Was ist Sprühschweißen? - Verfahren und Techniken

Was ist Sprühschweißen?

Als Spritzschweißen bezeichnet man mehrere Schweißverfahren in Form des thermischen Spritzens. Es ist eine industrielle Tätigkeit, bei der ein Pulver oder Draht mit hoher Geschwindigkeit mit komprimiertem Gas zerstäubt und auf eine Metalloberfläche gesprüht wird.

Beim Spritzschweißen werden industrielles Plasma, Flamme, Detonationspistolen, Lichtbogenspritzen und Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffschweißen verwendet. Aufgrund der erheblichen Hitze, die beim Spritzschweißen entsteht, müssen Verfahren und Vorschriften sorgfältig und konsequent befolgt werden, um Schäden für Mensch und Umwelt zu vermeiden.

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Wie funktioniert das Sprühschweißen?

Thermisches Spritzen ist ein allgemeiner Begriff, der für mehrere Beschichtungsprozesse steht. Das gesamte Schweißen beinhaltet die Verwendung von Beschichtungsmaterial, beispielsweise ein Stab, Pulver oder Draht, das durch verschiedene Energiequellen geschmolzen wird.

Vereinfacht kann es als industrielles Beschichtungsverfahren definiert werden, das aus einer Wärmequelle und einem zu Tröpfchen aufgeschmolzenen Beschichtungsmaterial besteht, das mit hoher Geschwindigkeit versprüht wird. Das Sprühen wird durch einen Zerstäubungsstrahl oder ein Gas auf ein Substrat getrieben.

Thermisches Spritzen ist ein recht vielseitiges Verfahren und als hocheffizient bekannt. Es kann eine gute Alternative für verschiedene Oberflächenbehandlungen sein, zu denen unter anderem Wärme- oder Nitridbehandlungsverfahren, Chrom, Vernickelung, Eloxierung gehören.

Die Schichtdicke variiert je nach individuellen Vorlieben. Die Beschichtung repariert abgenutzte Komponenten und grundlegende Maschinenteile. Es kann auch angewendet werden, um die Leistung und Haltbarkeit des Elements zu verbessern. Dies kann bei guter Behandlung bis zu 70 % länger anhalten.

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Verschiedene Arten von Sprühschweißtechniken

1. Sprühlichtbogenschweißen

Das Sprühlichtbogenschweißen ist eines der Verfahren, mit denen Metall von der Elektrode oder dem Draht auf die Schweißnaht übertragen wird. Winzige Tröpfchen geschmolzenen Metalls wandern durch den Lichtbogen und auf das Grundmetall oder die zu bearbeitende Verbindung.

Spray Transfer ist ideal für den Einsatz auf dickeren Metallen für Stumpf- oder Kehlnähte. Es ist nicht für positionierte Schweißarbeiten geeignet, da die umherfliegenden Metalltropfen und die Schwerkraft keine ideale Situation für den Schweißer oder die Schweißarbeit schaffen.

Technisch gesehen ist das Sprühlichtbogenschweißen ein Sprühnebel aus geschmolzenem Metall, der über den Lichtbogen übertragen wird, ähnlich wie Wasser, das aus einem Gartenschlauch mit einer verengten Öffnung austritt. Sprühlichtbogenschweißen reduziert Schweißspritzer und erzeugt eine feinere Schweißnaht.

Prozess

Der Prozess beinhaltet hohe Strom- und Spannungspegel. Wenn der Draht in die Nähe des Grundmetalls gebracht wird, erzeugt er einen Strom, bevor er das Metall berührt. Der Strom erwärmt den Draht sehr schnell und schmilzt ihn. Das geschmolzene Metall wandert in Form winziger Tröpfchen über den erzeugten Lichtbogen und gibt ihm den Namen Sprühlichtbogenschweißen.

Sprühlichtbogenschweißen kann hohe Metallabscheidungsraten erreichen, wenn es mit der idealen Kombination aus Schutzgas, Metall und Drahtstärke und Kontakt-zu-Spitze-Abstand ausgestattet ist. Mit der perfekten Kombination von allem kann der Prozess sehr hohe transiente Ströme erzeugen. Das Verfahren wird auch Axialsprühen genannt.

