Schicht für Schicht mehr Sicherheit

Additives Fertigungsverfahren erhöht die Lebensdauer von Sensoren

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05.10.2016 Industriesensoren sind empfindliche Bauteile. Ihre Aufgabe besteht darin, präzise, dauerhaft und zuverlässig Temperaturen, Durchfluss und Druck, beispielsweise in Öl- und Gaspipelines, zu überwachen. Gleichzeitig sind sie bei ihrem Einsatz großen Belastungen ausgesetzt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Das additive Fertigungsverfahren DMD (Direct Metal Deposition) ermöglicht durch laserbasierten Auftrag von Hartlegierungen den zuverlässigen Schutz für Sensorelemente.
  • Damit lässt sich deren Langlebigkeit deutlich steigern – beispielsweise auch in Anlagen der Öl- und Gasindustrie – und in der Folge die gesamte Prozesssicherheit erhöhen.
  • Ebenfalls möglich ist es, beschädigte Bauteile zu reparieren oder komplette einzelne Komponenten Schicht für Schicht zu erzeugen.

Durch eine Pipeline mit 1 m Durchmesser strömen pro Tag etwa 1 Mio. Barrel Rohöl. Das entspricht 160.000 m³ Rohöl oder 1.850 l/s. Bei Erdgaspipelines beträgt der Druck 100 bar bei Onshore-Leitungen, bei Offshore-Leitungen kann er bis zu 200 bar und mehr betragen. Hierdurch sind Sensorenelemente, die den Transport überwachen, einem hohen Verschleiß durch Korrosion und Abrieb ausgesetzt, was ihre Haltbarkeit verkürzt und zu teuren Reparaturen führt. Das Pulverauftragsschweißen, auch bekannt als DMD (Direct Metal Deposition), bietet mit der Pulverdüse der Firma O.R. Lasertechnologie die Möglichkeit, den Einsatz solcher Sensoren deutlich zu verlängern.

Aufgeschmolzen, wenig durchmischt

Die Idee für den Verschleißschutz von Sensoren besteht darin, sie mit einer Hartlegierung auf Cobalt-Chrom-Basis – sogenannte Stellite – zu beschichten und damit dauerhaft gegen Verschleiß zu schützen. Stellite sind extrem schwer zu bearbeitende, harte Legierungen. Konventionelle Schweißverfahren vermischen das Grundmaterial des Sensors aufgrund ihrer extremen Hitzeentwicklung und der damit verbundenen großen Wärmeeinflusszone stark mit dem aufgetragenen Werkstoff. Um eine homogene und reine Stellite-Oberfläche, frei von Verunreinigungen des Grundmaterials zu erhalten, muss der Anwender so eine verhältnismäßig dicke Schicht der schützenden Legierung auftragen. Anders verhält sich dies beim Verfahren des Laserpulver-Auftragsschweißens: Hier schmilzt der Laser die Sensoroberfläche nur lokal auf. Eine Düse bringt das metallische Pulver mit einer Körnung von 45 bis 90 µm koaxial zum Laserstrahl in die entstandene Schmelze ein, wo es eine feste Verbindung mit dem Grundmaterial eingeht. Aufgrund der lokalen Aufschmelzung ist die Wärmeeinflusszone entsprechend klein, sodass es zu einer geringen Durchmischung mit dem Grundmaterial kommt. In der Folge kann der Anwender eine dünnere Schicht der schützenden Legierung auftragen und dennoch den optimalen Verschleißschutz erzielen – bei gesunkenem Materialverbrauch, einhergehend mit einer Effizienzsteigerung. Um Oxidationen und winzige Blasenbildung zu verhindern, läuft der Vorgang unter Schutzgasatmosphäre mit dem Edelgas Argon ab. Das Ergebnis ist eine neuwertige Qualität der Bauteile, eine poren- und rissfeste Veredelung, endkonturnah und sauber. Den Sensor selbst beeinflusst dieses „minimal-invasive“ Verfahren kaum, seine Verschleißbeständigkeit jedoch verbessert sich erheblich.

Folgeseite: Beschichten, reparieren oder ganz neu
Heftausgabe: Oktober 2016
Seite:

Über den Autor

Eric Herrmann, Marketing bei O.R. Lasertechnologie
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