Additive Fertigung Ein längeres Leben für Sensoren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Sensoren im rauen Umfeld sind hohem Verschleiß und Korrosion ausgesetzt. Eine spezielle Hartlegierung schützt die Sensoren dauerhaft.

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Ein Team der O.R. Lasertechnologie entwickelte in einjähriger Forschungsarbeit gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut die Pulverdüse, um Sensoren vor dem Verschleiß zu schützen.
Ein Team der O.R. Lasertechnologie entwickelte in einjähriger Forschungsarbeit gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut die Pulverdüse, um Sensoren vor dem Verschleiß zu schützen.
(Bild: O.R. Lasertechnologie)

Industriesensoren sind empfindliche Bauteile. Sie überwachen präzise, dauerhaft und zuverlässig Temperaturen, Durchfluss und Druck von verschiedene Medien wie beispielsweise in Öl- und Gaspipelines zu überwachen. Gleichzeitig sind sie bei ihrem Einsatz großen Belastungen ausgesetzt. Durch eine Pipeline mit einem Meter Durchmesser strömen pro Tag etwa 1 Mio. Barrel Rohöl. Das entspricht 160.000 m³ Rohöl oder 1850 Liter pro Sekunde.

Bei Erdgaspipelines beträgt der Druck 100 Bar bei Onshore-Leitungen, bei Offshore-Leitungen kann er bis zu 200 Bar und mehr betragen. Sensoreelemente, die den Transport überwachen, sind einem hohen Verschleiß durch Korrosion und Abrieb ausgesetzt, was ihre Haltbarkeit verkürzt und zu teuren Reparaturen führt.

Mit dem Pulverauftragschweißen (DMD = direct metal deposition) zusammen mit der Pulverdüse der Firma O.R. Lasertechnologie lässt sich der Einsatz der Sensoren verlängern. Die kompakte Laserschweißanlage EVO Mobile eignet sich vor allem für Verschleißschutz, Reparatur und Designänderung. Das System arbeitet mit geringen Laserleistungen ab 200 W mit einer Auftragsrate von bis zu 5000 mm³/h

Verschleißschutz von Sensoren

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. Im konventionellen Verfahren werden sie in etlichen Schweißlagen in einer dicken Schicht von mehreren Millimetern aufgetragen. Dabei wird das Material des Sensors durch die hohe Hitzeeinwirkung stark durchmischt. Der Materialverbrauch steigt deshalb deutlich bei Anwendung des konventionellen Verfahrens.

Die Orlas Suite ist eine spezielle Umgebung für die Laserfertigung.
Die Orlas Suite ist eine spezielle Umgebung für die Laserfertigung.
(Bild: O.R. Lasertechnologie)

Beim additiven Pulverauftragschweißen dagegen schmilzt der Laser nur minimal punktuell die Oberfläche des Sensors auf. Koaxial zum Laser wird das metallische Pulver, das eine Körnung von 45 bis 90 µm aufweist, aufgebracht und geht eine feste Verbindung mit der Objektoberfläche ein. Punktgenauer Materialauftrag, geringer Wärmeeintrag in das zu bearbeitende Material und eine verzug- und rissfreie Bearbeitung sind die Vorteile.Spurbreiten von 200 µm bis 2 mm sind möglich.

Die koaxiale Anordnung erlaubt eine von der Schweißrichtung unabhängige homogene Qualität des Materialauftrags, wodurch das Werkstück in jede Richtung gedreht in drei Dimensionen wachsen kann. Die Laserparameter können auch noch während des Prozesses an geänderte Verhältnisse angepasst werden.

Um Oxidationen und winzige Blasenbildung zu verhindern, läuft der Vorgang unter einer Schutzgasatmosphäre mit dem Edelgas Argon ab. Der Sensor selbst wird bei diesem minimal-invasiven Verfahren kaum beeinflusst. Das Team der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der O.R. Lasertechnologie entwickelte in einjähriger Forschungsarbeit gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut die hocheffiziente, leicht installierbare Pulverdüse, die mit hoher Wiederholgenauigkeit und Automatisierbarkeit arbeitet.

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