Die in diesem Prozess verwendeten Strompegel müssen höher sein als der transiente Strom. Erst dann wird das Metall in Form von Tropfen übertragen und nicht nur geschmolzen. Der Prozess erfordert die Verwendung hoher Stromstärken mit ausreichender Spannung, um eine spritzerfreie Schweißnaht zu gewährleisten.

Vorteile

Das Sprühlichtbogenschweißen ist ein sehr effizientes Verfahren. Zu den wesentlichen Vorteilen, die dieser Prozess bietet, gehören:

• Hohe Metallabscheidungsraten
• Gute Metallverschmelzung und -durchdringung
• Hervorragendes Aussehen der Schweißnaht
• Fähigkeit, Elektrodendrähte mit größerem Durchmesser zu verwenden
• Sehr geringe Spritzerbildung

Trotz dieser umfangreichen Vorteile weist das Sprühlichtbogen-Übertragungsverfahren erhebliche Einschränkungen auf.

Einschränkungen

Die Einschränkungen der Sprühlichtbogenübertragung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

• Es ist nur für dicke Materialien geeignet (etwa 1/8 Zoll (3 mm) und dicker)
• Es ist auf flache und horizontale Kehlnahtpositionen beschränkt
• Es hat keine Open-Root-Fähigkeiten

2. Flammspritzverfahren

Flammspritzen, auch bekannt als Oxy/Acetylen-Brennspritzen, ist die ursprüngliche thermische Spritztechnik, die vor etwa 100 Jahren entwickelt wurde. Es verwendet die Grundprinzipien eines Schweißbrenners mit dem Zusatz eines Hochgeschwindigkeitsluftstroms, um geschmolzene Partikel auf das Substrat zu treiben.

Das Beschichtungsmaterial kann entweder in Draht- oder Pulverform vorliegen. Flammspritzbeschichtungen werden nach dem Auftragen häufig geschmolzen, um die Haftung und die Beschichtungsdichte zu verbessern.

Vorteile

• Hohe Ablagerungsraten
• Geringe Oberflächenerwärmung
• Vielseitig
• Der Prozess ist einfach und benutzerfreundlich

Nachteile

• Relativ geringe Haftung
• Erhöhte Heizeffizienz
• Nicht kompatibel mit Metallen mit Schmelzpunkten über 2.800 °C

3. Hochgeschwindigkeits-Oxyfuel (HVOF)

Der HVOF-Prozess (High-Velocity Oxy-Fuel) verbrennt Sauerstoff und eine ausgewählte Gruppe brennbarer Gase, darunter Propan, Propylen oder Wasserstoff. Obwohl das HVOF-System das Grundprinzip der Verbrennung nutzt, ist die Spritzpistole anders konstruiert als die Standard-Autogen-Spritzpistole.

Die HVOF-Pistolenunterschiede erzeugen höhere Flammentemperaturen und höhere Geschwindigkeiten. Das Ergebnis ist ein gründlicher geschmolzenes Pulver und mehr kinetische Energie, die zum „Abflachen“ der geschmolzenen Beschichtungsmaterialpartikel verfügbar ist. Das HVOF-Verfahren erzeugt eine hervorragende Haftfestigkeit und Beschichtungsdichte.

Das HVOF-Verfahren wird am häufigsten verwendet, um hochschmelzende Metalle und Metalllegierungen wie Wolframcarbid und Chromcarbid abzuscheiden.

Vorteile

• Unterstützt stark dicke Beschichtungen
• Niedrige Porosität
• Hohe Haftung
• Mehr zurückgehaltene Karbide im Vergleich zu Flammspritzen oder Plasma

Nachteile

• Relativ laut mit einem Geräuschpegel von bis zu 130 dB
• Niedrige Ablagerungsrate
• Etwas teuer

4. Plasmaspritzverfahren (PTA)

Beim Plasmaspritzverfahren (nicht übertragener Lichtbogen) werden Inertgase verwendet, die an einer Elektrode vorbeigeführt werden, wodurch der „Plasma“-Zustand der Gase induziert wird. Wenn die Gase die Düse der Pistolenvorrichtung verlassen und in ihren normalen Zustand zurückkehren, wird eine enorme Menge an Wärme freigesetzt.

