Laserauftragschweißen: Reparatur eines Kettenrads einer Kohlebergbaumaschine mittels Laserauftragschweißen

Im Kohlebergbau ist das Kettenrad der Kohlefördermaschine als Schlüsselkomponente des Antriebssystems über lange Zeiträume hohen Belastungen, starker Reibung und heftigen Stößen ausgesetzt. Herkömmliche Reparaturmethoden führen oft nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen.

Herausforderungen für die Branche

Herkömmliche Reparaturmethoden wie Schweißen und thermisches Spritzen weisen Probleme wie geringe Reparaturgenauigkeit, schwache Haftfestigkeit und große Wärmeeinflusszonen auf. Unter den rauen Bedingungen, unter denen die Kettenräder von Kohlefördermaschinen betrieben werden, genügen diese Reparaturmethoden oft nicht den Anforderungen eines effizienten und sicheren Abbaus in modernen Kohlebergwerken.

Dies wirkt sich unmittelbar auf den stabilen Betrieb und den Wartungszyklus der Anlage aus. Sobald das Kettenrad stark verschlissen oder beschädigt ist, ist die Lebensdauer herkömmlicher Reparaturmethoden meist kurz, und häufiger Austausch verursacht hohe Wartungskosten und Ausfallzeiten.

Der lange Beschaffungszyklus und die hohen Kosten neuer Komponenten stellen zusammengenommen ernsthafte Einschränkungen für die Produktionseffizienz und den wirtschaftlichen Nutzen von Kohleunternehmen dar.

Technischer Vorteil

Die Laserauftragschweißtechnologie basiert auf der hohen Energiedichte von Laserstrahlen, die Legierungspulver mit spezifischen Eigenschaften schnell auf der Oberfläche des Substrats aufschmelzen und in sehr kurzer Zeit zu einer Hochleistungsauftragsschicht erstarren lassen, die metallurgisch mit dem Substrat verbunden ist.

Im Vergleich zu herkömmlichen Oberflächenreparaturverfahren bietet das Laserauftragschweißen einzigartige Vorteile. Die kurze Dauer und die konzentrierte Energie des Laserstrahls führen zu einer minimalen thermischen Belastung des Substrats und zu geringen Verformungen während des Schmelzprozesses.

Diese Technologie ermöglicht die präzise Steuerung von Dicke, Form und Eigenschaften der Beschichtungsschicht und damit die hochpräzise Reparatur verschlissener und beschädigter Teile. Die metallurgischen Verbindungseigenschaften gewährleisten eine starke Haftung zwischen Reparaturschicht und Grundmaterial.

Präzisionsprozess

Das Laserauftragschweißen zur Reparatur von Bauteilen folgt einem strengen Verfahrensablauf. Der erste Schritt ist die Vorbehandlung, bei der die Oberfläche der Bauteile gründlich mit organischen Lösungsmitteln gereinigt wird, um Ölflecken, Rost und Verunreinigungen zu entfernen.

Anschließend erfolgt eine Oberflächenaufrauung, üblicherweise durch Sandstrahlen und Polieren, um die Oberflächenrauheit zu erhöhen und die Haftung zwischen Beschichtung und Substrat zu verbessern. Diese Vorbehandlungsschritte mögen einfach erscheinen, sind aber die Grundlage für eine erfolgreiche Reparatur.

Im nächsten Schritt erfolgt eine Fehleranalyse, um Verschleiß, Risse und sonstige Zustände der Bauteile mithilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren umfassend zu bewerten und den Reparaturbereich sowie den Reparaturplan festzulegen. Dieser Schritt unterstützt die Ingenieure bei der Entwicklung der effektivsten Reparaturstrategie.

Kernprozess

Die Geräteoptimierung ist der Kernprozess der Laserauftragschweißreparatur. Ingenieure müssen die Parameter der Laserauftragschweißanlage entsprechend der Größe, Form und den Reparaturanforderungen der Bauteile anpassen. Dazu gehören Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Spotdurchmesser, Pulverfördermenge usw.

Für dickere Beschichtungsschichten müssen die Laserleistung und die Pulverfördermenge erhöht und gleichzeitig die Scangeschwindigkeit entsprechend reduziert werden. Bei dünnwandigen Bauteilen oder Bauteilen mit hohen Präzisionsanforderungen ist es hingegen notwendig, die Laserleistung zu verringern und die Scangeschwindigkeit zu erhöhen, um die Wärmeeinflusszone und Verformungen zu minimieren. Während des Beschichtungsprozesses ist auf die Kontrolle des Überlappungsgrades der Beschichtungsschichten zu achten, der üblicherweise zwischen 30 % und 50 % liegt, um die Kontinuität und Gleichmäßigkeit der Beschichtung zu gewährleisten.

Qualitätskontrolle

Die Prozessüberwachung ist ein wichtiger Schritt zur Sicherstellung der Qualität der Beschichtung. Die Echtzeitüberwachung des Schmelzprozesses erfolgt mithilfe von Infrarotthermometern, CCD-Kameras und weiterer Ausrüstung. Dabei werden Parameter wie die Temperatur des Schmelzbades und die Morphologie der Schmelzschicht überwacht.

Ist die Temperatur des Schmelzbades zu hoch, kann dies zu Defekten wie grober Struktur und Poren in der Beschichtungsschicht führen. In diesem Fall muss die Laserleistung umgehend reduziert oder die Scangeschwindigkeit erhöht werden. Bei unebener Oberfläche der Beschichtungsschicht sind die Pulverfördermenge und der Scanweg anzupassen.

Diese präzise Echtzeit-Steuerungsfähigkeit ermöglicht es der Laserauftragschweißtechnologie, die Stabilität und Konsistenz der Reparaturqualität sicherzustellen und somit die Anforderungen der industriellen Produktion an qualitativ hochwertige Reparaturen zu erfüllen.

Nachbearbeitungsverfahren

Nach Abschluss der Laserauftragschweißreparatur sind verschiedene Nachbearbeitungsschritte erforderlich. Zunächst werden die reparierten Bauteile in der Regel einer Wärmebehandlung unterzogen, um Eigenspannungen in der Auftragsschicht abzubauen und das Mikrogefüge sowie die Eigenschaften zu verbessern.

Zu den gängigen Wärmebehandlungsverfahren gehören Glühen, Anlassen usw. Durch Glühen kann die Härte der Beschichtungsschicht verringert, die Plastizität und Zähigkeit verbessert werden; durch Anlassen können Eigenspannungen abgebaut, die Struktur stabilisiert und die Gesamtleistung der Beschichtungsschicht verbessert werden.

Entsprechend den Anforderungen an die Maßgenauigkeit des Kettenrads werden die reparierten Teile mechanisch bearbeitet, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, um sicherzustellen, dass die Abmessungen und die Oberflächenrauheit den Konstruktionsvorgaben entsprechen. Dieser Schritt gewährleistet die präzise Passform der reparierten Komponenten und die Wiederherstellung der normalen Funktion.