Innovative Verfahren

Question 1

Ordnen Sie den nachfolgenden Schichtdickenbereichen jeweils typische Beschichtungsverfahren zu und nennen Sie jeweils ein typisches Beispiel eines Beschichtungswerkstoffs: − 0,5-5 µm − 100 - 500 µm − 0,5 - 10 mm

Answer 1

CVD/PECVD: 0,5-5 µm: Titan für PECVD
Flammspritzen: 100-500 µm: Molybdän
Lichtbogenspritzen: 0,5 -10 mm: Wolframcarbid

Question 2

Erkläre Beschichtbarkeit

Answer 2

Beschichtbarkeit ist das kriterium das erfüllt werden muss um beschichtung aufzubauen basiert auf den 3 Säulen

Beschichtungseignung -> Werkstoffauswahl
Beschichtungssicherheit ->Schichtauslegeung
Beschichtungsmöglichkeit -> Technologische Aspekte

Question 3

Welche Arten von Haftungsmechanismen existieren? Nennen Sie jeweils ein Beispiel

Answer 3

Stoffschluss: Auftragsschweißen
Formschluss: Thermisches Spritzen
Kraftschluss: Thermisches Spritzen

Schweißen – Schmelzbad durchmischt sich metallurgische Anbindung
TS – Haftung aufgrund von Adhäsion und mechanischer Verklammerung

Adhäsion nur ohne Trennschicht (dreck) möglich

Oberflächen müssen gereinigt sein

Question 4

Vergleichen Sie das Auftragschweißen und das Thermische Spritzen in Bezug auf die Art der Schichtanbindung. Nennen Sie Vor- und Nachteile der jeweiligen Art der Schichtanbindung

Answer 4

AS:
Prozess: Schmelzen des Werkstücks und des Zusatzmaterials durch Schweißbrenner oder Lichtbogen
Schichtdicken: Relativ dicke Schichten können aufgetragen werden
Schichtqualität: Sehr hohe Haftfestigkeit zwischen Schicht und Substrat möglich

Metallurgisch – Kompatibilität muss vorhanden sein gute haftfestigkeit
Schichtdicke ist i.d.R 10 höher als beim TS
Mögliche Veränderung der Werkstückeigenschaften durch die Wärmeeinwirkung während des Schweißprozesses

TS:
Prozess: Schmelzen oder Erweichen von Spritzmaterialien durch Plasma, Lichtbogen, Flamme oder Hochgeschwindigkeitsgasstrahlen
Schichtdicken: In der Regel dünnere Schichten als beim Auftragschweißen
Schichtqualität: Gute Haftfestigkeit zwischen Schicht und Substrat, aber weniger stark als beim Auftragschweißen

Adhäsion: Materialen können vielseitiger sein – Haftfestigkeit ist geringer
Hohe Flexibilität bei der Auswahl verschiedener Beschichtungswerkstoffe
Mögliche Delaminierung oder Absplitterung der Beschichtung bei mechanischer Beanspruchung

Question 5

Ergänzen Sie das Schema zum Zweck des Schweißens mit den fehlenden Begriffen

Answer 5

Verbinden - Auftragen

Panzern Puffern Plattieren

Question 6

Nennen Sie 4 Arten von Lieferformen von Schweißzusatzwerkstoffen

Answer 6

Schweißdraht
Fülldraht
Füllstab
Bandelektrode

Question 7

Was sind die Vorteile von Fülldrähten? Welche Drahtdesigns existieren?

Answer 7

Bestimmte Legierungszusammensetzungen können nicht in Drahtform überführt werden durch Füllmaterialen ist dies Möglich, zudem ist ein größeres Werkstoffportfolio abbildbar mit verschiedenen Füllungen

• Schnur
• Keramischer Stab

Question 8

Welche Prozessgase werden beim Autogenen Auftragschweißen von
Stahl typischerweise verwendet

Answer 8

Acetylen
Erdgas
Propan

Question 9

Warum muss Acetylen in speziellen Flaschen transportiert werden?

Answer 9

Acetylen würde sich sonst selbststänige zerfallen und erwärmen, wenn über 20 bar. Daher muss acetylen in poröser kunststoffmasse gefüllt werd

Question 10

Welche Bedingungen müssen vorliegen, damit ein Werkstoff mittels autogenem Brennschneiden getrennt werden kann

Answer 10

• Metall muss brennbar sein
• Entzündungstemp. Muss unter der Schmelztemp. Liegen (Sonst fließt Material zu früh weg)
• Verbrennungswärme muss möglichst hoch sein
• Der Schmelzpunkt des Metalloxids muss niedriger als Verbrennungstemp des Metalls sein
• Wärmeleitfähigkeit des metalls sollte nicht zu hoch sein

Question 11

Nennen Sie 3 Verfahren um einen Schweißlichtbogen zu zünden

Answer 11

• Kontaktzündung
• Kurzschlusszündung mit Zündpille
• Hochfrequenzzündung

Question 12

13 Nennen Sie ein typisches Schweißverfahren beim dem eine Stromquelle mit stark fallender/flach falllender U-I-Kennlinie verwendet wird

Answer 12

Steilfallende: Handschweißen
Flachfallende: MIG/MAG Schweißen

Question 13

Welche Funktion hat die Elektrodenumhüllung beim E-Hand-Schweißen?

