In diesem Artikel wird der Sprühschweißprozess von Glasflaschendosenformen unter drei Gesichtspunkten vorgestellt
Der erste Aspekt: der Sprühschweißprozess von Flaschen- und Dosenglasformen, einschließlich manuelles Sprühschweißen, Plasmaspritzschweißen, Lasersprühschweißen usw.
Das gängige Verfahren des Formspritzschweißens – das Plasmaspritzschweißen – hat in jüngster Zeit im Ausland neue Durchbrüche erzielt, mit technologischen Verbesserungen und deutlich verbesserten Funktionen, allgemein bekannt als „Mikroplasmaspritzschweißen“.
Mikroplasma-Sprühschweißen kann Formenbauunternehmen dabei helfen, die Investitions- und Beschaffungskosten sowie die Kosten für langfristige Wartung und Verbrauchsmaterialien erheblich zu senken, und die Ausrüstung kann ein breites Spektrum an Werkstücken spritzen. Durch einfaches Ersetzen des Sprühschweißbrennerkopfes können die Sprühschweißanforderungen verschiedener Werkstücke erfüllt werden.
2.1 Was ist die spezifische Bedeutung von „Lötpulver aus Nickelbasislegierung“?
Es ist ein Missverständnis, „Nickel“ als Beschichtungsmaterial zu betrachten. Tatsächlich handelt es sich bei Lotpulver aus einer Nickelbasislegierung um eine Legierung aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Bor (B) und Silizium (Si). Diese Legierung zeichnet sich durch ihren niedrigen Schmelzpunkt aus, der zwischen 1.020 °C und 1.050 °C liegt.
Der Hauptgrund für die weit verbreitete Verwendung von Lotpulvern aus Nickelbasislegierungen (Nickel, Chrom, Bor, Silizium) als Mantelmaterialien auf dem gesamten Markt ist, dass Lotpulver aus Nickelbasislegierungen mit unterschiedlichen Partikelgrößen auf dem Markt stark beworben wurden . Aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts, ihrer Glätte und der einfachen Kontrolle der Schweißpfütze ließen sich Nickelbasislegierungen von Anfang an problemlos durch Autogenschweißen (OFW) abscheiden.
Das Sauerstoff-Brenngasschweißen (OFW) besteht aus zwei unterschiedlichen Phasen: der ersten Phase, der sogenannten Abscheidungsphase, in der das Schweißpulver schmilzt und an der Werkstückoberfläche haftet; Zur Verdichtung und Reduzierung der Porosität geschmolzen.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die sogenannte Umschmelzstufe durch den Unterschied im Schmelzpunkt zwischen dem Grundmetall und der Nickellegierung erreicht wird, bei der es sich um ferritisches Gusseisen mit einem Schmelzpunkt von 1.350 bis 1.400 °C oder um eine Schmelze handeln kann Temperaturpunkt von 1.370 bis 1.500 °C aus C40-Kohlenstoffstahl (UNI 7845–78). Der Unterschied im Schmelzpunkt stellt sicher, dass die Nickel-, Chrom-, Bor- und Siliziumlegierungen kein Umschmelzen des Grundmetalls verursachen, wenn sie die Temperatur der Umschmelzphase haben.
Die Abscheidung einer Nickellegierung kann jedoch auch durch Auftragen einer dichten Drahtwulst erreicht werden, ohne dass ein Umschmelzprozess erforderlich ist: Hierzu ist die Hilfe des übertragenen Plasmalichtbogenschweißens (PTA) erforderlich.
2.2 Lotpulver aus einer Nickelbasislegierung, das zum Ummanteln von Stempel/Kern in der Flaschenglasindustrie verwendet wird
Aus diesen Gründen hat sich die Glasindustrie für gehärtete Beschichtungen auf Stempeloberflächen selbstverständlich für Nickelbasislegierungen entschieden. Die Abscheidung von Nickelbasislegierungen kann entweder durch Autogengasschweißen (OFW) oder durch Überschallflammspritzen (HVOF) erfolgen, während der Umschmelzprozess wiederum durch Induktionsheizsysteme oder Autogengasschweißen (OFW) erfolgen kann . Auch hier ist der Schmelzpunktunterschied zwischen Grundmetall und Nickellegierung die wichtigste Voraussetzung, sonst ist ein Auftragschweißen nicht möglich.
