom-Schweißgerät verwendet; dabei sollte die Nenndruckspannung mindestens 70 V betragen, während der Stromwert bei etwa 200 A liegen sollte. Wenn die Spannung im Leerlauf unter 70 V liegt, muss der Strom erhöht werden, damit Elektrode und Grundmaterial vollständig miteinander verschmelzen. Das Verhältnis von Breite zu Höhe der Schweißnaht sollte 3:1 betragen. So kann es wirklich fest mit dem Grundmaterial verschmolzen werden und die gewünschte abriebfeste Struktur entstehen. ⑷Reihenfolge und Dicke der Aufbringenung: Nach der Vorbereitung der Rolloberfläche sollen zunächst 1–3 Schichten mit dem Schweißdraht 506 aufgetragen werden, um die Rolle wieder in eine kreisförmige Form zu bringen. Anschließend wird mehrere Schichten D-667 gleichmäßig aufgetragen, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Nach dem Aufbringen der D-667-Schicht wird eine weitere Schicht aus D-65 aufgetragen, wobei die Dicke dieser Schicht 3–5 mm beträgt. Nachdem die D-65-Schicht aufgetragen wurde, wird anschließend mit D-65 noch eine Schicht in Form eines Musters aufgetragen. Zur Entstehung von Abnutzung an der Rollenoberfläche sind gleichzeitig sowohl der für die Zerkleinerung des Materials erforderliche Druck als auch ein relativer Verschub notwendig. Der Druck wird durch die Eigenschaften des Materials bestimmt und ist in der Regel schwer zu ändern. Und es ist einfacher, den relativen Schlupf des Materials gegenüber der Rollenoberfläche während des Pressvorgangs durch die Gestaltung der Rollenoberflächenstruktur zu verringern. Obwohl die in den Anfängen im Inland verwendeten Hufeisenmuster ein seitliches Verrutschen der Materialien verhindern konnten, hemmten sie nicht das axiale Verrutschen der Materialien während des Pressvorgangs. Insbesondere bei der Verarbeitung von kleinen Partikeln trat eine stärkere Abnutzung auf. Im Vergleich dazu weist eine Walzenoberfläche mit Delta-Muster und einer harten Mittelkugel die beste Abnutzungsbeständigkeit auf. Die Kantenlänge des Lilienmusters beträgt 4–5 cm, die Breite der Schweißnaht liegt bei etwa 1 cm und die Höhe bei etwa 4 mm. Die Dicke der verschiedenen Abnutzschichten sollte möglichst gleichmäßig sein, damit die Presswalzen während der Nutzung stets kreisförmig bleiben. ⑸Bei der Schweißung muss in drei Schichten gearbeitet werden – ohne Pause für die Arbeiter, damit das zu schweißende Material über einen längeren Zeitraum bei hoher Temperatur bleibt. Faltbare Bearbeitungsversion – Prinzip der Schweißung mit Plasmabogen: Die Technik der Schweißung mit Schleiffestmaterialien unter Verwendung eines Plasmabogens nutzt die hohen Temperaturen sowie die hohe Stromdichte des Plasmabogens. Die harten Partikel werden gleichmäßig in das Metall der Schweißschicht eingebettet. Dabei schmelzen die harten Partikel kaum oder gar nicht – so entsteht eine zusammengesetzte Schweißschicht. Diese zusammengesetzte Schweißschicht besteht aus mehreren Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Eines dieser Materialien sind die kohlenstoffhaltigen Hartpartikel, die für die Abnutzungsbeständigkeit der Schweißschicht sorgen. Dabei handelt es sich in der Regel um gegossenes Tungstencarbid, Chromcarbid, Borcarbid oder gesintertes Tungstencarbid. Im Prinzip können alle Arten von Carbiden, Boriden – sogar Diamanten mit noch höherer Härte – als Bestandteile der zusammengesetzten Schweißschicht verwendet werden. In der Industrie werden vor allem gegossenes Tungstencarbid verwendet – dieses besteht aus einem eutektischen Gemisch und hat eine Härte von 250–300. Ein weiterer Bestandteil der Schweißschicht ist das Grundmetall, das als „Trägermaterial“ fungiert. Es gilt als Basis der Schweißschicht. In der Regel erfolgt die Verbindung zwischen den harten Partikeln und dem Trägermaterial durch Löten, während die Verbindung zwischen der Schweißschicht und dem Untergrundmetall durch metallurgische Verbindungen erfolgt. Vorteile der Verwendung der Plasmabogenschweißtechnologie sind die stabile und zuverlässige Qualität der zusammengesetzten Schweißschicht. Durch die neuesten Entwicklungen in der Plasmabogenschweißtechnologie können Schweißschichten ohne Löcher, Risse oder andere Defekte hergestellt werden. Die Kohlenstoffhaltigen Partikel sind in der Schweißschicht gleichmäßig verteilt. Die abnutzungsresistenten Schweißschichten weisen eine hohe Abnutzungsbeständigkeit auf. Unter extremen Belastungsbedingungen zeigt die zusammengesetzte Schweißschicht besonders gute Abnutzungsbeständigkeit. Dadurch kann die Lebensdauer der Schutzschicht um ein Vielfaches erhöht werden. Zudem weist die Schweißschicht eine hohe Verbindungsstärke auf. Da die Schweißschicht metallurgisch mit der Oberfläche des zu schützenden Werkstücks verbunden ist, können hohe Festigkeitsanforderungen erfüllt werden. Im Vergleich zu Schutzschichten, die durch Wärmebeschichtung erzeugt werden, ist die Verbindungsstärke der Schweißschicht 3–8 Mal höher. Die zusammengesetzte Schweißschicht kann auch bestimmte Anforderungen bezüglich der Stoßfestigkeit erfüllen. Beispielsweise werden bei Zementherstellungsanlagen häufig Hammerköpfe aus Hochmanganstahl verwendet. Aufgrund der hohen Belastungen während des Abnutzungsprozesses hat diese Art von Material eine kurze Lebensdauer. Wenn eine Schicht aus hochkohlenstoffhaltigem, hochchromhaltigem Legiermetall auf die Oberfläche aufgetragen wird, kann dies dazu führen, dass die Schweißschicht zerbricht. Mit einer zusammengesetzten abnutzungsresistenten Schweißschicht kann dieses Problem vermieden werden – außerdem wird die Abnutzungsbeständigkeit deutlich verbessert. Dadurch kann eine effizientere Automatisierung der Produktion erreicht werden, wodurch die Arbeitsbelastung der Arbeiter verringert und die Arbeitsbedingungen verbessert werden. Dadurch steigt auch die Arbeitsproduktivität.