Die industrielle Anwendung der Laserstrahl-Auftragschweißtechnik

Zentrifugalpumpen werden in der Energie-, Metallurgie-, Kohle- und Baustoffindustrie zum Transport von Schlämmen mit festen Partikeln eingesetzt, während Ventile den Durchfluss von Flüssigkeiten wie Luft, Wasser, Dampf, korrosiven Medien, Schlämmen, Öl, Flüssigmetall und radioaktiven Stoffen steuern. Die Bedeutung von Pumpen und Ventilen kann in modernen industriellen Anwendungen gar nicht hoch genug eingeschätzt werden, da diese Produkte ständig abrasiven und korrosiven Medien ausgesetzt sind, was harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberflächen erfordert. Herkömmliche Verfahren zur Oberflächenhärtung haben ihre Grenzen, und genau hier setzt Laserauftragschweißen Technologie wird zum Wegbereiter für hochwertige Pumpen- und Ventilprodukte.

Laserauftragschweißen hat sich allmählich zur “Geheimwaffe” bei der Entwicklung und Herstellung von hochwertigen Pumpen- und Ventilprodukten entwickelt, wie z. B. Zentrifugalpumpenauskleidungen, Ausgleichshülsen, Ausgleichsscheiben, Kugelhähne, Schieber und Regelventile. Durch die Nutzung der Präzision der Lasertechnologie, Laserauftragschweißen öffnet neue Türen für High-End-Pumpen- und Ventilanwendungen.

1. Vorteile von Laserauftragschweißen Gegenüber traditionellen Methoden

Traditionell wurden die Dichtungsflächen von Pumpen und Ventilen mit den folgenden Methoden verbessert:

Hartverchromung: Beschichtungsdicke <0,1 mm, vor allem für weiche Dichtungen verwendet, die zu Rissen und Abblättern neigen;

Thermisches Spritzschweißen: Die gängige Methode für harte Dichtungen mit einer Schichtdicke von 1-1,5 mm, die bei dünneren Schichten zu starker thermischer Verformung und Abnutzung der Beschichtung neigt;

Lichtbogenschweißen: Einschließlich MIG, WIG, PTA, mit Schichtdicken von 3-5 mm, was zu hohem Materialverlust, hohen Verdünnungsraten und ungleichmäßiger Härteverteilung führt.

Im Gegensatz dazu, Laserauftragschweißen bietet die folgenden wesentlichen Vorteile:

Hohe Zähigkeit: Die feinkörnige Plattierungsstruktur gewährleistet eine bessere Verschleißfestigkeit und eine gewisse Schlagfestigkeit bei gleichem Härtegrad;

Starke metallurgische Verbindung: Mit einer Zugfestigkeit von >500 MPa, höher als die des Grundmaterials;

Niedrige Verdünnungsrate: Die Verdünnungsrate von Laserauftragschweißen ist ≤3% und damit 3-5 HRC härter als die Plasmahülle;

Feinkörnige Struktur: Die Mantelschicht ist dicht, frei von Porosität und weist Isotropie auf;

Gleichmäßige Härte: Keine weichen Stellen, mit einer Härteabweichung von ≤3 HRC, was eine ausgezeichnete Konsistenz innerhalb der effektiven Tiefe gewährleistet.

2. Aktueller Stand und Fortschritte bei Pumpen und Ventilen Laserauftragschweißen Anwendungen

In den 1990er Jahren begannen Experten wie Wang Aihua von der Huazhong University of Science and Technology und Shi Shihong von der Soochow University mit der Erforschung von Laserstrahl-Auftragschweißtechniken und -materialien für Pumpen und Ventile und erzielten bedeutende Ergebnisse. Aufgrund verschiedener Beschränkungen ist die industrielle Anwendung von Laserauftragschweißen auf den harten Dichtungsflächen der Pumpenventile sind viele Jahre lang nicht durchgebrochen.

Seit 2010 sieht sich die Pumpen- und Ventilindustrie mit ernsthaften Problemen konfrontiert: geringer Wettbewerb, ein Überangebot an Low-End-Produkten und Schwierigkeiten beim Eintritt in High-End-Märkte. Dies hat viele Pumpen- und Ventilhersteller dazu veranlasst, ihre Investitionen in technologische Innovationen zu erhöhen und sich auf die Herstellung von High-End-Produkten für Anwendungen wie Tiefsttemperaturen, Kernenergie und die chemische Industrie zu verlegen.

Im Jahr 2012 entstand in Wenzhou ein Industriecluster für Laser und Optoelektronik auf nationaler Ebene. Unterstützt durch Initiativen der lokalen Regierung begannen die Universität Wenzhou, die Zhejiang Gongshang University und die Zhejiang University of Technology mit der Zusammenarbeit an mehreren großen Laserprojekten für die Pumpen- und Ventilindustrie.

So entwickelte das Team der Zhejiang University of Technology unter der Leitung von Professor Yao Jianhua Laserauftragschweißen Technologie für Fe-C-Cr-Si-Mo-Legierungen zur Herstellung von Ventilen. Dieses Verfahren führte zu einer metallurgisch gebundenen Plattierungsschicht mit einer durchschnittlichen Härte von 640 HV0,2, die die Härte des Grundmaterials von 170 HV0,2 deutlich übertrifft. Diese Laserauftragschweißen Methode die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren verdreifacht.