Answer 13

Bildung einer Schuztgasglocke Schlacke – Abkühlgeschwindigkeit wird herabgesetzt oxidation wird verhindert – Pulverzulegierung ist möglich

Question 14

Welche Funktion hat das Schweißpulver beim UP-Schweißen?

Answer 14

Mechanischer Schutz der Schweißkaverne – verringert Schweißgas
Erhöhung der Ausbringung
Verbresserung der Leitfähigkeit

Question 15

Nennen Sie die typische Lichtbogenart beim MAG-Schweißen mit reinem
CO2 / beim MAG-Schweißen mit Ar-reichen Mischgasen im hohen
Leistungsbereich.

Answer 15

Kurzlichtbogen: Ar, CO2, Mischgas
Langlichtbogen: CO2, CO2-reiche Mischgase
Sprühlichtbogen: Ar, Ar-reiche Mischgase

Question 16

Warum ist der Übergangslichtbogen zu vermeiden?

Answer 16

Sehr viele Spritzer

Question 17

Nennen Sie zwei Vorteile des Kurzlichtbogens beim MIG/MAGSchweißen

Answer 17

Zwangslagen
Relativ Prozessischerer Betrieb
Geringe Spritzerbildung
Geringe Wärmeeinflusszone

Question 18

Was bedeutet die Abkürzung PTA-Schweißen?

Answer 18

Plasma transferred Arc Plasma-Pulver-Auftragschweißen

Question 19

Ordnen Sie folgende Schweißtechnologien hinsichtlich Ihrer Leistungsdichte (aufsteigend): Gasschmelzschweißen, WIG, Plasma, cwLaser, Pulslaser.

Answer 19

Gasschmelzschweißen, WIG, Plasma, cwLaser, Pulslaser.

Question 20

Nennen Sie vier sinnvolle Arbeitsschutzmaßnahmen beim
Lichtbogenschweißen.

Answer 20

• Abluft
• Atemschutz
• Schweißvisier
• Sicherheitsschuhe
• Thermische Schutzhandschuhe

Question 21

Nennen Sie 4 typische Anwendungsbeispiele für
Auftragschweißschichten

Answer 21

• Extruder
• Bohrkronen
• Baggerschaufeln
• Industriemesser

Question 22

Nennen Sie drei typische Industrielaserarten und den jeweils typischen
Wellenlängenlängenbereich.

Answer 22

Dioden-Laser: 0,8 µm
Nd:yak-Laser: 1,06 µm
C02-Laser (hochinfrarot 10,6 µm)

Question 23

Warum weisen Diodenlaser eine relative schlechte Strahlqualität auf?

Answer 23

Laser agieieren im hohen Leistungsbereich Halbleiter halten nur relativ geringe temperaturen aus um die 150° Grad Celsisus. Aufgrund dessen können die Strahlqualität nicht so gut werden

Question 24

Wie können die Absorptionseigenschaften von Oberflächen für
Laserstrahlung verbessert werden

Answer 24

• Verringerung der Reflektion der Oberfläche bsp. Dunkle Farbe

Question 25

Nennen Sie drei Varianten zur räumlichen Manipulation von
Laserstrahlung, um diese von der Strahlquelle zum Arbeitsort zu
bringen bzw. den Vorschub zu realisieren

Answer 25

• Planarspiegel
• Hohlspiegel
• Scanneroptiken
• Lichtleitfaser

Question 26

Nennen Sie 2 Methoden zur Kurzpulserzeugung bei Festkörperlasern

Answer 26

Güteschaltung
Modenkopplung

Question 27

Beschreiben Sie das Prinzip des Laser-Shot-Peenings? Welche Effekte
werden dadurch im Material hervorgerufen?

Answer 27

An oberfläche wird dünnerwasserfilm erzeugt dieser wird verdampft mit knall führt zur änderung bis plastischer Verformung

Dreifache Einwirktiefe im Vergleich zu
Kugelstrahlen
(Stahl ca. 1 mm, Aluminiumleg. Ca. 2,5 mm)
* Weniger kritische Temperaturbelastung

Question 28

Ab welcher Laserleistung (Laserlicht im sichtbaren Bereich) ist die
Strahlung gefährlich für das menschliche Auge (Laserschutzklasse 3A)

Answer 28

50 milliwatt

Question 29

Diskutieren Sie die Vor- und Nachteile einer EB-Anlage im Vergleich zu
einem Lasersystem (vergleichbare Leistungsklasse)

Answer 29

Laser Schlechte Absortion an der Oberfläche
Elektronenstrahl wird zu 100 Absorbiert
ESBverzug kann minimiert
EB fokussierbarkeit ist deutlich günstiger
EB relativ teuer
EB oxidationsfreie saubere Oberfläche
EB Stumpfstoßschweißen hohe dicken möglichen

Question 30

Nennen Sie vier typische Gefügebestandteile oder -fehler von
Spritzschichten

Answer 30

• Poren
• Einschlüsse
• Oxidphasen
• Risse
• Ausscheidungen
• Spritzraue Oberfläche

Question 31

Nennen Sie 4 unterschiedliche Spritzverfahren

Answer 31

Lichtbogen
Plasama
Laser
Kaltgas

Question 32

Wie wirkt sich ein erhöhte Partikelgeschwindigkeit beim Thermischen
Spritzen in der Regel auf die Schichtqualität aus (2 Effekte nennen)?

