Zum Schutz vor abrasivem und erosivem Verschleiß gewinnt das Auftragschweißen immer mehr an Bedeutung, da mit verschleißbedingtem geplanten sowie ungeplanten Ausfall entsprechend verschleißbeanspruchter komplexer Maschinen und Großanlagen ein hoher volkswirtschaftlicher Verlust einhergeht. Für die Herstellung kostengünstiger Verschleißschutzpanzerungen haben sich als robuste Beschichtungsverfahren vor allem Metall-Schutzgas- (MSG-) und OpenArc- (OA-)Schweißprozesse etabliert [Pen08]. Mit diesen Verfahren werden üblicherweise Aufmischungsgrade von ca. 20-30 % erzielt, wobei im Regelfall die Schichtqualität mit zunehmender Aufmischung sinkt. Eine technisch-wirtschaftliche Zielstellung ist es daher, ein preiswertes MSG-Verfahren mit einem reduzierten erzielbaren Aufmischungsgrad zu kombinieren.
Insbesondere hochfeste Strukturbauteile konnten bisher nicht ohne einen massiven Verlust ihrer spezifischen Werkstoff- und Festigkeitseigenschaften in einem einstufigen Prozess schweißtechnisch beschichtet werden. In dieser Arbeit soll deshalb eine technologische Entwicklung der Beschichtungsprozesse in Abhängigkeit der Grund- und Zusatzwerkstoffeigenschaften sowie unter Berücksichtigung des späteren Einsatzzwecks erfolgen. Hierfür werden ausgewählte fülldrahtbasierte Hartlegierungen mit einem GKLB-Verfahren verarbeitet und anschließend metallografisch sowie tribosystemgerecht verschleißtechnisch qualifiziert und die Art des Werkstoffversagens dargestellt. Da GKLB-Prozesse in Hinsicht auf die Schweißprozessbedingungen besondere Anforderungen an die schweißtechnisch zu verarbeitenden Fülldrähte stellen, wird außerdem die Entwicklung spezieller Fülldrahtelektroden zur Herstellung von Verschleißschutzschichten vorgestellt. Zur Qualifikation der abrasiv-erosiven Verschleißeigenschaften der generierten Schichten werden Strahlverschleißuntersuchungen bei Raum- und unter höheren Temperaturen sowie ein Zweikörperabrasivverschleißtest mit feinen und feinsten Abrasivgütern unterschiedlicher Kornfraktionen durchgeführt, um hierdurch den Verschleißwiderstand des metallurgisch und schweißtechnisch eingestellten Gefüges in Abhängigkeit der angreifenden Korngröße über ein möglichst breites Analysespektrum darstellen zu können. Ergänzend werden vielversprechende Schichtverbunde einer korrosionstechnischen Prüfung unterzogen.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Einleitung und Problemstellung
- Ausgangssituation und Motivation
- Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
- Verschleiß
- Definition von Verschleiß
- Verschleiß als tribologische Größe
- Verschleißmechanismen
- Abrasionsverschleiß
- Adhäsionsverschleiß
- Oberflächenzerrüttung (Ermüdungsverschleiß)
- Tribochemischer Verschleiß (Tribooxidation) und kombinierte Verschleißformen
- Verschleißart Strahlverschleiß
- Strahlverschleißbeanspruchte Maschinen und Anlagenkomponenten
- Strahl- und Prallmühlen
- Zyklone und Sichter in der Abscheide- und Aufbereitungstechnik
- Schleusen und Absperreinrichtungen
- Ventilatoren
- Konventioneller Verschleißschutz vor abrasiv-erosivem Verschleiß
- Standardverschleißschutzwerkstoffe
- Hartlegierungen auf Fe-Basis mit arteigenen Hartphasen
- Fe-Cr-C-Basishartlegierungen
- Fe-Cr-B-Basishartlegierungen
- Hartlegierungen auf Fe-Basis mit artfremden Hartphasen
- Hartlegierungen auf Ni-Basis
- Standardverfahren zur Herstellung von Panzerungen
- Plasma-Pulver-Auftragschweißen
- Metall-Schutzgas- und OpenArc-Prozesse
- Hochleistungsverschleißschutzsysteme
- Entwicklung tribosystemangepasster Beschichtungswerkstoffe
- Hartauftraglegierungen für feindisperse Gefügeausbildung
- Pseudolegierungen mit hohem Hartphasenanteil
- Geregelter Kurzlichtbogen-Prozess
- Verschiedene GKLB-Verfahren im Vergleich
- EWM-coldArc®-Prozess
- Untersuchungen
