Ölplattform im Meer, Bild: O.R. Lasertechnologie

Dank additiver Fertigungsverfahren sind Sensoren langlebiger - gute Voraussetzungen für den Einsatz in der Öl- und Gasindustrie. Bild: O.R. Lasertechnologie

Industriesensoren sind empfindliche Bauteile. Ihre Aufgabe besteht darin, präzise, dauerhaft und zuverlässig Temperaturen, Durchfluss und Druck zum Beispiel 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 Million 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.

Direct Metal Deposition

Laserschweißanlage EVO Mobile, Bild: O.R. Lasertechnologie
Die Laserschweißanlage EVO Mobile verlängert den Einsatz von Sensoren deutlich. Bild: O.R. Lasertechnologie

Das Pulverauftragschweißen, auch bekannt als DMD (direct metal deposition), bietet mit der innovativen Pulverdüse der Firma O.R. Lasertechnologie die Möglichkeit, den Einsatz der Sensoren deutlich zu verlängern. Die kompakte Laserschweißanlage EVO Mobile eignet sich vor allem für Verschleißschutz, Reparatur und Designänderung. Das System arbeitet mit geringen Laserleistungen ab 200W, stellt jedoch, dank seiner Auftragsrate von bis zu 5000 mm³/h, die Lösung für eine Vielzahl von Applikationen dar. Das macht die Anlage hocheffizient bei gleichzeitig niedrigen Anschaffungskosten.

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.

Homogene Qualität

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 200µm 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 werden und, sofern erforderlich, auch in drei Dimensionen "wachsen" kann. Die Laserparameter können auch noch während des Prozesses an geänderte Verhältnisse angepasst werden.

Pulverdüse, Bild: O.R. Lasertechnologie
Beim additiven Pulverauftragschweißen werden die Sensoren mit einer Hartlegierung auf Cobalt-Chrom-Basis beschichtet und damit dauerhaft gegen Verschleiß geschützt. Bild: O.R. Lasertechnologie

Um Oxidationen und winzige Blasenbildung zu verhindern, läuft der Vorgang unterSchutzgasatmosphäre mit dem Edelgas Argon ab. Das Ergebnis ist eine neuwertige Qualität der Bauteile, eine poren- und rissfeste Veredelung, endkonturnah und sauber. Der Sensor selbst wird bei diesem "minimal-invasiven" Verfahren kaum beeinflusst, seine Verschleißbeständigkeit jedoch erheblich verbessert.

Das Team der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei O.R. Lasertechnologie entwickelte in einjähriger Forschungsarbeit gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut die hocheffiziente, leicht installierbare Pulverdüse, die mit hoher Wiederholgenauigkeit und Automatisierbarkeit arbeitet. "Wir sind stolz darauf, mit unserem additiven Laserverfahren die Haltbarkeit der Sensoren zu verbessern und damit die Sicherheit in der Gas- und Ölindustrie zu erhöhen", ssagt Markus Wolf, Leiter Forschung und Entwicklung bei OR Laser. Die Anlagen werden komplett in Deutschland gefertigt, die Düse ist die erste Anlagenerweiterung ihrer Art, die eine Kombination von Draht- und Pulverauftragschweißen ermöglicht.

Passende Steuerungskonzepte

Softwarelösung Orlas Suite, Bild: O.R. Lasertechnologie
Über die CAD/CAM-Softwarelösung Orlas Suite kann die Ausrichtung der Laserbahnen exakt gesteuert werden. Bild: O.R. Lasertechnologie

Neben Laserschweißsystemen werden bei OR Laser auch die passenden Steuerungskonzepte entwickelt. So kann über die CAD/CAM Softwarelösung ORLAS SUITE die Strategie auch für komplexe Geometrien programmiert und die Ausrichtung der Laserbahnen µ-genau gesteuert werden. Als Zusatzkomponente ist eine Drehachse für das Einspannen des Werkstücks erhältlich, die eine volle 5-Achs CNC Bearbeitung ermöglicht und mit der das Potenzial der additiven Lasertechnologie voll ausgeschöpft werden kann. hei