Ein pulverförmiges Beschichtungsmaterial wird in die Plasma-"Flamme" injiziert und auf das Substrat geschleudert.

Keramische Beschichtungen werden aufgrund ihrer hohen Schmelztemperaturen am häufigsten mittels Plasmaspritzen aufgetragen. (Oft> 3500 F). Mehrere Arten von Keramikbeschichtungen können mittels Plasmaspritzen aufgebracht werden.

Vorteile

• Einfach anzuwenden
• Cermet-Partikel sind größer
• Verschleißfestigkeit
• Sehr geringe oder keine Porosität
• Dicke Beschichtung
• Geringe Substraterwärmung im Vergleich zu WIG

Nachteile

• Hohe Oxidation des Spritzmaterials
• Es ist schwierig, eine dünne Schicht von 1 mm oder weniger zu erhalten

5. Detonationssprühen

Das Detonationsspritzen ist eine der vielen Formen thermischer Spritztechniken, die verwendet werden, um eine Schutzbeschichtung mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Material aufzubringen, um seine Oberflächeneigenschaften zu verändern. Dies dient in erster Linie dazu, die Haltbarkeit eines Bauteils zu verbessern.

Es wurde erstmals 1955 von H.B. Sargent, R.M. Poorman und H. Lamprey und wird unter Verwendung einer speziell konstruierten Detonationskanone (D-Pistole) auf eine Komponente aufgebracht. Das zu besprühende Bauteil muss ordnungsgemäß vorbereitet werden, indem alle Oberflächenöle, Fette und Ablagerungen entfernt und die Oberfläche aufgeraut werden, um eine stark haftende Detonationssprühbeschichtung zu erzielen.

Dieser Prozess beinhaltet die höchsten Geschwindigkeiten (≈3500 m/s Stoßwelle, die die Beschichtungsmaterialien antreibt) und Temperaturen (≈4000 °C) der Beschichtungsmaterialien im Vergleich zu allen anderen Formen des thermischen Spritzverfahrens.

Das bedeutet, dass das Detonationsspritzen in der Lage ist, Schutzbeschichtungen mit geringem Porenanteil (unter 1 %) und niedrigem Sauerstoffgehalt (zwischen 0,1 - 0,5 %) aufzutragen, die vor Korrosion, Abrieb und Haftung bei geringer Belastung schützen.

Dieses Verfahren ermöglicht das Aufbringen von sehr harten und dichten Oberflächenbeschichtungen, die als verschleißfeste Beschichtungen nützlich sind. Aus diesem Grund wird das Detonationsspritzen häufig für Schutzbeschichtungen in Flugzeugtriebwerken, Lehrdornen und Lehrringen, Schneidkanten (Schälmesser), Rohrbohrer, Rotor- und Statormesser, Führungsschienen oder anderen metallischen Materialien verwendet, die einem hohen Verschleiß unterliegen und reißen.

Üblicherweise sind die Materialien, die beim Detonationsspritzen auf Komponenten gesprüht werden, Pulver aus Metallen, Metalllegierungen und Cermets; sowie deren Oxide (Aluminium, Kupfer, Eisen etc.).

Detonationssprühen ist ein industrieller Prozess, der gefährlich sein kann, wenn er nicht korrekt und in einer sicheren Umgebung durchgeführt wird. Daher müssen bei der Verwendung dieser thermischen Spritztechnik viele Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden.

6. Kaltsprühverfahren

Kaltspritzen (CS) ist ein Beschichtungsverfahren. Feste Pulver (1 bis 50 Mikrometer Durchmesser) werden in einem Überschall-Gasstrahl auf Geschwindigkeiten bis ca. 1200 m/s. Beim Aufprall auf das Substrat werden Partikel plastisch verformt und haften an der Oberfläche.