3. Laserauftragschweißen Verfahren und Materialien für Pumpen- und Ventilprodukte

Unter Laserauftragschweißen, Je nach den Betriebsbedingungen werden unterschiedliche Grundwerkstoffe verwendet. Zu den üblichen Grundwerkstoffen gehören Kohlenstoffstahlguss, niedrig legierte Stähle, ferritische Stähle, austenitische nichtrostende Stähle, martensitische nichtrostende Stähle, Nickel und Nickellegierungen.

Pumpen und Ventile sind Spezialprodukte, und bei vielen Anwendungen gibt es Sicherheitsbedenken. Die Website Laserauftragschweißen Das Verfahren zur Herstellung von Dichtflächen für Pumpenventile muss strenge Normen einhalten, um die Qualität der Schweißnaht zu gewährleisten. Laserauftragschweißen sollten Faktoren wie Material, Strukturform und Wärmebehandlungseigenschaften berücksichtigt werden. Um den Prozess für Pumpen- und Ventilprodukte zu standardisieren, hat Jiuheng Optoelectronics auf der Grundlage jahrelanger Erfahrung eine Reihe von “Technischen Anforderungen für das Laserstrahl-Auftragschweißen von Pumpen- und Ventildichtflächen” entwickelt. In diesen Normen werden die Vorschweißtemperatur, die Wärmebehandlungsverfahren, die Verdünnungsraten und die Abmessungen für die Plattierungsschicht und die Übergangsschichten festgelegt.

4. Drei typische Anwendungen von Laserauftragschweißen in Pumpen- und Ventilprodukte

1. Laserauftragschweißen zu verschleißfesten Kugelhähnen aus polykristallinem Silizium

In der polykristallinen Siliziumindustrie werden verschleißfeste Kugelventile aus polykristallinem Silizium mit einem Durchmesser von DN80 in Rauchgasrückgewinnungsanlagen verwendet, um importierte Ventile zu ersetzen. Das Material besteht aus Siliziumpulver und Chlorsilan, wobei die Härte des Siliziumpulvers bei etwa HRC63-65 liegt und die Temperatur des Materials 450°C erreicht. Das Ventil ist einer starken Erosion ausgesetzt. Das Laserauftragschweißen einer Metall-Keramik-Verbundbeschichtung mit hoher Verschleißfestigkeit auf der Dichtfläche des Kugelhahns, die die ursprüngliche WC-Beschichtung im Überschallspritzverfahren ersetzt. Diese Beschichtungsstruktur weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und Erosionsbeständigkeit auf und übertrifft die Lebensdauer der importierten Ventile deutlich.

2. Laserauftragschweißen zu Hochtemperatur-Speisewasserpumpen für die chemische Kohleindustrie

Für Hochtemperatur-Speisewasserpumpen in Unternehmen der Energiechemie, zur Förderung von Grauwasser mit einem Feststoffgehalt von bis zu 0,5% bei 120°C, Laserauftragschweißen auf Komponenten wie Laufradauskleidungen, Pumpenkörperauskleidungen, Entlastungshülsen und Entlastungsscheiben erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit der Dichtungsflächen. Nach 18-monatigen Tests in Umgebungen mit hohem Partikelgehalt an Kohlechemikalien hat die Laserauftragschweißen-behandelten Bauteile zeigten eine bis zu 6-mal bessere Erosionsbeständigkeit als herkömmliche Schweißverfahren.

3. Laser-Beschichtung von 2500BL-Hochdruck-Kugelhähnen

In Industriezweigen wie Kohlechemie, Kohleverflüssigung, polykristallines Silizium und Erdöl sind spezielle verschleißfeste Hochdruck-Kugelhähne weit verbreitet. Jiuheng Optoelectronics und Wallcolmonoy Corporation leisteten Pionierarbeit bei der Verwendung von Laserauftragschweißen mit Colmonoy 88-Nickelbasislegierungen auf 2500BL-Hochdruckkugelhähnen. Diese Technologie verbessert die Leistung der Ventile durch eine höhere Härte und eine geringere Verdünnungsrate im Vergleich zu PTA-Verfahren, was die Gesamtleistung der Ventile deutlich erhöht.

5. Schlussfolgerung

Im Zuge des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts werden die Arbeitsumgebungen für Bauteile immer komplexer und erfordern eine hohe Oberflächengüte. Pumpen und Ventile, die abrasiven und korrosiven Medien ausgesetzt sind, müssen eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Laserauftragschweißen Technologie für Hochdruckventildichtflächen verbessert diese Eigenschaften. Im Vergleich zu traditionellen Methoden, Laserauftragschweißen verbessert die Oberflächenqualität, die Verschleißfestigkeit und die Wärmeverformung erheblich, wobei eine präzise Schichtkontrolle und eine hervorragende metallurgische Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Grundmaterial erreicht wird. Dieses Verfahren verlängert die Lebensdauer von Pumpen- und Ventilprodukten erheblich und verbessert deren technologischen Gehalt und Mehrwert. Laserauftragschweißen trägt zur einheimischen Produktion von High-End-Ventilen bei, ersetzt schrittweise importierte Ventile und verbessert die industrielle Modernisierung und die regionalen Innovationsfähigkeiten, wodurch Chinas Wettbewerbsfähigkeit auf dem globalen Pumpen- und Ventilmarkt erheblich gestärkt wird.