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DE19630703A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierungen

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DE19630703A1
DE19630703A1 DE19630703A DE19630703A DE19630703A1 DE 19630703 A1 DE19630703 A1 DE 19630703A1 DE 19630703 A DE19630703 A DE 19630703A DE 19630703 A DE19630703 A DE 19630703A DE 19630703 A1 DE19630703 A1 DE 19630703A1
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Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierungen, wobei an ein zu reparierendes Bauteil ein Repa­ raturteil angeschweißt wird.
Bei Verschleiß unterworfenen Bauteilen aus Ni-Basis-Legierungen, wie Schaufeln von Turbo-Maschinen und insbesondere Turbinenlaufschaufeln besteht ein fortlau­ fender Bedarf nach Erneuerung der Bauteile nach Verschleiß. Aus Rentabilitäts­ gründen wird diese Erneuerung häufig auf dem Wege von Reparatur durch An­ schweißen von Reparaturteilen an das verschlissene Bauteil anstelle durch voll­ ständigen Austausch des Bauteils, etwa einer Turbinenlaufschaufel vorgenommen.
Ni-Basis-Legierungen, ein häufig zur Herstellung von Turbinenlaufschaufeln ver­ wendetes Material, gilt als schwer oder gar nicht schweißbar, so daß die Reparatur von Bauteilen, insbesondere von Turbinenlaufschaufeln aus diesem Material pro­ blematisch ist. Dies umso mehr, als daß an derartige Bauteile höchste Anforderun­ gen hinsichtlich der Festigkeit und Zuverlässigkeit der vorgenommenen Reparatur­ maßnahme, also etwa der Schweißverbindung zwischen dem Bauteil und dem an­ geschweißten Reparaturteil gestellt werden.
Bisher wird das Reparaturschweißen von Ni-Legierungen mittels EB-, Laser-, WIG- oder Plasmaschweißen unter gleichzeitiger Vorwärmung der zu schweißen­ den Teile vorgenommen, wenn überhaupt. Bei den heute üblichen Reparatur­ schweißverfahren wird beispielsweise die Spitze einer Turbinenlaufschaufel bei großen Abmessungen in mehreren Bahnen und Lagen aufgeschweißt. Da eine nachträgliche Angleichung an das Blattprofil notwendig ist, muß dabei mit großen Raupen gearbeitet werden. Die Vorgehensweise ist umständlich und unpraktisch.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtung zum Reparatur­ schweißen von Teilen aus Superlegierungen, insbesondere Ni-Basis-Legierungen anzugeben, mit deren Hilfe das Reparaturschweißen einfach und praktisch durch­ führbar ist.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch das Verfahren mit den im Anspruch I angegebenen Merkmalen gelöst.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Reparaturschweißen geschaffen, bei dem an ein zu reparierendes Bauteil ein Reparaturteil angeschweißt wird, enthal­ tend die Verfahrensschritte,
  • (a) daß das zu reparierende Bauteil in thermischem Kontakt mit dem induktiv durchströmbaren Suszeptor angeordnet wird,
  • (b) daß ein an das zu reparierende Bauteil angepaßtes Reparaturteil an das zu reparierende Bauteil angesetzt wird,
  • (c) daß das zu reparierende Bauteil und/oder das Reparaturteil durch induktive Erwärmung des Suszeptors vorgewärmt wird, und
  • (d) daß das Reparaturteil an das zu reparierende Bauteil angeschweißt wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß auf einfache Weise eine zuverlässige Reparaturschweißung von Teilen aus Superlegierungen, insbesondere Ni-Basis-Legierungen vorgenommen werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß vor, während und nach dem Schweißen eine exakte Wärmeführung erreichbar ist und somit Diskontinuitäten im Temperaturverlauf und entsprechend negative Auswir­ kung auf das Bauteilgefüge vermeidbar ist.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schweißen in Schrift (d) unter Zuführung von Schutzgas zur Schweißstelle vorgenommen.
Gemäß einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, daß in Schritt (a) das zu reparierende Bauteil in einem dieses umgebenden und an dessen Form angepaßten Suszeptor angeordnet wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist es vorgesehen, daß das zu reparierende Bauteil durch den Suszeptor gehalten wird.
