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WO2009143819A1 - Verfahren zur reparatur von einkristallinen hochdruckturbinenschaufeln durch diffusionslöten - Google Patents

Verfahren zur reparatur von einkristallinen hochdruckturbinenschaufeln durch diffusionslöten Download PDF

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WO2009143819A1
WO2009143819A1 PCT/DE2009/000722 DE2009000722W WO2009143819A1 WO 2009143819 A1 WO2009143819 A1 WO 2009143819A1 DE 2009000722 W DE2009000722 W DE 2009000722W WO 2009143819 A1 WO2009143819 A1 WO 2009143819A1
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Karl-Hermann Richter
Dieter Schneefeld
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/607—Monocrystallinity

Definitions

  • the present invention relates to a repair method for high pressure single crystalline turbine blades by means of diffusion soldering according to the preamble of claim 1.
  • HDT blades Damage to turbine blades, in particular high-pressure turbine blades (hereinafter referred to as HDT blades) nowadays do not necessarily lead to the total replacement of the relevant rotor or stator, but can also be partially repaired sustainably even in the case of a blisk construction. This is done essentially by cutting off a damaged blade at a certain point and fitting a suitable replacement blade by means of a joining process.
  • DE 10 2006 033 799 discloses a method for repairing HDT blades by exchanging at least part of the blade profile, which comprises the following steps:
  • a. Making a replacement bucket part as a casting, b. Cutting off the damaged area of the turbine blade with a standard cutting plane leaving a residual bucket blade, c. Adjusting the replacement bucket part to the actual geometry of the remainder bucket blade and d. Joining the replacement bucket part with the remainder bucket blade by combined brazing, in particular high-temperature brazing and welding, in particular beam welding joining.
  • the object of the present invention is to provide a method for repairing turbine blades, in particular of monocrystalline HDT blades by diffusion soldering, which avoids the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • the repairability of damaged HDT blades is to be increased and thus the reject rate reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a residual vane and above a matching spare part
  • Fig. 2 shows the remainder of the blade with the associated spare part
  • Fig. 3 is a plan view of the sectional plane of a residual airfoil.
  • a residual blade 2 is shown in the lower part, which has already been freed from a damaged blade tip part.
  • the illustrated turbine blade 1 or the turbine blade stub 2 is a single-crystalline high-pressure turbine blade, whose upper blade tip part is based on structural mechanics as well as geometrically
  • Boundary conditions was separated along a standardized cutting plane, wherein the resulting separation surface 8 was subjected to a subsequent grinding process.
  • the turbine blade 1 is generally hollow, with webs 5 being present in its interior, by means of which chambers 6 are formed.
  • each replacement blade part 3 is connected to the actual geometry of the residual 2, ie the outer contour 4 of the remainder blade 2 coincides with the outer contour of the replacement blade part 3.
  • a plurality of replacement blade parts 3 are provided by a casting manufacturing process.
  • each replacement part 3 usually has an allowance on the blade 4 as well as on the inner contour 5 in order to be able to finally compensate for geometric tolerances.
  • the replacement bucket part 3 is usually made with up or oversize on the inner and outer contour, as already stated above.
  • the oversize must be selected such that all or most of the real actual contours can be covered at the surface of the remaining airfoil sheet 2 to be grouted.
  • the separation surface 8 of the residual to be repaired Blade 2 is usually done visually, possibly by a scan or Einscannvorgang and a downstream image processing.
  • the replacement part 3 can then be adapted individually to the corresponding contact surface, preferably by a micro-milling process.
  • Spare part 3 preferably by means of image processing.
  • a classification of the airfoil 1 to be repaired with respect to its crystallographic orientation preferably takes place by applying a so-called Laue measurement.
  • "Matching" here means that the secondary and primary orientation of the replacement part 3 and the remaining blade 2 differ by at most ⁇ 0. In any case, ⁇ 0 must be smaller than a large-angle grain boundary, with ⁇ 0 typically being less than 10 °. Otherwise, a drastic decrease in strength would result.
