Mit steigender Stromstärke nehmen Tiefe und Breite der Beschichtungsschicht zu, während deren Höhe abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die mit steigender Stromstärke erzeugte Wärme nicht nur das Beschichtungsmetall, sondern auch einen Teil des Substrats aufschmilzt. Dadurch vermischen sich Beschichtung und Substrat, was zu einem Absinken der gesamten Beschichtungsschicht führt. Dies bewirkt eine Zunahme der Schmelztiefe und eine Abnahme der Schichthöhe. Gleichzeitig wird der Plasmabogen mit steigender Stromstärke gröber, der Temperaturbereich der Wärmequelle vergrößert sich, und die Schmelze breitet sich im Substrat besser aus.
1.2 Die Wirkung vonSchweißenGeschwindigkeit beim Formen der geschmolzenen Hüllschicht

Tabelle 3.2 Querschnittsgeometrie der Schmelzschichten bei unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeiten

Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit verringert sich die Schmelztiefe der Plattierungsschicht. Die Schichthöhe nimmt zunächst stark ab und verringert sich dann langsam, während sich auch die Breite verringert. Bei einer Schweißgeschwindigkeit von 4 mm/s und einer gewissen Zunahme des Plattierungsmetalls beträgt die Schmelztiefe 1,17 mm. Zu diesem Zeitpunkt reicht die Wärmeeinbringung pro Längeneinheit nicht aus, um das Grundmaterial weiter aufzuschmelzen. Die Schmelzschicht baut sich weiter auf und erreicht eine Höhe von 4,34 mm. Steigt die Schweißgeschwindigkeit auf 5 mm/s, verringern sich die Wärmeeinbringung pro Längeneinheit und die Drahtzufuhr, wodurch sich Schmelztiefe, Schichthöhe und -breite weiter verringern. Bei weiterer Steigerung der Schweißgeschwindigkeit ist die Wärmeeinbringung, wie bereits erwähnt, unzureichend, sodass nur ein kleiner Teil des Grundmaterials aufschmelzen kann. Die Schmelzschichthöhe nimmt zunächst stark ab und verringert sich dann langsam, während sich auch die Breite verringert. Wenn die Schweißgeschwindigkeit weiter zunimmt, ist, wie oben erwähnt, die Wärmeeinbringung zu diesem Zeitpunkt unzureichend, nur ein kleiner Teil des Grundmaterials kann aufgeschmolzen werden, die Schmelzplattierungsschicht scheint nicht durchzuhängen, was zu einer größeren Verringerung der Schmelztiefe führt, während die Schichthöhe weniger stark reduziert wird.

1.3 Einfluss der Drahtvorschubgeschwindigkeit auf die Formgebung der Plattierungsschicht

Tabelle 3.3 Geometrische Abmessungen des Querschnitts der Plattierungsschicht bei unterschiedlichen Drahtvorschubgeschwindigkeiten.

Mit steigender Drahtvorschubgeschwindigkeit verringern sich Tiefe und Breite der Plattierungsschicht, während die Schichthöhe zunimmt. Dies liegt daran, dass bei konstantem Strom und konstanter Schweißgeschwindigkeit die Wärmeeinbringung pro Längeneinheit konstant ist. Mit zunehmender Drahtvorschubgeschwindigkeit steigt die Menge des zugeführten Schweißdrahts pro Längeneinheit, wodurch das Plattierungsmetall mehr Wärme aufnehmen muss. Reicht die Wärmeeinbringung nicht aus, um die gesamte Plattierungsschicht vollständig aufzuschmelzen, schmilzt der Grundwerkstoff weniger stark. Dadurch verringert sich die Schmelztiefe, die Schichthöhe nimmt zu und die Ausbreitungsfähigkeit des Plattierungsmetalls nahe am Grundwerkstoff verschlechtert sich, was zu einer rapiden Verringerung der Schichtbreite führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die effektiven Prozessparameter für das Plasma-Lichtbogen-Auftragschweißen von Duplex-Edelstahl 2205 im Bereich von 90 A bis 110 A liegen. Die Schweißgeschwindigkeit beträgt 4 mm/s bis 6 mm/s, die Drahtvorschubgeschwindigkeit 50 mm/s bis 70 mm/s und die Ionengasflussrate 1,5 l/min.
2. Optimierung der Prozessparameter für die Schmelzplattierungsschichtbildung mittels Response-Surface-Methode
Die Response-Surface-Methode (RSM) kombiniert Versuchsplanung und statistische Optimierungsverfahren. Durch die Analyse von Testdaten lassen sich Einflussfaktoren, Antwortwerte, Anpassungsfunktionen und dreidimensionale Oberflächenkarten ableiten. Diese visualisieren anschaulich die Zusammenhänge zwischen den Testergebnissen und ermöglichen Vorhersagen und Optimierungen. Aus diesen Gründen wurde die RSM im zentralen Verbunddesign (CCD) zur Entwicklung eines Prozessoptimierungsprogramms eingesetzt. Ziel war es, den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Schweißgeschwindigkeit, Drahtvorschubgeschwindigkeit und dem Aufschmelzungsgrad sowie dem Aspektverhältnis der Schmelzschicht zu untersuchen. Mithilfe mathematischer Modelle, die aus den Prozessparametern und dem Aufschmelzungsgrad sowie dem Aspektverhältnis abgeleitet wurden, konnte die Qualität der Schmelzschicht vorhergesagt werden.

2.1 Der Einfluss von Prozessparametern auf den Verdünnungsgrad der Deckschicht.

Tabelle 3.8 Ergebnisse und Verifizierung der Prozessoptimierung