Laser-Cladding-Verfahren: Industrielle Anwendungen und zukünftige Entwicklung

August 10, 2020

In Branchen wie der Fertigungsindustrie, der Energiewirtschaft, dem Militär, dem Maschinenbau und der Wiederaufbereitung sind die Produktionsumgebungen oft rau, und die Komponenten sind hohen Belastungen ausgesetzt, was zu Korrosion und Verschleiß kritischer Metallteile führt. Um die Lebensdauer teurer Produktionsanlagen zu verlängern, ist es wichtig, die Metallteile vorzubehandeln oder zu reparieren. Laserauftragschweißen, als Oberflächenveredelungstechnologie für die Reparatur von Metallteilen, hat sich als ideale Lösung herausgestellt.

Was ist die Laserstrahl-Auftragschweißtechnik?

Laserauftragschweißen bezeichnet das Aufbringen ausgewählter Beschichtungswerkstoffe auf die Oberfläche eines Grundmaterials unter Verwendung verschiedener Zuführungsmethoden. Die Werkstoffe werden gleichzeitig mit der dünnen Schicht der Grundwerkstoffoberfläche durch Laserbestrahlung aufgeschmolzen und verfestigen sich schnell zu einer verdünnungsarmen und metallurgisch gebundenen Oberflächenbeschichtung. Dadurch werden die Verschleißfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Hitzebeständigkeit, die Oxidationsbeständigkeit und die elektrischen Eigenschaften des Grundmaterials erheblich verbessert. Vereinfacht ausgedrückt, Laserauftragschweißen ist eine Art “Schönheitschirurgie” für beschädigte Bauteile, die verjüngt werden, damit sie wie neu aussehen.

Um unsere Verkleidungstechnologie in drei Worten zu beschreiben, würde dies bedeuten: “Lange Lebensdauer, hohe Präzision, niedrige Kosten”.”

Die Vorteile des Laserauftragschweißens

Im Vergleich zu anderen Laserbearbeitungstechnologien, Laserauftragschweißen bietet eine unvergleichliche Vielseitigkeit, Erweiterbarkeit und Anpassungsfähigkeit. Diese Technologie erfüllt nicht nur die spezifischen Anforderungen an die Oberflächenleistung von Materialien, sondern schont auch wertvolle Elemente, was sie auf dem Markt sehr beliebt macht. Über Jahrzehnte der Entwicklung, Laserauftragschweißen ist weit verbreitet, insbesondere in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Schiffbau, Baumaschinen und Kernkraft.

Umfangreiche Anwendungen des Laserstrahl-Auftragschweißens
  1. Luft- und Raumfahrtindustrie

Eine der bedeutendsten Errungenschaften der Laserstrahl-Auftragschweißtechnologie ist das großtechnische Auftragen von Aluminiumlegierungen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Die Wiederaufbereitung von Turbinenschaufeln stellt einen riesigen Markt dar. Die Schaufelmaterialien sind vielfältig und komplex, und nach der Reparatur ist ein erheblicher Arbeitsaufwand in Bezug auf die Reparaturmaterialien, die Fehlererkennung und die Bewertung der Lebensdauer erforderlich. Dies trägt dazu bei, die hohen Kosten für die Einfuhr neuer Teile aus Übersee für künftige Reparaturen zu vermeiden.

  1. Ölexplorationsindustrie

In der petrochemischen Industrie arbeiten die Anlagen oft in rauen Umgebungen, was zu starker Korrosion und Abnutzung der Teile führt. Große und teure Komponenten, wie Bohrkronen, nichtmagnetische Bohrkronen, Stabilisatoren und Schockwerkzeuge, können völlig unbrauchbar werden. Über Laserauftragschweißen, können diese Teile wieder ihre ursprüngliche Leistung erbringen, und ihre Lebensdauer wird erheblich verlängert.

  1. Steinkohlebergbau

Im Kohlebergbau sind Maschinenkomponenten extremen Arbeitsbedingungen ausgesetzt. Hydraulische Säulen fallen häufig durch Kratzer und das Abblättern von Beschichtungen aus, was die Leistung und Lebensdauer stark beeinträchtigt. Herkömmliche Galvanisierungsverfahren sind sehr umweltbelastend und Laserauftragschweißen Die Verwendung von Schichten aus rostfreiem Stahl für die korrosionsschützende Oberflächenbehandlung ist eine hochtechnologische, umweltfreundliche Lösung. Laserauftragschweißen verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit dieser Teile, sondern verlängert auch ihre Lebensdauer. Diese Technologie wird von der Regierung als umweltfreundliche, recyclingbasierte Hightech-Alternative zur Galvanisierung unterstützt.

  1. Energiewirtschaft

In Kraftwerken leiden die Turbinenrotoren bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten unter Verschleiß am Wellenhals. Außerdem kommt es bei den Turbinenschaufeln, insbesondere bei der letzten und vorletzten Stufe, unter anhaltenden Hochtemperaturbedingungen häufig zu Kavitation. Da Turbinen groß und schwer zu transportieren sind, Laser-in-situ-Reparaturtechnik ist für äußerst zuverlässige Reparaturen erforderlich. Mit der raschen Entwicklung der Kernenergie in China wächst die Nachfrage nach einer lokalen Produktion von Kernreaktorkomponenten, die hohen Temperaturen, Korrosion und Oxidation standhalten. Dies ist ein Bereich, in dem Laserauftragschweißen Technologie hat ein erhebliches Potenzial.

