Ergebnisse von Verschleiß- und Härteprüfung in Abhängigkeit des Zusatzwerkstoffs © TU Ilmenau

Entscheidend war neben der Wahl zielführender Schweißparameter (wie Schweißgeschwindigkeit, -kennlinie und Drahtvorschubgeschwindigkeit), die Schweißstrategie und vor allem auch die Kühlstrategie. Um möglichst kurze Fertigungszeiten zu realisieren, wurde ein kontinuierlicher Auftrag mit einem Raupenüberlapp von 33 % favorisiert, sodass Nebenzeiten durch Abkühlpausen vermieden werden. Um dennoch ein Abtropfen der Schmelze durch einen zu hohen Wärmeeintrag zu vermeiden und die für den Zusatzwerkstoff geeigneten Zwischenlagentemperaturen einzustellen, wurden verschiedene Kühlstrategien basierend auf Druckluft untersucht. Als zielführend erwies sich eine Kühlung des Rohres von innen. Auf diese Weise konnte eine ununterbrochene Schutzgasabdeckung gewährleistet und somit eine möglichst gleichmäßige Oberfläche erzielt werden. Zur Bestimmung der Endkonturnähe wurde optische 3D-Messtechnik eingesetzt, mit deren Hilfe Abweichungen von der Sollgeometrie sichtbar gemacht werden können (siehe Abbildung 2, rechts). Für die Bohrgestänge wurde ein Zylinder mit einem Durchmesser von 82 mm (entspricht dem Neuzustand) als Zielgeometrie definiert, wobei Abweichungen von bis zu ± 1 mm durch den Raupenauftrag toleriert werden.

Endkonturnähe eines aufgeschweißten Rohrabschnittes © TU Ilmenau

Im letzten Schritt erfolgte die Übertragung der Ergebnisse aus dem Labor der Fertigungstechnik der TU Ilmenau auf die Anlage vor Ort bei der H & E Bohrtechnik GmbH. Während die Schweißparameter aufgrund vergleichbarer Anlagentechnik übernommen werden konnten, war bedingt in den größeren Abmessungen eine veränderte Wärmeableitung zu erwarten. Nach Anpassung des Volumenstroms der inneren Luftkühlung konnte die Endkonturnähe ebenso wie im Labor mit minimalen Abweichungen erreicht werden.

Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse des Forschungsprojektes „AddBohr“, dass lokal verschlissene Bohrgestänge durch additive Aufarbeitung nicht nur in einen mit neuwertigen Gestängen vergleichbaren Zustand versetzt werden können, sondern dass auf diese Weise zusätzlich eine verschleißfestere Oberfläche generierbar ist. Es ist dementsprechend zu erwarten, dass aufgearbeitete Gestänge in der praktischen Nutzung eine verlängerte Lebensdauer zeigen. Zukünftig plant die H & E Bohrtechnik GmbH weitere Optimierungsschritte im Hinblick auf Prozess und Logistik, sodass langfristig die Erweiterung des bestehenden Dienstleistungsportfolios um die Aufarbeitung von externen Bohrgestängen geplant ist.
Gefördert wird das Forschungsprojekt im Programm „KMU-innovativ“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter den Förderkennzeichen 02P19K580 / 02P19K581.