Das Schweißen in Schritt (d) kann mittels EB-, Laser-, WIG- oder Plasmaschwei­ ßen erfolgen.
Vorzugsweise wird das Schweißen in Schritt (d) als Stichlochschweißen vorge­ nommen. Dies hat den Vorteil, daß das Schweißen ohne Schweißzusatz erfolgt, was den Schweißprozeß vereinfacht.
Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Reparieren von Turbinenlaufschaufeln, insbesondere von Strahltriebwerken.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird zur Reparatur von Turbinenlaufschaufeln, insbesondere solcher von Strähltriebwerken, ein vorgeformtes Reparaturteil verwendet, das einen an das Endprofil der Turbinenschaufel angepaßten Schlitz zur Aufnahme des Schaufelen­ des aufweist. Dies ermöglicht ein kostengünstiges Reparaturschweißen einer gro­ ßen Anzahl von Turbinenschaufeln mit gleicher hoher Qualität.
Vorzugsweise wird hierfür ein Reparaturteil verwendet, das eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist. Dies ist von Vorteil, weil es ein Schweißen mit kon­ stanten Schweißparametern im Material gewährleistet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, daß das angeschweißte Re­ paraturteil nach dem Schritt (d) durch Oberflächenbearbeitung an das Profil des zu reparierenden Bauteils angeglichen wird.
Vorrichtungsmäßig wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Repa­ raturschweißen mit den im Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierungen, mittels der an ein zu reparierendes Bauteil ein Repara­ turteil angeschweißt wird, geschaffen, enthaltend
  • - einen induktiv durchströmbaren Suszeptor, der das zu reparierende Bauteil thermisch kontaktiert,
  • - eine Einrichtung zur Erzeugung eines induktiven Flusses durch den Suszep­ tor,
  • - eine Schweißeinrichtung zum Verschweißen von zu reparierendem Bauteil und Reparaturteil.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß sie auf einfache Weise handhabbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß mit ihr Reparaturschweißungen mit gleichbleibend hoher Qualität und Zuverlässigkeit ausführbar sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Suszeptor das zu reparierende Bauteil umgibt und an dessen Form angepaßt ist, so daß ein guter thermischer Kontakt zwischen Bauteil und Suszeptor besteht, wobei der Be­ reich des zu reparierenden Bauteils, wo das Reparaturteil anzuschweißen ist, von dem Suszeptor freigelassen wird. Der Vorteil hiervon ist, daß das Bauteil durch den Suszeptor gleichmäßig vorgewärmt wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist es vorgesehen, daß der Suszeptor eine zweiteilige Form ist, die zur Aufnahme des zu reparierenden Bauteils geöffnet werden kann.
Die Einrichtung zur Erzeugung des induktiven Flusses ist vorzugsweise eine den Suszeptor umgebende Induktionswicklung.
Die Schweißeinrichtung ist vorzugsweise ein Schweißbrenner.
Die Schweißeinrichtung kann eine Einrichtung zum EB-, Laser-, WIG- oder Plas­ maschweißen sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgese­ hen, daß der Suszeptor eine der Schweißeinrichtung gegenüberliegende Anlageflä­ che für das zu reparierende Bauteil und/oder das Reparaturteil aufweist. Dies hat den Vorteil, daß das Bauteil im Bereich der Schweißstelle gut vorgewärmt wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Vorrichtung zwei gegenüberliegende, das zu reparierende Bauteil und das Repara­ turteil von zwei Seiten mit Energie beaufschlagende Schweißbrenner aufweist. Der Vorteil hiervon ist, daß innerhalb des Schweißbereichs praktisch einheitliche Schweißparameter vorliegen, so daß beste Schweißergebnisse erzielt werden. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß in dem Suszeptor ein oder mehrere Thermofühler zum Messen der Temperatur des zu re­ parierenden Bauteils angeordnet sind. Dies ist von Vorteil, da damit eine Vorwär­ mung des zu reparierenden Bauteils genau auf eine vorgegebene Temperatur mög­ lich ist, indem der induktive Fluß durch den Suszeptor entsprechend geregelt wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist es vorgesehen, daß die Vorrichtung Mittel zur Zuführung von Schutzgas zu der Schweißstelle aufweist.
