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 geschmolzenen 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 eine der Methoden zum Übertragen von geschmolzenem Material in Form vieler kleiner Tröpfchen, deren Durchmesser kleiner ist als der des Zusatzdrahtes. Da es keine Kurzschlüsse gibt, ist der Lichtbogen stabil und spritzerfrei.

Voraussetzung für erfolgreiches Sprühlichtbogenschweißen ist, dass die Strom- und Spannungswerte oberhalb bestimmter Grenzen liegen. Dadurch wird dem Werkstück mehr Wärme zugeführt als beim Kurzlichtbogenschweißen und für das Sprühlichtbogenschweißen sind nur Materialien ab einer Dicke von 5 mm geeignet.

Aufgrund der hohen Wärmeeinbringung ist auch das Schweißbad groß, sodass in horizontaler Position geschweißt werden muss. Zu beachten ist, dass mit CO2 als Schutzgas kein reiner Sprühlichtbogen erreicht werden kann.

Das Schutzgas muss reines Argon sein, vorzugsweise mit einem geringen Anteil an CO2 (maximal 25 %) oder O2. Das Sprühlichtbogenschweißen eignet sich besonders für das MIG-Schweißen von Aluminium und Edelstahl, wo das Schutzgas hauptsächlich Argon ist.

Das Sprühlichtbogenschweißen kann mit einem dünnen Zusatzdraht erfolgreich bei niedrigeren Strömen durchgeführt werden als mit einem dickeren Zusatzdraht.

Die Lichtbogenspannung sollte gerade hoch genug eingestellt werden, um einen kurzschlussfreien Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Der Fülldraht wird normalerweise mit dem Pluspol verbunden.

Vorteile

Das Sprühlichtbogenschweißen ist ein sehr effizientes Verfahren. Zu den wichtigsten Vorteilen dieses Prozesses gehören:

• Hohe Abscheidungsrate
• Gute Verschmelzung und Penetration,
• gutes Aussehen der Schweißnaht,
• Fähigkeit, Elektrodendrähte mit größerem Durchmesser zu verwenden und
• Sehr wenig Spritzer vorhanden.

Einschränkungen

Die Grenzen des Sprühlichtbogenschweißens sind:

• Es wird nur für Material mit einer Dicke von 1/8 Zoll (3 mm) und dicker (Handgerät) und
verwendet
• Es ist auf flache und horizontale Kehlnahtpositionen beschränkt
• Eine gute Anpassung ist immer erforderlich, da es keine Open-Root-Fähigkeit gibt.

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 eine dicke Beschichtung
• 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 niedrigem Porengehalt (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

• Spritzschweißen sorgt für eine glatte Schweißnaht
• Es hat eine hohe Penetration und eignet sich für Metalle mit einer Dicke von mehr als 3/16
• Es hat hohe Schweißauftragsraten, was die Produktivität erhöht
• Das Vorhandensein von sehr wenigen Spritzern
• Kostengünstig:Verwendung von weniger teurem Material und Verstärkung durch Sprühen
• Spritzschweißen ist vielseitig, die meisten Metalle, Keramiken und Kunststoffe können gespritzt werden
• Funktioniert in einer Vielzahl von Dicken
• Schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit:Sprühzeiten von 3 bis 60 lb/Stunde (je nach verwendetem Verfahren)

Nachteile des Sprühschweißens

• Erfordert eine spezielle Schweißerausbildung zum Spritzen
• Die Gaskosten sind aufgrund höherer Argonkonzentrationen höher (>85 %).
• Nur für eine flache Position und horizontale Verrundungen empfohlen
• Hohe Hitze kann Schweißern unangenehm sein
• Möglichkeit des Hinterschneidens, insbesondere an Schweißnahtkanten
• Die Beschichtung ist mechanisch gebunden, nicht metallurgisch
• Sichtverbindungsprozess
• Der geringe Widerstand 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 eine der Methoden zum Übertragen von geschmolzenem Material in Form vieler kleiner Tröpfchen, deren Durchmesser kleiner ist als der des Zusatzdrahtes. Da es keine Kurzschlüsse gibt, ist der Lichtbogen stabil und spritzerfrei.

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 Ampere 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 .