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Laserauftragschweißen

Deutsche Lasertechnik erobert den Offshoremarkt

| Autor / Redakteur: Uwe Techt / Stéphane Itasse

Eine Drehbank wird durch Integration von Laserstrahlquelle, EHLA-Bearbeitungskopf und Pulverzufuhrsystem zur extrem schnellen Anlage für das Laserauftragschweißen.
Eine Drehbank wird durch Integration von Laserstrahlquelle, EHLA-Bearbeitungskopf und Pulverzufuhrsystem zur extrem schnellen Anlage für das Laserauftragschweißen. (Bild: Fraunhofer-ILT/Volker Lannert)

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Wie lassen sich meterlange Hydraulikzylinder für den Einsatz im Meer umweltfreundlich, schnell und kostengünstig beschichten? Vor dieser Frage stehen seit Herbst 2017 europäische und demnächst auch chinesische Hersteller. Eine Alternative ist das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT.

Die seit September 2017 in der EU geltende Zulassungspflicht für die Verwendung von Chrom(VI)-Verbindungen sorgt in der Oberflächentechnik für Umdenken. Besonders hart trifft sie Hersteller, die extrem stark beanspruchte Bauteile aus Metall per Beschichtung vor Korrosion und Verschleiß schützen: Das ist vor allem eine Herausforderung für Anwendungen im Meer, in dem Bauteile wegen der salzigen Umgebung schnell rosten und verschleißen. Die Folgen sind ungeplante Stillstände oder gar der Ausfall ganzer Anlagen, zum Beispiel auf Offshoreplattformen.

Chrom(VI)-Beschränkungen erforderte alternative Beschichtungen

Die IHC Vremac Cylinders B.V. aus Apeldoorn (Niederlande), ein Tochterunternehmen des niederländischen Marinetechnikunternehmens Royal IHC, entwickelt und baut Hydraulikzylinder sowie Dreh- und Kolbenspeicher. Die bis zu 20 m langen Bauteile kommen in Baggern, Offshoreanlagen, Tiefbau und in Schwermaschinen zum Einsatz.

Auf die Zulassungspflicht für Chrom(VI)-Beschichtungen haben die Niederländer sehr frühzeitig reagiert. „Bisher haben wir unsere Hydraulikkomponenten extern beschichten lassen“, blickt Andres Veldman, Manager Engineering bei IHC Vremac Cylinders, zurück. „Wir befanden uns daher auf der Suche nach neuen Firmen, die duktile und härtere Schichten effektiv auftragen.“ Für duktile Schichten eignen sich elektrolytische Verfahren und für harte kommt das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen HVOF infrage. Aber auch den Laser nahm man in Apeldoorn unter die Lupe. Erste Untersuchungen im Jahr 2006 ergaben jedoch, dass normales Laserauftragschweißen zu teuer und zu kompliziert ist. „Doch wir glaubten fest daran, dass diesem Verfahren die Zukunft gehört“, erinnert sich Veldman. „Über Hornet Laser Cladding B.V. aus Lexmond erhielten wir schließlich 2014 Kontakt zum Fraunhofer-ILT und dem schnellen EHLA-Verfahren.“

Die Niederländer entschieden sich für das EHLA (extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen) des Fraunhofer-ILT, das 2017 mit dem Joseph-von Fraunhofer-Preis und 2018 mit dem 2. Stahl-Innovationspreises in der Kategorie „Stahl in Forschung und Entwicklung“ sowie mit dem Berthold-Leibinger-Innovationspreis ausgezeichnet wurde. Beim patentierten EHLA-Verfahren schmilzt ein Laser die Pulverpartikel bereits oberhalb des Schmelzbades auf.

Laserauftragschweißen erreicht bis zu 500 m/min

Weil die Partikel im Schmelzbad nicht mehr aufgeschmolzen werden müssen, lässt sich die Prozessgeschwindigkeit von bisher 0,5 bis 2,0 m/min auf bis zu 500 m/min steigern. Mit EHLA lässt sich außerdem die Schichtdicke senken: Waren bisher nur über 500 µm dicke Schichten möglich, so lassen sich nun auch 25 bis 250 µm dünne Schichten auftragen. Zudem werden die Schichten glatter, die Rauheit wurde auf ein Zehntel des typischen Wertes beim Laserauftragschweißen reduziert.

„Der Vorteil beim Beschichten von rotationssymmetrischen Bauteilen mit EHLA ist, dass die erforderlichen Komponenten sich hervorragend in eine Drehmaschine integrieren lassen“, erklärt Thomas Schopphoven, Leiter des Teams „Produktivität und Systemtechnik“ in der Gruppe Laserauftragschweißen am Fraunhofer-ILT, Aachen. Installiert und steuerungstechnisch angebunden werden müssen im Prinzip nur noch Laserstrahlquelle, EHLA-Bearbeitungskopf und Pulverzuführsystem.

Die Aachener hatten das Verfahren zunächst auf einer kleinen Werkzeugmaschine installiert, auf der sie Rohre mit bis zu 3000 min–1 beschichten konnten. Auf der Suche nach einem Anlagenhersteller stießen sie schließlich auf die noch junge Firma Hornet Laser Cladding B.V. aus Lexmond (Niederlande), zu deren Gründern Jelmer Brugman und Frank Rijsdijk seit vielen Jahren enge Beziehungen bestehen. Hornet glaubte auch an das Verfahren und schließlich entstand 2014 die erste EHLA-Anlage.

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