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Laserline

Korrosionsschutz für hochkomplexe Oberflächengeometrien

| Autor/ Redakteur: Thomas Molitor / Frauke Finus

Ein innovatives Verfahren ermöglicht erstmals eine sowohl technisch als auch wirtschaftlich überzeugende Antikorrosionsbeschichtung von Membranwänden. Das von der Häuser GmbH entwickelte thermische Laserspritzen arbeitet mit LDF-Diodenlasern von Laserline und erbringt Prozessergebnisse, die auch strengsten Prüfvorgaben standhalten.

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Bei Membran- beziehungsweise Flossenwänden sind die einzelnen Rohre durch Stege (die sogenannten „Flossen“) miteinander verbunden.
Bei Membran- beziehungsweise Flossenwänden sind die einzelnen Rohre durch Stege (die sogenannten „Flossen“) miteinander verbunden.
( Bild: Häuser )

In den Kesseln von Biomasse- oder Müllverbrennungsanlagen sind Rauchgastemperaturen von rund 1.000°C Standard. Für die zur Dampfdruckerzeugung dienenden Kesselrohrsysteme stellen diese Umfeldbedingungen eine extreme Belastung dar. Schon ab etwa 350°C reagiert das Chlor im Rauchgas mit dem Eisenanteil der Rohre und leitet einen Zersetzungsprozess ein, der unbehandelte Rohrsysteme binnen Jahresfrist abzehrt. Um diesen Prozess zu verlangsamen und so die Lebensdauer der Kesselrohre zu verlängern, setzen viele Kraftwerksbetreiber auf metallische oder keramische Antikorrosionsbeschichtungen. Sie werden meist von Anbietern realisiert, die auf den Kraftwerksbereich spezialisiert sind und bedarfsoptimierte Lösungen entwickeln.

Neues Beschichtungsverfahren: Thermisches Laserspritzen

Zu den interessantesten Innovationen der jüngeren Zeit gehört dabei das thermische Laserspritzen – ein Verfahren, das thermisches Spritzen und Auftragschweißen kombiniert. Es wurde von der Duisburger Häuser GmbH entwickelt und wird unter Einsatz von Laserline-Diodenlasern durchgeführt. Mit seiner Hilfe lassen sich bestmögliche Beschichtungslösungen für Membran- beziehungsweise Flossenwände realisieren – eine Spezialform von Kesselrohrwänden, bei der die einzelnen Rohre durch Stege (die sogenannten „Flossen“) miteinander verbunden sind. Dieser Rohrwandtypus stellt aufgrund seiner komplexen Oberflächengeometrie sehr hohe Anforderungen an das Beschichtungsverfahren und konnte in der Vergangenheit nicht befriedigend bearbeitet werden. Während herkömmliche thermische Spritzprozesse bei solchen Geometrien zu langsam abliefen und damit unwirtschaftlich waren, musste beim zumeist gewählten Auftragschweißen ein überhöhter Wärmeeintrag in Kauf genommen werden. Ergebnis war eine starke Vermischung von Beschichtungs- und Grundwerkstoff – mit entsprechend negativen Folgen für Korrosionsbeständigkeit und Mindestschichtdicke

Diodenlasereinsatz als Verfahrensgrundlage

Das neu konzipierte thermische Laserspritzen vermeidet beide Nachteile und verbindet den metallurgischen Verbund des Auftragschweißens mit dem gemäßigten Wärmeeintrag des thermischen Spritzens. Die Technologie variiert ein patentiertes Plasmaspritzverfahren, das von Häuser selbst entwickelt wurde und das ursprünglich die Hochtemperaturkorrosion in den Abhitzekesseln von Stahlkonvertern reduzieren sollte. Es wurde später konsequent auf die Realisierung von Schutzschichten für mit heißen Gasen beaufschlagte Metallbauteile zugeschnitten und nutzt im grundlegenden Verfahrensaufbau ein per Lichtbogen ionisiertes Edelgas („Plasma“) als Energiequelle. Bei der Variante des Thermischen Laserspritzens hingegen dient ein LDF 6000-100 Diodenlaser (mit 100 mm·mrad Strahlqualität und maximal 6 kW Ausgangsleistung) von Laserlane als Energielieferant. Er verschmilzt die Pulverpartikel des Beschichtungswerkstoffes, die per Argon-Gasstrom eingeblasen werden, mit der Werkstückoberfläche.

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Mit diesem Verfahren werden auch bei hochkomplexen Oberflächengeometrien effizientere Beschichtungsprozesse mit exzellenten Ergebnissen möglich. So lässt sich die Leistungsabgabe der Laserline Diodenlaser binnen Millisekunden feinabgestuft regulieren und damit schnell und präzise an jede Oberflächenstruktur anpassen. Die homogene Intensitätsverteilung des Diodenlaserstrahls stellt zudem eine gleichmäßige Einwirkung in der Brennfläche sicher, sodass ein außergewöhnlich ruhiges Schmelzbad mit sehr geringer Einwirktiefe entsteht. Der Wärmeeintrag ist insgesamt so gering, dass sogar komplett auf eine begleitende Kühlung der Bauteile verzichtet werden kann. Die realisierte Schutzschicht ist metallurgisch mit dem Grundmaterial verbunden, homogen und nahezu porenfrei. Die Vermischung von Beschichtungs- und Grundwerkstoff fällt weit geringer aus als beim Auftragschweißen; die Schichten sind deshalb weit korrosionsbeständiger als geschweißte Schutzschichten. Durch den geringen Wärmeeintrag werden überdies auch Materialverzüge weitgehend verhindert. Das Verfahren ist in jeder Konfiguration exakt reproduzierbar und in puncto Bearbeitungszeit uneingeschränkt konkurrenzfähig: Aktuell veranschlagt Häuser für die Beschichtung von 100 m2 Membranwand einen Zeitraum von etwa vier Wochen.

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Die Anwendung des thermischen Laserspritzens ist nicht auf Membranwände beschränkt. Erfolgreich eingesetzt wurde das Verfahren auch schon bei der Beschichtung industrieller Armaturen und Antriebswellen sowie bei der Reparatur und Wiederaufbereitung gebrauchter Bauteile. Spindeln oder Dichtplatten, die infolge mechanischer Materialabträge Untermaß besitzen, lassen sich durch thermisches Laserspritzen ebenso problemlos instandsetzen wie Walzenzapfen oder Verschleißbuchsen.

Einsatz zahlreicher Beschichtungswerkstoffe möglich

Beim thermischen Laserspritzen können zahlreiche bekannte Beschichtungswerkstoffe wie zum Beispiel Inconel 625, Hastelloy C oder Stellite 21 verarbeitet werden. Die realisierten Antikorrosionsbeschichtungen vervielfachen die Lebensdauer einer Membranwand. Auch die nach jeder Kesselinstandsetzung durchgeführte Strahlreinigung stellt für die Beschichtung kein Problem dar. Kraftwerksbetreibern steht damit eine Beschichtungslösung zur Verfügung, die im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, technische Umsetzung und Betriebssicherheit neue Maßstäbe setzt.

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