Diese Mittel zur Zuführung von Schutzgas sind vorzugsweise durch in dem Sus­ zeptor vorgesehene Gaszuführungskanäle gebildet.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Turbinenlaufschaufeln, insbesondere von Strahltrieb­ werken.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Querschnitt von einer Vorrichtung zum Reparatur­ schweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.
In Fig. 1 bedeutet Bezugszeichen 1 ein zu reparierendes Bauteil, etwa eine Turbi­ nenlaufschaufel eines Strahltriebwerks, deren Profil in Fig. 2 ersichtlich ist. Das zu reparierende Bauteil 1 wird von einem Suszeptor 3 gehalten, der das zu reparieren­ de Bauteil 1 umgibt und an dessen Form angepaßt ist, so daß ein guter thermi­ scher Kontakt zwischen dem Bauteil 1 und dem Suszeptor 3 besteht. Der Suszep­ tor 3 besteht aus einem Material hoher magnetischer Suszeptibilität und ist von ei­ ner Einrichtung zur Erzeugung eines induktiven Flusses durch den Suszeptor 3 umgeben, die durch eine den Suszeptor 3 umgebende Induktionswicklung 5 gebil­ det ist. Zwischen der Induktionswicklung 5 und dem Suszeptor 3 ist eine Isolie­ rung 4 aus Keramikmaterial angeordnet, welche die Induktionswicklung 5 von dem Suszeptor 3 thermisch und elektrisch isoliert. Der Suszeptor 3 ist als eine zweiteilige Form ausgebildet, die zur Aufnahme des zu reparierenden Bauteils 1, also bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Turbinenlaufschaufel, geöffnet werden kann.
Innerhalb des Suszeptors 3 sind, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine Anzahl von Thermofühlern 7 angeordnet, welche an der Oberfläche der für die Aufnahme des Bauteils 1 vorgesehenen Aussparung angeordnet sind, so daß sie in thermischem Kontakt mit dem Bauteil 1 stehen. Die Thermofühler 7 dienen zum Messen der Temperatur des zu reparierenden Bauteils 1. Mittels der gemessenen Temperatur wird der Strom durch die Induktionswicklung 5 so geregelt, daß das Bauteil 1 im Bereich der vorzunehmenden Schweißung eine gewünschte vorgege­ bene Temperatur annimmt.
Der Suszeptor 3 weist an seinem dem zu reparierenden Ende des Bauteils 1 zuge­ wandten Seite eine Anlagefläche 3a auf, an welcher das an das Bauteil 1 anzu­ schweißende Reparaturteil 2 anliegt. Das Reparaturteil 2 ist ein vorgeformtes Teil, das einen an das Endprofil des zu reparierenden Bauteils 1 angepaßten Schlitz zur Aufnahme des Endes desselben aufweist. Im Bereich der Schweißstelle zwischen dem Bauteil 1 und dem Reparaturteil 2 befindet sich eine Schweißeinrichtung in Form eines Schweißbrenners 6.
In dem Suszeptor 3 sind Gaszuführungskanäle 8 ausgebildet, die zur Zuführung von Schutzgas in den Bereich der Schweißstelle zwischen dem Bauteil 1 und dem Reparaturteil 2 dienen.
Zum Anschweißen des Reparaturteils 2 an das Bauteil 1 wird zunächst das Bauteil 1 in dem Suszeptor 3 angeordnet, wobei es in einen engen thermischen Kontakt mit diesem gelangt. Dann wird das Reparaturteil 2 an das zu reparierende Bauteil 1 angesetzt. Durch Zuführung von elektrischem Strom zu der Induktionswicklung 5 wird der Suszeptor 3 von einem starken magnetischen Feld durchströmt, wo­ durch der Suszeptor 3 erwärmt wird. Das Erwärmen des Suszeptors wird über die mittels der Thermofühler 7 gemessene Temperatur geregelt. Bei Erreichen einer für den Schweißvorgang optimalen gewünschten vorgegebenen Temperatur wird unter gleichzeitiger Zuführung von Schutzgas durch die Schutzgaszuführungskanä­ le 8 das Reparaturteil 2 mittels des Schweißbrenners 6 an das Bauteil 1 ange­ schweißt.
