Laserschweißen von Drähten Additiv hergestellter Pelton-Schaufel

Unter den verschiedenen Arten von Turbinen, die derzeit zur Erzeugung von Wasserkraft eingesetzt werden, ist die Pelton-Turbine eine der komplexesten und faszinierendsten Konstruktionen. (Foto 1: Pelton-Turbine).

Die Schaufeln werden stark beansprucht, und ihre komplizierte Form ist ein Schlüsselfaktor für einen optimalen Wirkungsgrad des Kraftwerks.

Übliche Methoden zur Herstellung einer Pelton Turbine

Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Pelton Turbine herzustellen. In den meisten Fällen wird dieser Turbinentyp vollständig maschinell bearbeitet, ausgehend von einer riesigen geschmiedeten Scheibe aus Edelstahlen CA6NM, was mit einem großen Materialverlust verbunden ist.

Bei größeren Turbinen können Schaufelköpfe durch Verschweißen mit der vorbearbeiteten geschmiedeten Scheibe hinzugefügt werden. Dieses Herstellungsverfahren verringert den Verlust an Rohmaterial, erhöht jedoch die Komplexität des Produktionsprozesses aufgrund der erforderlichen Präzision bei der Anwendung des Fügeverfahrens.

Die additive Fertigung bietet Möglichkeiten zur Verbesserung der Produktionsmethoden.

Der 3D-Metalldruck setzt sich in der Industrie immer mehr durch. Diese neue Technologie hat sich nicht nur dank einer kontinuierlichen Weiterentwicklung der Schweißverfahren (Laser, Lichtbogen usw.), sondern auch der Schweißzusatzwerkstoffe durchgesetzt. Sie ermöglicht die Herstellung von Teilen durch Hinzufügen von Material, das den erwarteten Endmaßen so nahe wie möglich kommt, selbst bei sehr komplexen Geometrien.

Diese neue Produktionsmethode ist ein Wendepunkt. Die Hersteller können wettbewerbsfähiger werden, indem sie die Produktionskosten und die Vorlaufzeiten drastisch senken, was wiederum zu neuen Geschäftsmöglichkeiten führt.

Der Einsatz der additiven Fertigung mit Lichtbogenschweißen (WAAM) wurde bereits erfolgreich für die Produktion einer Pelton-Turbine eingesetzt. Im Jahr 2019 hat das ANDRITZ-Hydro-Werk in Ravensburg die Schaufeln einer 5020 mm langen Pelton-Turbine erfolgreich mit der MicroGuss™ -Technologie hergestellt, aber der Einsatz der additiven Fertigung mit Drahtlaser ist eine Weltneuheit.

Weltweit erste mit Laserschweißen additiv hergestellte Pelton-Schaufel

IREPA LASER und Welding Alloys haben ihr Wissen und ihre Fähigkeiten kombiniert, um einen Pelton-Schaufel mit der AMFREE Laser-Draht-Technologie herzustellen. (Foto 2: Überblick über den WLAM Pelton-Schaufel).

Einzigartige Fertigungstechnologie

Das additive Laserschweißen von Drähten wurde von IREPA LASER mit einer speziellen Roboterzelle durchgeführt. In dieses Produktionswerkzeug ist die AMFREE Laser-Multi-Draht-Technologie integriert, die das gleichzeitige Schmelzen mehrerer Drähte ermöglicht, was zu einer erheblichen Steigerung der Hochchromhaltigen Legierung führt und gleichzeitig eine optimale Stabilität des Prozesses gewährleistet.

Bei der Herstellung des Pelton-Schaufels wurde jede der Lagen nach einer speziellen Methode gefertigt. Beginnend mit der Konturierung der Form (um eine glatte Außenfläche zu gewährleisten), gefolgt von der Füllung der Form (um eine hervorragende Kompaktheit zu gewährleisten).

(Foto 3: Pelton-Schaufel wird mit einem Mehrdraht-Laserschweißkopf hergestellt)

Der fertige Schaufel ist 360 mm hoch, 340 mm breit und hat eine Tiefe von 170 mm.

Für die Herstellung dieses 61 kg schweren Schaufels mit einer durchschnittlichen Abschmelzleistung von 5-6 kg/h wurden 14 Stunden benötigt, wobei ein Metallpulverfülldraht mit 1,2 mm Durchmesser verwendet wurde. Jüngste Entwicklungen deuten bereits darauf hin, dass es möglich wäre, bis zu 8 kg/h zu erreichen.

Hochwertige Fülldrähte

Welding Alloys verfügt über ein umfassendes Angebot an weichen martensitischen Edelstahldrähten (13%Cr-4%Ni) für die Wasserkraft-Industrie. In diesem Fallbeispiel haben wir unseren Draht CHROMECORE M 410NiMo-G ø1,2 mm verwendet.

Die Verwendung von Fülldrähten bietet zahlreiche Vorteile für die additive Fertigung:

• Ein Fülldraht besteht aus einem mit Metallpulvern gefüllten Rohrmantel, der es ermöglicht, die Chemie je nach Kundenwunsch anzupassen.
• Die Flexibilität bei der Herstellung von Fülldrähten ist sehr groß; es ist möglich, nur 15 kg Draht auf einer einzigen Spule zu liefern, bis hin zu mehreren Tonnen.
• Die Verwendung eines Fülldrahtes erhöht die Produktivität, da die Querschnittsfläche klein ist und der Fülldraht daher schneller schmilzt als ein Massivdraht.
• Durch die weiche Verschmelzung dieses Drahtes kommt es zu einer sehr geringen Spritzerbildung und einer optimalen Drahtführung.

Bei extremer Beanspruchung und damit vorzeitigem Verschleiß ist es auch möglich, mit unserem CAVITALLOY-Draht eine hochchromhaltige Legierung in die Innenfläche des Schaufels einzubringen, um eine bessere Verschleißbeständigkeit gegenüber Kavitation zu erreichen.

Das Schweißgut ist eine hochchromhaltige Legierung mit Chrom, Kobalt, Mangan, Silizium und Stickstoff, die speziell entwickelt wurde, um extremer Kavitation und Erosion zu widerstehen.

Der Einsatz von hochwertigen Welding Alloys Fülldrähten in Kombination mit AMFREE Laser-Draht-Fertigungslösungen bietet der Wasserkraft-Industrie aufregende neue Chancen und Möglichkeiten.

Sehen Sie sich das Video zur Herstellung dieses Pelton-Schaufels an