Plasmaschweißen  ( PTA )  in der Gießerei

Lebensdauer der Formkästen  GG 25 - GGG 50  verdoppelt.

Von Friedhelm Geib, Gütersloh

 

Die Instandhaltung innerhalb der Gießereien benötigt einen hohen  Kostenanteil, der raue Betrieb verlangt in der heutigen Zeit den Werkzeugen extreme Belastungen ab. Die Laufzeiten werden immer länger und der Verschleiß fordert sein Tribut. 

Wir als schweißtechnischer Servicecenter haben uns als Aufgabe gestellt den Kunden im Rahmen der kompletten Schweißtechnik zu unterstützen. Eine dieser Dienstleistungen wurde im Bereich der Gießereien umgesetzt.

Die eigentliche Aufgabe war den Formkasten wieder in den „Ursprung“ zu versetzen. Aber natürlich verbunden mit der Erwartung nicht nur “Wiederherzustellen“, sondern mit einer neuen Oberfläche eine höhere Standzeit und einen erheblich besseren Korrosionsschutz zu erzielen. Speziell die Dicht- und Laufflächen sowie die Zentrierbuchsen haben über die Zeit ihre Geometrie verloren. Dieser Verschleiß bei den Formkasten liegt in der Natur der Dinge und ist die logische Konsequenz unter anderem von thermischer und chemischer Einwirkung sowie der schlagenden und reibenden Beanspruchung.

Die Norm für die Instandsetzung lautet DIN 31051 bzw. EN13306. Dort wird beschrieben: Bewahrung oder bedarfsweise Wiederherstellung des Sollzustandes technischer Objekte jeglicher Art. (Wartung bzw. Instandsetzung). 

Innerhalb der Schweißtechnik gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten diesem Verschleiß entgegenzuwirken. Es gilt die Tribologie (Lehre der Reibung und Verschleiß) an diesen Bauteilen zu verstehen, zu analysieren und dann die entsprechenden Verfahren zu finden um dort Abhilfe schaffen zu können.

Das Entscheidende ist die Erhöhung der Lebensdauer, Einsparung von Energie und Ressourcen, Verlängerung von Bauteilstandzeiten als eine große betriebs- und volkswirtschaftliche Bedeutung. 

Das PTA - Schweißen,

wird auch Plasma - Pulver Schweißen genannt.

Begrifflich ist es jedoch eher unter dem internationalen PTA (Plasma Transfer Arc) bekannt.

Das Verfahren ist eigentlich nicht neu, es wurde jedoch wieder neu definiert und befindet sich seit einigen Jahren in einer Art Wiederbelebung.

Durch die moderne Elektronik entstand die Möglichkeit, jeden Punkt innerhalb des Lichtbogens genau zu definieren und um diese Modifikation wurde das PTA – Schweißen entsprechend der heutigen Anforderungen angepasst.  

Das Verfahren wird hauptsächlich eingesetzt zum Auftragen von Verschleiß und Schutzbeschichtungen auf metallischen Werkstücken und zeichnet sich durch gute Automationsabläufe und einer hohen Prozesssicherheit aus. Es kann aufgrund seiner hohen Energiedichte und seiner Vielzahl an einstellbaren Parameter besonders gut  an den Werkstoff angepasst werden. Diese freien Parameter ermöglichen es den Grundwerkstoff exakt aufzuschmelzen und somit ein Gefüge entstehen zulassen, welches  dann dem Verschleiß wesentlich besser und länger entgegen wirken kann.

Allgemein bietet das PTA sehr gute Möglichkeiten aufgrund der hohen Energiedichte mit geringen Strom und somit  geringer Streckenenergie (Wärme) eine Oberflächen zu plattieren. Diese Eigenschaft bringt große Vorteile speziell beim Werkstoff Guss.

Häufig wird versucht Guss herkömmlich zu verschweißen, jedoch beweist der Alltag, dass dies sehr häufig mit erheblichen Problemen behaftet ist.

Das dabei verwendete Pulver als Zusatzwerkstoff wird spezifisch für den Schweißprozess entwickelt. Das einzelne Korn (Kornfraktion) kann in seiner Geometrie mit den heutigen Anlagen genau definiert und in den entsprechenden Mengen  produziert werden.

Mit diesen Schweißverfahren hat man die Möglichkeit den Grundwerkstoff so gezielt zu schmelzen, dass extreme thermische Übergänge  nur sehr gering auftreten. Durch das Einbringen des Pulvers entsteht dazu im Moment des Auftreffens auf das Werkstück eine geringe Abkühlung.

Wir haben das Schweißverfahren PTA in Verbindung mit dem Pulver soweit entwickelt, dass wir die benötigten Parameter in sehr kurzen Versuchsphasen für den Kunden ermitteln können.

Wichtig für den Prozess ist die ideale Abstimmung von:

 - Einbrand

 - Fließverhalten

 - Benetzung

 - Aufmischung  

 - Stromstärke 

 - Schichtdicke

 - Verweilzeiten

 - Brennerstellung

 - Automationsgrad

   (abhängig von der Geometrie)

Dazu muss natürlich festgelegt werden ob mit Hand oder mit Roboter geschweißt wird.

Die Oberfläche des Gusses ist häufig sehr verdreckt. Dieser Dreck sitzt in der Oberfläche und muss bis auf den Grund ausgearbeitet werden, dass die Oberfläche metallisch blank ist.

Mehr als bei sonstigen Schweißarbeiten ist die Vorbereitung das A und O.

Bei dem Schweißauftrag der Firma Claas Guss in Gütersloh wurden in alle Schritte genau mit dem Kunden abgesprochen. Jedes denkbare Problem wurde erörtert und mit ins Pflichtenheft aufgenommen. In Zusammenarbeit speziell mit der Instandsetzungsabteilung der Firma CLAAS wurde der Ablaufplan für die Bearbeitung der Formkästen festgelegt.

Während des laufenden Betriebes  wurden  die Formkästen  Schritt für Schritt ausgetauscht.

Selbstverständlich entsprechen dabei die Kosten für diese Instandsetzung nur einem Bruchteil von dem was einer neuer Kasten kostet und bietet dazu Eigenschaften die der alte Formkasten nicht bieten kann.