Vorzugsweise erfolgt das Schweißen als Stichlochschweißen, so daß die Verwen­ dung eines Schweißzusatzes nicht erforderlich ist.
Das Reparaturteil hat eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke.
Das angeschweißte Reparaturteil wird dann durch Oberflächenbearbeitung an das Profil des zu reparierenden Bauteils angeglichen.

Claims (22)

1. Verfahren zum Reparaturschweißen von Teilen, aus Superlegierungen ins­ besondere Ni-Basis-Legierungen, bei dem an ein zu reparierendes Bauteil (1) ein Reparaturteil (2) angeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • (a) das zu reparierende Bauteil (1) in thermischem Kontakt mit einem induktiv durchströmbaren Suszeptor (3) angeordnet wird,
  • (b) ein an das zu reparierende Bauteil (1) angepaßtes Reparaturteil (2) an das zu reparierende Bauteil (1) angesetzt wird,
  • (c) das zu reparierende Bauteil (1) und/oder das Reparaturteil durch induktive Erwärmung des Suszeptors (3) vorgewärmt wird, und
  • (d) das Reparaturteil an das zu reparierende Bauteil (1) angeschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen in Schritt (d) unter Zuführung von Schutzgas zur Schweißstelle erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (a) das zu reparierende Bauteil (1) in einem dieses umgebenden und an dessen Form angepaßten Suszeptor (3) angeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reparierende Bauteil (1) durch den Suszeptor (3) gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen in Schritt (d) mittels EB-, Laser-, WIG- oder Plasmaschweißen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen in Schritt (d) als Stichlochschweißen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Reparieren von Turbinenschaufeln, insbesondere von Strahltriebwerken verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformtes Reparaturteil (2) verwendet wird, das einen an das Endprofil der Turbinen­ schaufel angepaßten Schlitz zur Aufnahme des Turbinenschaufelendes auf­ weist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reparaturteil eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das angeschweißte Reparaturteil nach dem Schritt (d) durch Oberflächen­ bearbeitung an das Profil des zu reparierenden Bauteils (1) angeglichen wird.
11. Vorrichtung zum Reparaturschweißen von Teilen aus Ni-Basis-Legierun­ gen, mittels der an ein zu reparierendes Bauteil (1) ein Reparaturteil (2) angeschweißt wird, gekennzeichnet durch
  • - einen induktiv durchströmbaren Suszeptor (3), der das zu reparie­ rende Bauteil (1) thermisch kontaktiert,
  • - eine Einrichtung (5) zur Erzeugung eines induktiven Flusses durch den Suszeptor (3),
  • - eine Schweißeinrichtung (6) zum Verschweißen von zu reparieren­ dem Bauteil (1) und Reparaturteil (2).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptor (3) das zu reparierende Bauteil (1) umgibt und an dessen Form angepaßt ist, so daß ein guter thermischer Kontakt zwischen Bauteil (1) und Suszep­ tor (3) besteht, wobei der Bereich des zu reparierenden Bauteils (1), wo das Reparaturteil (2) anzuschweißen ist, von dem Suszeptor (3) freigelassen wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptor (3) eine zweiteilige Form ist, die zur Aufnahme des zu reparierenden Bau­ teils (1) geöffnet werden kann.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5) zur Erzeugung des induktiven Flusses eine den Suszeptor (3) umgebende Induktionswicklung (5) ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinrichtung (6) ein Schweißbrenner ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinrichtung (6) eine Einrichtung zum EB-, Laser-, WIG- oder Plasmaschweißen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptor (3) eine der Schweißeinrichtung (6) gegenüberliegende Anlagefläche (3a) für das zu reparierende Bauteil (1) und/oder das Repara­ turteil (2) aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei gegenüberliegende, das zu reparierende Bauteil (1) und das Reparaturteil (2) von zwei Seiten beaufschlagende Schweiß­ brenner aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Suszeptor (3) ein oder mehrere Thermofühler (7) zum Messen der Temperatur des zu reparierenden Bauteils (1) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur Zuführung von Schutzgas zu der Schweiß­ stelle aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung von Schutzgas durch in dem Suszeptor vorgesehene Gaszufüh­ rungskanäle (8) gebildet sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Reparaturschweißen von Turbinenschaufeln, insbe­ sondere von Strahltriebwerken.
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