Nickel-, Chrom-, Bor- und Siliziumlegierungen können mithilfe der Plasma-Transfer-Lichtbogentechnologie (PTA) wie Plasmaschweißen (PTAW) oder Wolfram-Inertgasschweißen (GTAW) hergestellt werden, sofern der Kunde über eine Werkstatt zur Inertgasaufbereitung verfügt.
Die Härte von Nickelbasislegierungen variiert je nach Einsatzanforderung, liegt jedoch in der Regel zwischen 30 HRC und 60 HRC.
2.3 In der Hochtemperaturumgebung ist der Druck von Nickelbasislegierungen relativ groß
Die oben genannte Härte bezieht sich auf die Härte bei Raumtemperatur. In Betriebsumgebungen mit hohen Temperaturen nimmt jedoch die Härte von Nickelbasislegierungen ab.
Wie oben gezeigt, ist die Härte von Legierungen auf Kobaltbasis zwar geringer als die von Legierungen auf Nickelbasis bei Raumtemperatur, die Härte von Legierungen auf Kobaltbasis ist jedoch bei hohen Temperaturen (z. B. beim Formenbetrieb) viel höher als die von Legierungen auf Nickelbasis Temperatur).
Die folgende Grafik zeigt die Härteänderung verschiedener Legierungslotpulver mit zunehmender Temperatur:
2.4 Was ist die konkrete Bedeutung von „Kobaltlegierungs-Lötpulver“?
Betrachtet man Kobalt als Mantelmaterial, handelt es sich tatsächlich um eine Legierung aus Kobalt (Co), Chrom (Cr), Wolfram (W) oder Kobalt (Co), Chrom (Cr) und Molybdän (Mo). Kobaltbasierte Legierungen werden üblicherweise als „Stellite“-Lötpulver bezeichnet und enthalten Karbide und Boride, die ihre eigene Härte bilden. Einige Legierungen auf Kobaltbasis enthalten 2,5 % Kohlenstoff. Das Hauptmerkmal von Legierungen auf Kobaltbasis ist ihre Superhärte auch bei hohen Temperaturen.
2.5 Probleme bei der Abscheidung von kobaltbasierten Legierungen auf der Stempel-/Kernoberfläche:
Das Hauptproblem bei der Abscheidung kobaltbasierter Legierungen hängt mit ihrem hohen Schmelzpunkt zusammen. Tatsächlich liegt der Schmelzpunkt kobaltbasierter Legierungen bei 1.375–1.400 °C, was nahezu dem Schmelzpunkt von Kohlenstoffstahl und Gusseisen entspricht. Wenn wir theoretisch Autogenschweißen (OFW) oder Hyperschallflammspritzen (HVOF) verwenden müssten, würde während der „Umschmelzphase“ auch das Grundmetall schmelzen.
Die einzig praktikable Option zum Auftragen kobaltbasierten Pulvers auf den Stempel/Kern ist: Transferred Plasma Arc (PTA).
2.6 Über Kühlung
Wie oben erläutert, führt der Einsatz der Verfahren Oxygen Fuel Gas Welding (OFW) und Hypersonic Flame Spray (HVOF) dazu, dass die abgeschiedene Pulverschicht gleichzeitig geschmolzen und verklebt wird. Im anschließenden Umschmelzschritt wird die linienförmige Schweißnaht verdichtet und die Poren gefüllt.
Es ist zu erkennen, dass die Verbindung zwischen der Grundmetalloberfläche und der Verkleidungsoberfläche perfekt und ohne Unterbrechung ist. Die Stempel im Test befanden sich in derselben (Flaschen-)Produktionslinie, Stempel wurden mittels Autogenschweißen (OFW) oder Überschallflammspritzen (HVOF) gestanzt, Stempel wurden mittels Plasma-Lichtbogen (PTA) hergestellt, jeweils unter Kühlluftdruck gezeigt , ist die Betriebstemperatur des Plasma-Transfer-Arc-Stempels (PTA) 100 °C niedriger.
