PTA-Verfahren: Plasma-Pulver-Auftragschweißen im Verschleißschutz
Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA): Einschnürung durch Plasmadüse, bis zu 10 kg/h Aufbaurate, geringe Aufmischung (< 5 %), Verschleißpanzerung mit Stellite und Wolframkarbiden.
Das Plasma-Pulver-Auftragschweißen (Plasma Transferred Arc, PTA) ist ein thermisches Beschichtungsverfahren mit extrem hoher Leistungsdichte. Ein durch eine wassergekühlte Kupferdüse stark eingeschnürter Plasmabogen schmilzt die Substratoberfläche lokal auf, während metallische Pulver koaxial zugeführt werden. Durch die hohe Temperatur des Plasmastrahls (bis zu 20.000 K) schmelzen selbst Refraktärmetalle und hochlegierte Hartstoffe prozesssicher auf. Gegenüber konventionellem Lichtbogenschweißen reduziert PTA die Aufmischung mit dem Grundwerkstoff auf unter 5 %.
- Einschnürung des Lichtbogens sichert Aufmischungsgrade von unter 5 % bei erstklassiger metallurgischer Anbindung.
- Verarbeitet kostengünstige, grobe Metallpulver (50 - 180 µm) aus Stellite, Colmonoy und Wolframkarbid.
- Erreicht Schichtdicken von 1.5 bis 5 mm in einem einzigen Arbeitsgang bei Aufbauraten bis 8 kg/h.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kriterium | PTA (Plasma-Pulver) | Laser-DED (Pulver) | WIG-Auftragschweißen |
|---|---|---|---|
| Wärmequelle | Eingeschnürter Plasmabogen | Fokussierter Laserstrahl | Freier WIG-Lichtbogen |
| Aufmischung | Gering (5 - 8 %) | Sehr gering (3 - 6 %) | Hoch (15 - 25 %) |
| Aufbaurate | 3 - 8 kg/h | 0.5 - 2.5 kg/h | 1 - 2 kg/h |
| Investitionskosten | 80.000 - 180.000 € | 300.000 - 800.000 € | 25.000 - 60.000 € |
| Hartstoff-Einbettung | Sehr gut (WC/Co unzersetzt) | Exzellent | Mittelmäßig (Überhitzungsgefahr) |
Brennerarchitektur und Gaskomponenten
Ein PTA-Brenner arbeitet mit drei getrennten Gasströmen: Das Plasmagas (hochgradig ionisiertes Argon) speist den Plasmastrahl; das Fördergas transportiert das Pulver in das Schmelzbad; das Schutzgas (Argon-Wasserstoff-Gemisch) schirmt das flüssige Schweißgut gegen Luftsauerstoff ab. Diese Trennung erlaubt die unabhängige Steuerung von Energie und Massenstrom.
Verarbeitung von Kobaltbasis-Legierungen (Stellite)
Stellite-Legierungen (z. B. Stellite 6, Stellite 12) bieten außergewöhnliche Warmhärte, Korrosions- und Kavitationsbeständigkeit. Mit PTA aufgetragene Stellite-Schichten auf Ventilsitzen von Großdieselmotoren oder Kraftwerksarmaturen zeigen ein feindendritisches Erstarrungsgefüge mit minimalem Eiseneintrag aus dem Grundkörper.
Automatisierung und Standzeitverlängerung
In Verbindung mit Drehvorrichtungen und 2-Achs-Manipulatoren wird PTA vollautomatisiert für Extruderschnecken, Bohrgestänge der Ölindustrie und Mahlwalzen eingesetzt. Die Standzeiten von Komponenten steigen um den Faktor 3 bis 8 gegenüber ungepanzerten Teilen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Worin unterscheidet sich PTA vom Laserauftragschweißen?
Können Risse beim Abkühlen vermieden werden?
Welche Pulverpartikelgröße ist erforderlich?
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