Um eine gleichmäßige Dicke zu erreichen, wird die Sprühdüse über das Substrat geführt. Metalle, Polymere, Keramiken, Verbundmaterialien und nanokristalline Pulver können durch Kaltspritzen abgeschieden werden.

Die kinetische Energie der Partikel, die durch die Expansion des Gases zugeführt wird, wird beim Verbinden in plastische Verformungsenergie umgewandelt. Im Gegensatz zu thermischen Spritztechniken, z. B. Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff (HVOF), werden die Pulver während des Spritzprozesses nicht geschmolzen.

Vorteile des Sprühschweißens

• Glatte Schweißnaht
• Hohe Penetration (verwendet auf Metall 3/16″ oder größer)
• Hohe Schweißablagerungsraten
• Minimale Spritzer
• Reduzierte Kosten:Spray wird verwendet, um ein kostengünstigeres Material zu verstärken
• Geringe Wärmeeinbringung:Beschichtungen dringen nicht in das Grundmaterial ein
• Vielseitig:Die meisten Metalle, Kunststoffe und Keramiken können gespritzt werden
• Funktioniert in einem breiten Dickenbereich:0,001 bis 0,1 Zoll, kann mehr als 1 Zoll dick sein
• Schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit:Der Sprühvorgang reicht von 3 bis 60 lb/Stunde (abhängig vom verwendeten Verfahren)

Nachteile des Sprühschweißens

• Schweißerausbildung erforderlich
• Die Gaskosten können aufgrund höherer Argonwerte höher sein (> 85 %)
• Nur für flache Position und horizontale Verrundungen empfohlen
• Hohe Hitze kann zu Unbehagen beim Schweißen führen
• Unterschnitte können verursacht werden, insbesondere an der Oberkante von Schweißnähten
• Die Bindung der Beschichtung erfolgt mechanisch, nicht metallurgisch
• Sichtverbindungsprozess
• Geringe Beständigkeit der Beschichtungen gegen punktuelle Belastung

Häufig gestellte Fragen.

Was ist Sprühschweißen?

Als Spritzschweißen bezeichnet man mehrere Schweißverfahren in Form des thermischen Spritzens. Es ist eine industrielle Tätigkeit, bei der ein Pulver oder Draht mit hoher Geschwindigkeit mit komprimiertem Gas zerstäubt und auf eine Metalloberfläche gesprüht wird.

Was ist Sprühlichtbogenschweißen?

Das Sprühlichtbogenschweißen ist eines der Verfahren, mit denen Metall von der Elektrode oder dem Draht auf die Schweißnaht übertragen wird. Winzige geschmolzene Metalltröpfchen wandern durch den Lichtbogen und auf das Grundmetall oder die zu bearbeitende Verbindung. Spray Transfer ist ideal für den Einsatz auf dickeren Metallen für Stumpf- oder Kehlnähte.

Wie stelle ich einen Sprühbogen ein?

Verwenden Sie für höhere Produktionsgeschwindigkeiten Sprühtransfer. Mehr als 80 % Argonmischung stellen die Spannung zu Beginn auf 23–4 Volt ein. Stellen Sie die Stromstärke mit etwa 300-400 Zoll Drahtvorschubgeschwindigkeit ein. Drahtvorschubgeschwindigkeit erneut erhöhen/verringern, bis 150 A erreicht sind.

Wie dick kann man sprühschweißen?

Thermisches Spritzen kann im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren wie Galvanik, physikalischer und chemischer Gasphasenabscheidung dicke Beschichtungen (ungefährer Dickenbereich beträgt 20 Mikrometer bis mehrere mm, je nach Verfahren und Ausgangsmaterial) über eine große Fläche mit einer hohen Abscheidungsrate liefern .

Ist Sprühschweißen stark?

Hochgeschwindigkeits-Autogen-Sprühschweißen. Gas erreicht Überschallgeschwindigkeit, während gleichzeitig Pulver in die Flamme eingespritzt wird. Das Verfahren liefert dichte thermische Spritzbeschichtungen mit weniger als 1 % Porosität. Das Ergebnis hat eine hohe Haftfestigkeit und feine, wie gesprühte Oberflächen.