2.7 Über die Bearbeitung
Die maschinelle Bearbeitung ist ein sehr wichtiger Prozess bei der Herstellung von Stempeln/Kernen. Wie oben angedeutet, ist es sehr nachteilig, bei hohen Temperaturen Lotpulver (auf Stempeln/Kernen) mit stark reduzierter Härte abzuscheiden. Einer der Gründe liegt in der Bearbeitung; Die Bearbeitung von Legierungslotpulver mit einer Härte von 60 HRC ist ziemlich schwierig, was Kunden dazu zwingt, bei der Einstellung der Drehwerkzeugparameter (Drehwerkzeuggeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Tiefe usw.) nur niedrige Parameter auszuwählen. Die Verwendung des gleichen Sprühschweißverfahrens bei 45HRC-Legierungspulver ist wesentlich einfacher; Auch die Parameter des Drehwerkzeugs können höher eingestellt werden und die Bearbeitung selbst lässt sich einfacher durchführen.
2.8 Über das Gewicht des abgeschiedenen Lotpulvers
Die Verfahren des Autogengasschweißens (OFW) und des Überschallflammspritzens (HVOF) weisen sehr hohe Pulververlustraten auf, die beim Anhaften des Beschichtungsmaterials am Werkstück bis zu 70 % betragen können. Wenn beim Blaskern-Sprühschweißen tatsächlich 30 Gramm Lotpulver benötigt werden, bedeutet dies, dass die Schweißpistole 100 Gramm Lotpulver versprühen muss.
Die Pulververlustrate der Plasma-Transfered-Arc-Technologie (PTA) beträgt bei weitem etwa 3 bis 5 %. Für den gleichen Blaskern muss die Schweißpistole nur 32 Gramm Lötpulver versprühen.
2.9 Über die Ablagerungszeit
Die Abscheidungszeiten beim Autogenschweißen (OFW) und beim Überschallflammspritzen (HVOF) sind gleich. Beispielsweise beträgt die Abscheidungs- und Umschmelzzeit desselben Blaskerns 5 Minuten. Die Plasma Transferred Arc (PTA)-Technologie benötigt ebenfalls die gleichen 5 Minuten, um eine vollständige Aushärtung der Werkstückoberfläche zu erreichen (Plasma Transferred Arc).
Die folgenden Bilder zeigen die Ergebnisse des Vergleichs zwischen diesen beiden Verfahren und dem übertragenen Plasmalichtbogenschweißen (PTA).
Vergleich von Stempeln für Beschichtungen auf Nickelbasis und Beschichtungen auf Kobaltbasis. Die Ergebnisse laufender Tests auf derselben Produktionslinie zeigten, dass die Beschichtungsstempel auf Kobaltbasis dreimal länger hielten als die Beschichtungsstempel auf Nickelbasis, und dass die Beschichtungsstempel auf Kobaltbasis keine „Verschlechterung“ aufwiesen. Der dritte Aspekt: Fragen und Antworten zum Interview mit Herrn Claudio Corni, einem italienischen Sprühschweißexperten, über das vollständige Sprühschweißen der Kavität
Frage 1: Wie dick ist die Schweißschicht theoretisch für das Hohlraum-Vollspritzschweißen erforderlich? Beeinflusst die Dicke der Lotschicht die Leistung?
Antwort 1: Ich schlage vor, dass die maximale Dicke der Schweißschicht 2 bis 2,5 mm beträgt und die Schwingungsamplitude auf 5 mm eingestellt ist; Wenn der Kunde einen größeren Dickenwert verwendet, kann das Problem einer „Überlappungsverbindung“ auftreten.
Frage 2: Warum nicht einen größeren Swing OSC=30mm im geraden Abschnitt verwenden (empfohlen 5mm einzustellen)? Wäre das nicht viel effizienter? Gibt es eine besondere Bedeutung für den 5-mm-Schwung?
Antwort 2: Ich empfehle, auch im geraden Abschnitt einen Schwenk von 5 mm zu verwenden, um die richtige Temperatur in der Form aufrechtzuerhalten;
Wenn ein 30-mm-Schwenk verwendet wird, muss eine sehr langsame Sprühgeschwindigkeit eingestellt werden, die Werkstücktemperatur ist sehr hoch, die Verdünnung des Grundmetalls wird zu hoch und die Härte des verlorenen Zusatzmaterials beträgt bis zu 10 HRC. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die daraus resultierende Belastung des Werkstücks (aufgrund der hohen Temperatur), die die Wahrscheinlichkeit von Rissen erhöht.
Bei einem Schwung von 5 mm Breite ist die Liniengeschwindigkeit höher, die beste Kontrolle kann erzielt werden, es werden gute Ecken gebildet, die mechanischen Eigenschaften des Füllmaterials bleiben erhalten und der Verlust beträgt nur 2 bis 3 HRC.