- Beschreibung der experimentellen Untersuchungsmethoden
- Metallografische Untersuchungsmethoden
- Lichtmikroskopische Untersuchungen
- Mikroanalytische Untersuchungen zur Prüfung der Oberflächentopologie
- Härteprüfung
- Beschichtungsprozesstechnik
- Anlagen- und Versuchsaufbau
- Auftragschweißungen
- Verschleißuntersuchungen
- Verschleißprüfung unter abrasiv-erosiver Beanspruchung
- Strahlverschleißprüfung
- Edelkorund
- Zementstaub
- Quarzmehl
- Hochtemperaturstrahlverschleißprüfung
- Korrosionsuntersuchungen
- Korrosion bei Industrieventilatoren
- Kombinierte Abrasions-Korrosionsprüfung (Miller-Test)
- Mechanisch-technologische Prüfung
- Auswertungen und technisch-wirtschaftliche Bewertung
- Schweißtechnische Qualifizierung und metallografische Auswertung
- Verschleiß- und Korrosionsergebnisse
- Leichtbaupotenzial
- Technisch-wirtschaftliche Bewertung der Ergebnisse
- Abschmelzleistungen und Ausbringungsraten
- Schweißkostengesamtanalyse
- Zusammenfassung und Ausblick
- Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse
- Schlussfolgerungen und Ausblicke
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen zum Einsatz unter feinabrasiv-erosiver Beanspruchung. Diese Systeme sollen aus neuartigen, tribosystemgerechten Verschleißschutzlegierungen und einem energiearmen, geregelten Kurzlichtbogen-Schweißprozess bestehen.
- Entwicklung von Verschleißschutzlegierungen für feinabrasive Stäube
- Optimierung des GKLB-Schweißprozesses für die Verarbeitung der neuen Legierungen
- Qualifizierung der Schichteigenschaften hinsichtlich Verschleißbeständigkeit und Korrosionsverhalten
- Bewertung des Leichtbaupotenzials der neu entwickelten Systeme
- Technisch-wirtschaftliche Analyse der entwickelten Systeme
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, in der die Motivation und Zielsetzung der Arbeit erläutert werden. Anschließend wird ein breites Fachfundament zum Thema Verschleiß gelegt, das die wesentlichen Bereiche der Tribologie, Verschleißmechanismen und Verschleißarten, insbesondere den erosionsbedingten Strahlverschleiß, behandelt. Die Arbeit beleuchtet dann typische Maschinen und Anlagenkomponenten, die einem abrasiv-erosiven Verschleißangriff ausgesetzt sind, und stellt gängige Verschleißschutzwerkstoffe und -verfahren vor.
Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Entwicklung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen. Hierzu werden tribosystemgerechte Beschichtungswerkstoffe auf Nickel- und Eisenbasis entwickelt und deren Eigenschaften ausführlich untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzung des geregelten Kurzlichtbogen-Schweißprozesses coldArc®, der sich durch einen geringen Wärmeeintrag und eine hohe Prozessstabilität auszeichnet.
Die Arbeit beschreibt die experimentellen Methoden, die zur Qualifizierung der neu entwickelten Verschleißschutzsysteme eingesetzt wurden. Dazu gehören metallografische Untersuchungen, Verschleißprüfungen unter verschiedenen Bedingungen, korrosionstechnische Untersuchungen und mechanisch-technologische Prüfungen. Die erzielten Ergebnisse werden anschließend analysiert und technisch-wirtschaftlich bewertet.
Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen gegeben.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die Arbeit befasst sich mit den Themen Verschleißschutz, Hochleistungsverschleißschutzsysteme, feinabrasiv-erosive Beanspruchung, Kurzlichtbogen-Schweißprozess, Fülldraht, Hartlegierungen, Tribologie, Metallografie, Verschleißprüfung, Korrosion, Leichtbaupotenzial, technisch-wirtschaftliche Bewertung.
- Citar trabajo
- Marvin Hecht (Autor), 2017, Qualifizierung und technisch-wirtschaftliche Bewertung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen zum Einsatz unter feinabrasiv-erosiver Beanspruchung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/446662
