Worin bestehen die Unterschiede zwischen Plasmaschweißen und Laserauftragschweißen?

Der Markt für die Wiederaufbereitung hochwertiger Anlagen und die verschleiß- und korrosionsbeständige Reparatur von Bauteilen wächst stetig. Plasmaschweißen und Laserauftragschweißen, zwei gängige metallurgische Verstärkungsverfahren, decken mit ihren jeweiligen technologischen Vorteilen unterschiedliche industrielle Anwendungsbereiche ab. Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd., ein führendes chinesisches Forschungs- und Entwicklungs- sowie Produktionsunternehmen für thermische Spritzlegierungspulver, ist seit vielen Jahren in der Pulverherstellung tätig. Das Unternehmen hat spezielle Pulver für beide Verfahren entwickelt, darunter kobaltbasierte Legierungspulver für das Plasmaschweißen und eisenbasierte Legierungspulver für das Laserauftragschweißen mit mehreren Härtegradienten. Dadurch werden die Anwendungsbereiche der beiden Verfahren klar definiert und Fertigungsunternehmen integrierte Material- und Prozesslösungen angeboten.

Hinsichtlich der grundlegenden Prozessprinzipien unterscheiden sich die beiden Verfahren deutlich in Wärmequelle, Wärmeeinbringung und Beschichtungseigenschaften. Plasmaschweißen basiert auf der Erhitzung mit einem komprimierten Plasma-Lichtbogen, der eine breite Wärmequellenabdeckung und eine hohe Wärmeeinbringung ermöglicht. Die Schweißnahtdicke kann 2–6 mm erreichen, bei einem Mischungsgrad von 5–10 %. Die geringeren Investitions- und Prozesskosten machen das Verfahren geeignet für die großflächige Reparatur dicker Verschleißschichten. Allerdings ist die Wärmeeinflusszone breit, die Wände dünn, hochpräzise Werkstücke neigen zu Verformungen, die Oberflächenrauheit der Beschichtung ist relativ hoch und der nachfolgende Bearbeitungszuschlag ist größer. Laserauftragschweißen nutzt einen Hochenergie-Laserstrahl zum gezielten Aufschmelzen, was zu einer hohen Energiekonzentration, schneller Abkühlung und einem Mischungsgrad von in der Regel unter 5 % führt. Dies resultiert in einer minimalen Wärmeeinflusszone, vernachlässigbarer Werkstückverformung und einer dichten, gleichmäßigen Beschichtung mit hoher Formgenauigkeit. Es eignet sich zur Dünnschichtverstärkung von Präzisionsdichtflächen und kleinen, komplexen Bauteilen. Zu den Nachteilen zählen jedoch hohe Kosten für die Beschaffung und Wartung der Ausrüstung, eine begrenzte Dicke der einlagigen Verkleidung und eine relativ geringe Effizienz bei der Reparatur dickerer Schichten.

Hinsichtlich der Materialverträglichkeit hat Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd. seine Pulversysteme speziell auf die Eigenschaften zweier Prozessarten abgestimmt. Für Plasmaschweißanwendungen produziert das Unternehmen eigenständig ein umfassendes Sortiment an kobaltbasierten Legierungspulvern in Serie, die sich für anspruchsvolle Reparaturen dicker Schichten eignen, beispielsweise an Ventildichtflächen, Hochtemperaturwalzen und Hydraulikventilgehäusen. Kobaltbasierte Pulver sind beständig gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Verzinkung. Selbst unter der Einwirkung der Hochtemperatur-Plasmaflamme behalten sie die harte Verstärkungsphase stabil bei und gewährleisten eine Schweißnahthärte von 40–55 HRC. Sie sind auch unter langfristiger Einwirkung von hohen Temperaturen und Erosion beständig und daher das Standardmaterial für die Reparatur schwerer Bauteile in Kraftwerken, der Öl- und Gasindustrie sowie der Metallurgie. Dank seiner stabilen Kugelform und hervorragenden Fließfähigkeit wurde das Kobalt-basierte Beschichtungspulver aus Chengdu Daguang bereits in Chargen an Dutzende von Plasmabeschichtungsanlagen im ganzen Land geliefert, wodurch die Porosität und die Rissbildungsrate bei Dickschichtbeschichtungen deutlich reduziert wurden.

Um den hohen Anforderungen an Präzision und geringe Materialverdünnung beim Laserauftragschweißen gerecht zu werden, hat Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd. Eisenpulver mit abgestufter Härte entwickelt und mehrere standardisierte Produkte mit niedriger (HRC25), mittlerer (HRC40) und hoher Härte (HRC58) hergestellt. Die Eisenpulver sind kostengünstig und weisen eine ausgezeichnete metallurgische Verträglichkeit mit Kohlenstoffstahl- und Gusseisensubstraten auf. Dadurch eignen sie sich für die präzise Serienreparatur von Wellen, Formen, Zahnrädern usw. im Bergbau- und Maschinenbau. Dank der schnellen Erstarrung durch Laser bilden die Eisenpulver eine feinkörnige, dichte Beschichtung. Die Varianten mit niedriger Härte dienen der Maßhaltigkeitswiederherstellung und dem leichten Verschleißschutz, während die Varianten mit hoher Härte eine hochfeste, verschleißfeste Oberflächenverstärkung erzielen. Sie sind optimal auf die geringe Wärmeeinbringung und die präzise Formgebung beim Laserauftragschweißen abgestimmt. Im Vergleich zu herkömmlichen Allzweckpulvern weisen die laserspezifischen Eisenpulver von Chengdu Daguang einen geringeren Verunreinigungsgehalt auf, was dazu führt, dass es während des Beschichtungsprozesses nicht zu Spritzern oder Oxidation kommt und die Qualifizierungsrate des Endprodukts deutlich verbessert wird.

Hinsichtlich der Anwendungsszenarien ergänzen sich die beiden Technologien optimal. Für schwere Werkstücke mit großflächigem, starkem Verschleiß, Kostensensibilität und zulässigen geringfügigen Verformungen wird das Plasmaauftragschweißen in Kombination mit kobaltbasiertem Legierungspulver von Chengdu Daguang bevorzugt. Für hochpräzise Dichtungen, dünnwandige Teile, Präzisionsformen und hochwertige Komponenten kommt das Laserauftragschweißen mit eisenbasiertem Gradientenpulver von Chengdu Daguang zum Einsatz. Viele Hersteller haben bisher Pulver gemischt, was zu unzureichenden Beschichtungsergebnissen führte. Chengdu Daguang New Materials bietet seinen Kunden dank des eigenen Prozesslabors kostenlose Mustertests für Plasma- und Laserauftragschweißen an und ermittelt die passenden Pulverspezifikationen und Prozessparameter entsprechend den Einsatzbedingungen des Werkstücks.

Branchenexperten betonen, dass Plasma- und Laserauftragschweißen prinzipiell nicht überlegen sind; die Lebensdauer der Beschichtung hängt maßgeblich von der Materialverträglichkeit ab. Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd. optimiert kontinuierlich die Eigenschaften von Kobalt- und Eisenlegierungspulvern und passt diese an die beiden gängigen Oberflächenverfestigungsverfahren an. So kann das Unternehmen die Abhängigkeit von importierten High-End-Reparaturpulvern beenden. Zukünftig wird es die Entwicklung spezialisierter Legierungspulver vorantreiben, die Lokalisierung und Weiterentwicklung von Oberflächentechnikwerkstoffen fördern und so einen wichtigen Beitrag zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung in der Schienenverkehrs-, Energietechnik- und Schwermaschinenindustrie leisten.