  • a joining process for the joining of the selected replacement part 3 by preferential diffusion soldering to the remainder blade 2 takes place. In this case, preference is given to using a NiCrB solder foil having a film thickness of 25 to 100 ⁇ m, the B concentration being greater than 3% (wt. and the B x Cr concentration (wt .-%) is greater than 40%.
  • soldering temperature is generally maintained during diffusion soldering until the solder solidifies at soldering temperature due to diffusion between the base material and the liquid solder.
  • a big advantage here is the increased reflow or release temperature of the solder joint.
  • such a compound is mechanically resilient even at temperatures above the soldering temperature.
  • the diffusion soldering process is carried out in two stages, wherein in the first stage the temperature level is at least 100K above the liquidus temperature of the solder material and wherein the temperature level in the second stage is at least 2OK above the liquidus temperature of the solder material.
  • the process time, in which the first temperature level prevails should be between 10 and 60 minutes and the process time, in which the second temperature level is present, be between 240 and 1200 minutes.
  • the method is provided to carry out the diffusion soldering process within the framework of a one-stage process in which the temperature level is at least 80K above the liquidus temperature of the solder material used and the process time is set between 360 and 1200 minutes.
  • a boriding method is used for providing a diffusion-solderable composition (chemical) in regions of the separating surface 8 which are close to the surface. Subsequently, the repair process is continued with the diffusion soldering process.
  • PVD physical vapor deposition
  • the material to be deposited is applied in solid form (result) in a preferably evacuated coating chamber on the release surface.
  • the target material is vaporized by bombardment with laser beams, magnetically deflected ions or electrons and by arc discharge. The vaporized or atomized material moves through the chamber, either ballistically or by electric fields, and strikes the separating surface to be coated, where it eventually forms layers due to deposition.
  • the diffusion soldering process is preferably carried out by inductive diffusion soldering, whereby the strength properties on the highly loaded blade root are prevented from being reduced.
  • the entire airfoil could be separated above the blade root and replaced by a replacement airfoil.
  • the parting plane below the platform is provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von einkristallinen Turbinenschaufeln vorzugsweise einer Hochdruckturbinenstufe durch Austausch eines Schaufelteils mit den Verfahrensschritten - Abtrennen des beschädigten Teils der Turbinenschaufel (1) mit standardisierter Schnittebene (8) am Restschaufelblatt (2), - Herstellen von Ersatzteilen mit Aufmaß, - Auswählen eines geeigneten Ersatzteils (3) entsprechend der erfassten kristallografischen Orientierung am Restschaufelblatt (2), - Anpassen des ausgewählten Ersatzteils (3) an die Ist-Geometrie des Restschaufelblatts (2) und - Fügen des Ersatzteils (3) mit dem Restschaufelblatt durch (2) Diffusionslöten.

Description

Verfahren zur Reparatur von einkristallinen Hochdruckturbinenschaufeln durch
Diffusionslδten
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für einkristalline Hochdruckturbinenschaufeln mittels Diffusionslöten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schäden an Turbinenschaufeln, insbesondere Hochdruckturbinenschaufeln (nachfolgend als HDT-Schaufeln bezeichnet) führen heutzutage nicht notwendigerweise zum Gesamtaustausch des betreffenden Rotors oder Stators, sondern können nachhaltig auch im Fall einer Blisk-Konstruktion partiell repariert werden. Dies erfolgt im wesentlichen dadurch, dass eine beschädigte Schaufel an einer bestimmten Stelle abgeschnitten und eine passende Ersatzschaufel durch ein Fügeverfahren angesetzt wird.
Aufgrund der Anforderungen an die Verbindungsqualität kommen als Verfahren zum Fügen eines solchen Ersatzteils vorzugsweise Diffusionsverbindungen (Lötverbindungen) sowie Strahlschweißverbindungen, wie bspw. durch Lichtbogenschweißen oder SB-Schweißen erzeugte Verbindungen, in Frage. Derartige Verfahren weisen jedoch grundsätzlich Nachteile auf. So können bspw. beim Strahlschweißen nicht die inneren Wände einer Schaufel verbunden werden.