Answer 32

Erhöhte Haftfestigkeit
Geringer Porosität

Question 33

Nennen Sie zwei Vorteile des Plasmaspritzens im Vakuum (VPS)
gegenüber APS

Answer 33

• Keine oxidation – bessere Schichtqualität
• Gas kann effizienter Beschleunigt werden
• Keine verunreinigungen

Question 34

Welches Spritzverfahren würden Sie für folgende Beschichtungsaufgabe
wählen? Bitte begründen Sie Ihre Antwort:
− Spritzverzinken eines Brückengeländers
− Keramikbeschichtung einer Papierwalze
− Hartmetallbeschichtung eines Gleitlagers

Answer 34

− Spritzverzinken eines Brückengeländers: drahtflammspritzen
− Keramikbeschichtung einer Papierwalze: Audtragsplasmaspritzeb
− Hartmetallbeschichtung eines Gleitlagers: Vakuumps

Question 35

Welche Brennstoffe können beim HVOF-Verfahren eingesetzt werden

Answer 35

• Ethen
• Acethylen
• Kerosin
• Ethanol

Question 36

Wie werden Oberflächen vor dem Thermischen Spritzen vorbearbeitet,
um die Schichthaftung zu verbessern? (3 Verfahren bzw. Prozessschritte
nennen)?

Answer 36

Reinigung: Die Oberfläche des Substrats wird gründlich gereinigt, um Schmutz, Fett, Öl, Rost, Farbschichten und andere Verunreinigungen zu entfernen. Dies kann durch mechanische Methoden wie Bürsten oder Strahlen mit abrasiven Materialien oder chemische Methoden wie Lösungsmittelreinigung oder Beizen erfolgen.

Aufrauen: Die Oberfläche wird aufgeraut, um die Adhäsion der Spritzschicht zu verbessern. Dies kann durch Sandstrahlen, Kugelstrahlen oder chemisches Ätzen erreicht werden, um eine rauere Oberflächenstruktur zu erzeugen.

Vorheizen: Das Substrat kann vor dem Spritzvorgang leicht vorgewärmt werden. Dies ermöglicht eine bessere Benetzung und Haftung der Spritzmaterialien auf der Oberfläche. Die genaue Vorwärmtemperatur hängt von den Materialien und dem Spritzverfahren ab.

Question 37

Ein Keramikspritzschicht (konventionelle APS-gespritzt) soll in feuchter
Atmosphäre zum kombinierten Verschleiß- und Korrosionsschutz
eingesetzt werden. Welche Art der Schichtnachbehandlung wäre
sinnvoll?

Answer 37

• Versieglung mit organischen Material (bsp. Kleber

Question 38

Nennen und beschreiben Sie 3 unterschiedliche Kontrastierungsarten
bei der Bildentstehung im Lichtmikroskop

Answer 38

Phasenkontrast - Hellfeldabbildung

Dunkelfeldabbildung ermöglicht starken
Topografiekontrast

Interferenzkontrast
* Aufspaltung in 2 kohärente, seitlich versetzte
Teilstrahlen und Zusammenführung der
reflektierten Anteile

Question 39

Was ist bei der Porositätsmessung an Spritzschichten mittels digitaler
Bildanalyse zu beachten, um eine hohe Messsicherheit zu erreichen

Answer 39

Es sollten stets Referenzproben mit getestet werden

Question 40

Beschreiben Sie das Verfahren der Haftzugfestigkeitsprüfung nach DIN
EN 582

Answer 40

• Das Verfahren umfasst die Anbringung eines Prüfkörpers, z.B. eines Dorns oder Rings, auf die Beschichtungsoberfläche.
• Mithilfe einer Prüfmaschine wird eine Zugkraft auf den Prüfkörper ausgeübt, um die Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat zu messen.
• Die Zugkraft wird schrittweise erhöht, bis die Beschichtung vom Substrat abgetrennt wird.

Question 41

Was ist beim Kleben und Einspannen der Proben zu beachten
(Haftzugfestigkeitsprüfung) -> Fehlerdiskussion

Answer 41

Kleber darf nicht infiltrieren
* Kleber sollte keine „Brücke“ bilden
* Proben müssen fluchtend in einer Achse liegen
* Einspannung mit Kreuz- / Kugelgelenk