Laserstrahlauftragschweißen unter dem Einfluss magnetischer und elektrischer Felder
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - 160 S.. - (Werkstofftechnologie ; 3) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 3-86130-991-2
Der Einsatz von Laserstrahlung in der Oberflächentechnik steht derzeit als Synonym für exzellente Oberflächenqualität, geringste thermische Bauteilbeeinflussung, feine Mikrostruktur und minimale Aufmischung beim Beschichten. Zugleich steht diese aber auch für extrem hohe Schichtkosten. Eine umfassende industrielle Nutzung wird nur bei drastischer Steigerung der Prozesseffizienz erfolgen. Ein innovativer Ansatz zur Effizienzsteigerung verfolgt das gezielte Formen des Raupenquerschnitts während des Auftragschweißens. Hierzu ist es erforderlich, das Kräfteverhältnis im Schmelzbad durch eine von außen aufgebrachte Kraftkomponente zu beeinflussen. Elektromagnetische Kräfte erlauben es, durch die Wechselwirkung magnetischer Felder mit elektrischen Strömen das Schmelzbad berührungslos und flexibel zu formen. Als Ursachen für einen elektrischen Strom in der Schmelze kommen die Schmelzbadbewegung im magnetischen Feld, die thermoelektrische Potenzialdifferenz zwischen schmelzflüssigem Zusatz- und festem Substratwerk-stoff sowie eine externe Potenzialdifferenz in Betracht. Die Mechanismen werden hinsichtlich Einflussfaktoren, Wirkung, Prozessgrenzen und technologischer Nutzbarkeit untersucht und detailliert dargestellt. Unter industriellen Fertigungsbedingungen treten die drei Mechanismen immer überlagert auf, wobei die Wirkung infolge einer externen Potenzialdifferenz dominiert. Da die elektrische Leitfähigkeit bei metallischen Werkstoffen im Allgemeinen mit steigender Temperatur abnimmt, ist die Stromdichte in der Schmelze niedriger als im festen Grundwerkstoff. Hieraus resultieren für die technische Anwendung erhebliche Prozesseinschränkungen.Diese können nur überwunden werden, wenn es gelingt, eine ausreichende Stromdichte in der Schmelze zu realisieren. Diese Anforderung kann durch Ausnutzen des Skin-Effekts bei Einsatz hochfrequenter Magnetfelder grundsätzlich erfüllt werden, wobei magnetisch bedingte Instabilitäten nach einer außerordentlich komplexen Schmelzbadbeherrschung verlangen.Die erarbeiteten grundlegenden Prozesszusammenhänge belegen das weitreichende technische und ökonomische Potenzial einer elektromagnetischen Schmelzbadformung beim Laserstrahlauftragschweißen, das im Weiteren in die industrielle Anwendung zu überführen ist.
Neue korrosions- und verschleißbeständige FeCrNiMoC-Hartlegierungen für das Laserfeinbeschichten : Grundlagen und Anwendungen
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - VIII, 176 S.. - (Werkstofftechnologie ; 4) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 3-86130-992-0
Neue korrosions- und verschleißbeständige FeCrNiMoC-Hartlegierungen für das Laserfeinbeschichten - Grundlagen und Anwendung Die Arbeit beschreibt die Entwicklung neuer hochkorrosions- und verschleißfester Funktionsschichten, die ohne zusätzliche Pufferung direkt auf hochlegierte Edelstähle aufgebracht werden können. Hierbei ist zu gewährleisten, dass sich die mechanisch-technologischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials nicht verschlechtern. Gute Erfolgsaussichten bietet hier das Verfahren des Laserfeinbeschichtens, welches aufgrund des geringen Energieeintrages bei gleichzeitig hoher lokaler Energiedichte eine geringe thermische Belastung des Bauteils, endkonturnahe Schichten und eine sehr feinkörnige Mikrostruktur des Gefüges mit guten Eigenschaften ermöglicht.Einen Schwerpunkt der Arbeit stellen grundlegende Untersuchungen hinsichtlich des Erstarrungs- und Umwandlungsverhaltens der verwendeten FeCrNiMoC-Hartlegierungen dar. Die Untersuchungen umfassen sowohl das Erstarrungsverhalten im Ungleichgewichtszustand aufgrund unterschiedlich hoher Abkühlraten, als auch die Grenzflächen- und Gefügeausbildung der entstehenden Werkstoffverbunde. Insbesondere dem Ausscheidungsverhalten des zu entwickelnden Beschichtungssystems hinsichtlich der Bildung intermetallischer Phasen, wie der Sigmaphase, wird große Bedeutung beigemessen.In einem weiteren Arbeitspaket werden die technologischen Eigenschaften der erzeugten Funktionsschichten und der Werkstoffverbunde betrachtet. Relevant ist hierbei deren Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien. Neben der elektrochemischen Charakterisierung der Beschichtungssysteme sind Auslagerungsversuche in praxisrelevanten Medien durchzuführen. Die tribologische Charakterisierung erfolgt in Versuchseinrichtungen, welche die unterschiedlichen Tribosysteme des Gleitverschleißes durch punktuellen und flächigen Gleitkontakt unter Mediumschmierung sowie die des Strahlverschleißes unter hydrodynamischer Beanspruchung repräsentieren. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass es mit der geeigneten Wahl von Pulverzusammensetzung, Wärmeführung und Grundmaterial möglich ist, einen Werkstoffverbund mit Laserauftragschichten auf Basis der Legierungssystems FeCr>40Ni5Mo2C1,5 zu schaffen. Die entwickelten Funktionsschichten sind absolut rissfrei und halten sowohl den hohen tribologischen als auch den extremen Korrosionsbeanspruchungen der in Meerwasser- und Offshore-Anwendungen zum Einsatz kommenden, mediumgeschmierten Axial- und Radialgleitlagern stand