F3: Welche Zusammensetzungsanforderungen gelten für Lötpulver? Welches Lotpulver eignet sich zum Hohlraumspritzschweißen?
A3: Ich empfehle das Lötpulvermodell 30PSP. Wenn Risse auftreten, verwenden Sie 23PSP für Gusseisenformen (verwenden Sie das PP-Modell für Kupferformen).
F4: Was ist der Grund für die Wahl von Sphäroguss? Was ist das Problem bei der Verwendung von Grauguss?
Antwort 4: In Europa verwenden wir normalerweise Sphäroguss, da Sphäroguss (zwei englische Namen: Nodular cast iron und Ductile cast iron) seinen Namen erhält, weil der darin enthaltene Graphit unter dem Mikroskop in Kugelform vorliegt; im Gegensatz zu Schichten aus plattenförmigem Grauguss (tatsächlich kann man es genauer als „laminiertes Gusseisen“ bezeichnen). Solche Zusammensetzungsunterschiede bestimmen den Hauptunterschied zwischen Sphäroguss und laminiertem Gusseisen: Die Kugeln erzeugen einen geometrischen Widerstand gegen die Rissausbreitung und erhalten dadurch eine sehr wichtige Duktilitätseigenschaft. Darüber hinaus nimmt die Kugelform von Graphit bei gleicher Menge eine geringere Oberfläche ein, wodurch das Material weniger geschädigt wird und somit eine Materialüberlegenheit erzielt wird. Seit seinem ersten industriellen Einsatz im Jahr 1948 hat sich Sphäroguss zu einer guten Alternative zu Stahl (und anderen Gusseisen) entwickelt und ermöglicht niedrige Kosten und hohe Leistung.
Die Diffusionsleistung von Sphäroguss aufgrund seiner Eigenschaften, kombiniert mit der einfachen Schneidbarkeit und den variablen Widerstandseigenschaften von Gusseisen, hervorragendes Widerstands-/Gewichtsverhältnis
gute Bearbeitbarkeit
niedrige Kosten
Die Stückkosten weisen einen guten Widerstand auf
Hervorragende Kombination aus Zug- und Dehnungseigenschaften
Frage 5: Was ist besser für die Haltbarkeit bei hoher Härte und bei geringer Härte?
A5: Der gesamte Bereich liegt zwischen 35 und 21 HRC. Ich empfehle die Verwendung von 30 PSP-Lötpulver, um einen Härtewert nahe 28 HRC zu erreichen.
Die Härte steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Lebensdauer der Form. Der Hauptunterschied in der Lebensdauer liegt in der Art und Weise, wie die Formoberfläche „bedeckt“ wird, und im verwendeten Material.
Beim manuellen Schweißen ist die tatsächliche Kombination (Schweißmaterial und Grundmetall) der erhaltenen Form nicht so gut wie die von PTA-Plasma, und im Glasherstellungsprozess treten häufig Kratzer auf.
Frage 6: Wie führt man das vollständige Sprühschweißen des inneren Hohlraums durch? Wie lässt sich die Qualität der Lotschicht erkennen und kontrollieren?
Antwort 6: Ich empfehle, am PTA-Schweißgerät eine niedrige Pulvergeschwindigkeit einzustellen, nicht mehr als 10 U/min; Halten Sie ausgehend vom Schulterwinkel einen Abstand von 5 mm ein, um parallele Raupen zu schweißen.
Schreiben Sie am Ende:
In einer Zeit des schnellen technologischen Wandels treiben Wissenschaft und Technologie den Fortschritt von Unternehmen und der Gesellschaft voran; Das Sprühschweißen desselben Werkstücks kann durch unterschiedliche Verfahren erreicht werden. Für die Formenfabrik sollte sie neben den Anforderungen ihrer Kunden, welches Verfahren verwendet werden soll, auch die Kostenleistung der Ausrüstungsinvestitionen, die Flexibilität der Ausrüstung, die Wartungs- und Verbrauchsmaterialkosten der späteren Verwendung berücksichtigen und ob Die Ausrüstung kann ein breiteres Produktspektrum abdecken. Mikroplasma-Sprühschweißen ist zweifellos eine bessere Wahl für Formenfabriken.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. Juni 2022