An dieser Stelle ist daraufhinzuweisen, dass im Fall einer „full-repair" die Anzahl der Risse an der Konkav- und Konvexseite einer HDT-Schaufel begrenzt (auf z.B. jeweils
2). Wird diese Anzahl überschritten, dann ist das Bauteil als Ausschuss zu deklarieren, wobei es sich hierbei um ein Hochkostenbauteil handelt. Die US 2005/0091848 Al beschreibt daher bereits ein Verfahren zum Herstellen und Reparieren allgemein von Turbinenschaufeln. Dabei umfasst dieses bekannte Verfahren zum Reparieren von Turbinenschaufeln das Entfernen der Schaufelspitzenkappe und eines Abschnitts des Schaufeiprofils von der Turbinenschaufel, um eine Reparaturfläche an dem Schaufelprofil zu bilden. Daraufhin wird eine Ersatzschaufelspitze hergestellt, die eine Austauschschaufelspitze sowie einen Austauschschaufelabschnitt aufweist, die an die zu reparierende Oberfläche angepasst sind. Schließlich wird der Austauschspitzenabschnitt mit der Reparaturfläche verbunden. Die Verbindung zwischen dem Austauschteil und der Reparaturfläche erfolgt dabei entweder durch thermisches oder durch thermomechanisches Diffusionsverbinden, mittels Hochtemperaturlöten oder Schweißen. Auch hier werden jedoch die vorstehend genannten Nachteile der Verbindung des Austauschteils mit der Reparaturfläche nicht vermieden.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2006 033 799 ein Verfahren zur Reparatur von HDT- Schaufeln durch Austauschen zumindest eines Teils des Schaufelprofils bekannt, welches die folgenden Schritte aufweist:
a. Herstellen eines Austauschschaufelteils als Gussteil, b. Abtrennen des beschädigten Bereichs der Turbinenschaufel mit standardisierter Schnittebene, wobei ein Restschaufelblatt verbleibt, c. Anpassen des Austauschschaufelteils an die Ist-Geometrie des Restschaufelblatts und d. Fügen des Austauschschaufelteils mit dem Restschaufelblatt durch kombiniertes Löten, insbesondere Hochtemperaturlöten und Schweißen, insbesondere Strahlschweißverbinden.
Obgleich die allgemeine Vorgehensweise für das Reparieren einer bestätigten Turbinenschaufel zumindest aus der zuletzt genannten Druckschrift per se bekannt ist, existieren eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten bezüglich der anzulegenden Temperatur beim Hochtemperaturlöten, der Lötzeit, des Abkühlprozesses und dgl., deren Unkenntnis in der Vergangenheit nach wie vor zu einem erhöhten Ausschuss bei den zu reparierenden Bauteilen geführt hat. Angesichts dieser Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Reparatur von Turbinenschaufeln, insbesondere von einkristallinen HDT-Schaufeln durch Diffusionslöten bereit zu stellen, welches die eingangs genannten Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll die Reparierbarkeit von beschädigten HDT-Schaufeln erhöht und damit die Ausschussrate verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Reparaturverfahren mit den Verfahrensschritten gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens sind dabei Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Restschaufelblatts und darüber ein passendes Ersatzteil,
Fig. 2 das Restschaufelblatt mit dem damit verbundenen Ersatzteil und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Schnittebene eines Restschaufelblatts.
In der Fig. 1 ist im unteren Bereich ein Restschaufelblatt 2 dargestellt, welches bereits von einem beschädigten Schaufelspitzenteil befreit wurde. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der dargestellten Turbinenschaufel 1 bzw. dem Turbinenschaufelstumpf 2 um eine einkristalline Hochdruckturbinenschaufel, deren oberes Schaufelspitzenteil auf der Basis strukturmechanischer sowie geometrischer
Randbedingungen entlang einer standardisierten Schnittebene abgetrennt wurde, wobei die hierbei entstehende Trennfläche 8 einem anschließenden Schleifprozess unterzogen wurde. Wie ferner aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist die Turbinenschaufel 1 in der Regel hohl ausgebildet, wobei in ihrem Inneren Stege 5 vorhanden sind, mittels denen Kammern 6 ausgebildet werden.