Entwicklung einer Fügetechnologie zum Herstellung von Mischverbindungen mit Titanwerkstoffen bei niedrigen Temperaturen. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 412-414
Neuartige Möglichkeiten in der Löt- und Fügetechnik durch Ausnutzen von Größeneffekten. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 78-83
Entwicklung von lötgerechten Konstruktions- und Verfahrensstrategien/-empfehlungen zum Fügen von temperierbaren Werkzeugen mittels Hochtemperaturlötens. - In: Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, (2007), S. 409-411
Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlbeschichten. - In: Workshop Elektroprozesstechnik - Induktive Verfahren und Elektromagnetische Schmelzenbeeinflussung, (2007), 10, S. 1-8
Fertigungstechnische Aspekte beim Diffusionsschweißen innenkonturierter Bauteile im industriellen Umfeld. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 59 (2007), 5, S. 253-259
In diesem Beitrag werden fertigungstechnische Aspekte beim Diffusionsschweißen entsprechender Bauteile im industriellen Umfeld vorgestellt. Um die gestellten Anforderungen hinsichtlich von Form- und Lagefehlern einzuhalten, sind Anpassungen in der gesamten Prozesskette vorzunehmen. Schon während der Konstruktionsphase ist auf eine diffusionsschweißgerechte Auslegung zu achten, die sinnigerweise mit einer FEM-Simulation überprüft werden sollte. So ist eine Integration von Ausgleichsflächen unumgänglich, wenn in den Fügezonen eine gleichmäßige Flächenpressung auftreten soll. Um die Dichtheit auch bei hohen Drücken in den Bauteilen zu gewährleisten, sind weiterhin fehlstellenfreie Schweißungen notwendig. Dazu wurden Untersuchungen zum Schweißstrategie ralisiert werden, damit das geforderte Schweißergebnis mit vollflächiger Verbindung ohne Deformation erreicht werden kann. Unterschiedliche Positionierkonzepte wurden ebenso utnersucht und bewertet, um die erzielbaren Genauigkeitsanforderungen zu qualifizieren.
Beschichten, Fügen, Zerspanen : 3. Fertigungstechnisches Kolloquium, 15. und 16. März 2007, Ilmenau. - Ilmenau : Techn. Univ., 2007. - 1 CD-ROM
Modellierung der Gefügeausbildung bei thermischen Spritzprozessen
1. Aufl.. - Aachen : Mainz, 2007. - 165 S.. - (Werkstofftechnologie ; 1) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 3-86130-919-X
Das thermische Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, das immer häufiger im Bereich des Verschleißschutzes, des Korrosionsschutzes sowie der thermischen oder elektrischen Isolation eingesetzt wird. Beim thermischen Spritzen wird der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulver oder Draht durch eine Wärmequelle aufgeschmolzen und in Richtung des zu beschichtenden Substrates beschleunigt. Die geschmolzenen Partikel treffen mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche auf, werden beim Aufprall deformiert und kühlen rasch ab. Durch Überlagerung vieler Teilchen bildet sich eine Schicht. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften dieser Schicht hängen dabei in starkem Maße vom Gefüge der Schicht, d.h. der Porenverteilung und -größe sowie der Größe, Form und Mikrostruktur aufgeprallter und erstarrter Teilchen ab und werden von der Prozessführung beeinflusst. Die gezielte Wahl und Steuerung der Prozessparameter bewirkt eine Veränderung der Aufheiz- und Abkühlbedingungen von Spritzpartikeln während des Spritzprozesses sowie der Schichtbildung und führt zur Ausbildung eines an die jeweilige Anwendung angepassten Gefüges. Die Modellierung der beim thermischen Spritzen ablaufenden Prozesse sowie der Gefügeausbildung erlaubt, eine Beziehung zwischen den Prozessparametern des Spritzprozesses, den Aufheiz- und Abkühlbedingungen und dem entstehenden Gefüge zu ermitteln. Durch eine gezielte Veränderung der Prozesskenngrößen im Modell kann ermittelt werden, welchen Einfluss diese Parameter auf die Gefügeausbildung ausüben. Im Zusammenhang mit einigen wenigen experimentellen Untersuchungen können dann die Schichteigenschaften durch Variation der Prozessparameter auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Um die Gefügeausbildung beim thermischen Spritzen zu modellieren, erfolgt zunächst eine theoretische Betrachtung der einzelnen Prozessschritte. Dabei wird der Einfluss der Prozesskenngrößen auf das Aufheizen und Beschleunigen der Partikel, die Ausbreitung der Partikel auf dem Substrat, die Überlagerung mehrerer Partikel sowie die Erstarrung und Abkühlung ermittelt. Die prozessabhängigen Gefügeänderungen werden bestimmt, indem der Zusammenhang zwischen Porenbildung, Keimbildung in den schmelzflüssigen Teilchen sowie die Ausbildung der Mikrostruktur in Abhängigkeit von den Prozessparametern beschrieben wird. Mit Hilfe des Modells ist es möglich, bei Veränderungen der Prozessparameter die Veränderung im Gefüge (Poren, Abkühlrate, Keime, Mikrostruktur) vorherzusagen. Experimentelle Untersuchungen dienen dazu, das entwickelte Modell zu verifizieren.