Herausforderungen für die Laserstrahl-Auftragschweißtechnik

Derzeit ist in China die Laserauftragschweißen Die Industrie steht vor Herausforderungen. Während Universitäten und Labors weiterhin mit neuen Verfahren experimentieren, fehlt es an Plattformen, um eine echte Anwendungsvalidierung zu erreichen. Die langsamen Prozessaktualisierungen in Fabriken und Unternehmen sowie die fehlende Unterstützung durch die Spitzenforschung schränken die Entwicklung der Laserauftragschweißen Industrie.

Die Kosten sind ein wichtiger Faktor, der die breite Einführung von Laserauftragschweißen. Die Ausgaben für Ausrüstung, Forschung und Entwicklung, Arbeit und Pulvermaterialien tragen alle zu den hohen Kosten der Laserauftragschweißen Produkte. Die hohen Kosten für Laserbearbeitungsgeräte und Pulvermaterialien in Verbindung mit einer geringen Produktionseffizienz machen es für kleinere Hersteller schwierig, die notwendigen Investitionen zu tätigen. Bei der Massenproduktion können jedoch durch den Kauf von Pulver in großen Mengen und dessen effiziente Nutzung die Gesamtkosten gesenkt werden. Laserauftragschweißen Die relativ hohen Preise der Produkte und die Zweifel an der Leistungsfähigkeit der Produkte behindern die Akzeptanz von Laserauftragschweißen in vielen Anwendungen, unter anderem als Ersatz für die traditionelle Galvanisierung von Teilen wie Säulen.

Zukunftsperspektiven der Laserstrahl-Auftragschweißtechnik

Laserauftragschweißen Technologie ist eine Hightech-Technologie zur Oberflächenveränderung und Instandhaltung von Geräten. Sie kombiniert Materialvorbereitung und Oberflächengestaltung und dient als wichtige Unterstützungstechnologie für die umweltfreundliche Wiederaufbereitung. Sie steht im Einklang mit der nationalen Strategie für nachhaltige Entwicklung und hat einen erheblichen theoretischen und wirtschaftlichen Wert.

Mehrere Unternehmen in China, wie z. B. Zhongke Zhongmei Laser, Bisheng Laser, Huirui Laser, Zhongke Yuchen Laser, und andere, haben entwickelt Laserauftragschweißen Technologien und erzielte einige Ergebnisse in der Forschungsphase. Die Technologie befindet sich in einem frühen Stadium der Entwicklung hin zu industriellen Anwendungen. Mit fortgesetzter Forschung wird der Anwendungsbereich von Laser-Wiederaufbereitung Technologie wird sich ausweiten. China verfügt über Anlagen im Wert von mehreren Billionen Yuan, und die Verluste durch Ausfallzeiten oder Verschrottung aufgrund von Verschleiß und Korrosion gehen jährlich in die Milliarden. Dies stellt einen riesigen Markt für Laser-Wiederaufbereitung Technologie.

Zusätzlich, Laserauftragschweißen ist auch in Branchen wie der Stahlmetallurgie, der Automobilindustrie, der Baumaschinenindustrie, dem Formenbau und dem Schiffbau einsetzbar. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der chinesischen Made in China 2025 Entwicklungsplan, Laserauftragschweißen Technologie dürfte sich bei den industriellen Anwendern durchsetzen und enorme wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen.

Abschluss

Laserauftragschweißen Technologie ist eine fortschrittliche Technik zur Oberflächenveränderung und -reparatur, die in der modernen High-Tech-Fertigung und -Wiederaufbereitung eine zentrale Rolle spielt. Die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet ist sowohl theoretisch als auch praktisch von Bedeutung. Als Laserauftragschweißen Technologie weiter ausreift und sich weiterentwickelt, wird sie sich in verschiedenen Branchen durchsetzen und den Herstellern nachhaltige, kostengünstige und leistungsstarke Vorteile bieten.

Graham Luo

Dr. Graham Luo – Leitender Ingenieur, Spezialist für Titan-MIM. Dr. Graham Luo ist eine anerkannte Autorität auf dem Gebiet des Metallspritzgießens (MIM) mit Schwerpunkt auf Titanlegierungen. Derzeit ist er leitender Ingenieur an einem Forschungsinstitut für Nichteisenmetalle. Er promovierte an der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren und war als Postdoktorand tätig, wodurch er über ein fundiertes theoretisches Wissen und praktische Erfahrung an führenden europäischen Forschungseinrichtungen verfügt. Seine Forschung befasst sich mit den Kernbereichen der MIM-Technologie und konzentriert sich auf kritische Aspekte wie die Rheologie von Titanrohstoffen, katalytische/thermische Entbinderungsprozesse mit niedrigem Kohlenstoff-/Sauerstoffgehalt und …

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