Oberhalb des Restschaufelblatts 2 ist ein Austauschschaufelteil 3 mit Schaufelspitze 7 dargestellt. Das Austauschschaufelteil 3 ist dabei an die Ist-Geometrie des Restschau- felblatts 2 angepasst, d.h. die Außenkontur 4 des Restschaufelblatts 2 stimmt mit der Außenkontur des Austauschschaufelteils 3 überein. Vorzugsweise werden eine Mehrzahl von Austauschschaufelteilen 3 (auch der Einfachheit halber Ersatzteile bezeichnet) durch ein gießtechnisches Herstellungsverfahren bereitgestellt. Weiter vorzugsweise hat jedes Ersatzteil 3 in der Regel ein Aufmaß am Schaufelblatt 4 sowie an der Innenkontur 5, um geometrische Toleranzen abschließend ausgleichen zu können.
Insofern lassen sich die vorstehend beschriebenen, vorbereitenden Reparaturschritte einer in Fig. 1 beispielhaft gezeigten HDT-Schaufel 1 durch Austausch eines beschädig- ten Schaufelteils wie folgt zusammenfassen:
a. Abtrennen des oberen beschädigten Teils der HDT-Schaufel 1 auf der Basis strukturmechanischer sowie geometrischer Randbedingungen entsprechend einer standardisierten Schnittebene sowie anschließendes Schleifen der Trennflä- che 8. b. Gießtechnisches Herstellen von entsprechenden Ersatzteilen 3 mit vorbestimmtem Aufmaß am Schaufelblatt 4 sowie ggf. an der Innenkontur 5 für einen nachträglichen Ausgleich von geometrischen Toleranzen.
Insbesondere durch den Betrieb einer Hochdruckturbinenschaufel im Triebwerk kann nämlich die Soll-Kontur erheblich von der Ist-Kontur der zu reparierenden Turbinenschaufel abweichen. Daher ist das Austauschschaufelteil 3 in der Regel mit Auf- bzw. Übermaß an der Innen- und Außenkontur hergestellt, wie dies vorstehend bereits ausgeführt wurde. Dabei muss das Übermaß derart gewählt werden, dass alle bzw. die meis- ten der realen Ist-Konturen an der zu fugenden Fläche des Restschaufelblatts 2 abgedeckt werden können. Nach entsprechender Anpassung des Austauschschaufelteils 3 an die Ist-Kontur des Restschaufelblatts 2 insbesondere unter Beachtung, dass keine sprungartigen Änderungen der Innen- und Außenkontur entstehen, erfolgen erst die nächsten erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, wie sie nachfolgend beschrieben wer- den.
Um ein möglichst rissfreies Ansetzen des Ersatzteils 3 an das Restschaufelblatt 2 zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Trennfläche 8 des zu reparierenden Rest- Schaufelblatts 2 exakt auszumessen. Dies erfolgt in der Regel visuell, ggf. durch einen Abtast- bzw. Einscannvorgang und einer nachgeschalteten Bildverarbeitung. Entsprechend diesen geometrischen Informationen lässt sich dann das Ersatzteil 3 an der entsprechenden Kontaktfläche vorzugsweise durch einen Mikrofräsvorgang individuell anpassen.
Die weiteren Reparaturschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich demnach wie folgt zusammenfassen:
c. Messen der Trennfläche 8 des zu reparierenden Rest-Schaufelblatts 2 und des
Ersatzteils 3 vorzugsweise mittels Bildverarbeitung. d. Anpassen des Ersatzteils 3 durch (bevorzugter Weise) Mikrofräsen.
Parallel bzw. im Vorfelde zu den Verfahrensschritten c. und d. erfolgt erfindungsgemäß eine Klassifizierung des zu reparierenden Schaufelblatts 1 bezüglich seiner kristallogra- fischen Orientierung bevorzugt durch Anwendung einer sog. Laue-Messung. Auf der Basis dieser Messergebnisse wird ein passendes Ersatzteil 5 aus den im Verfahrensschritt b. hergestellten Ersatzteilen ausgewählt. "Passend" bedeutet hier, dass sich die Sekundär- und Primärorientierung des Ersatzteils 3 und des Restschaufelblatts 2 um höchstens Δ0 unterscheiden. Δ0 muss in jedem Fall kleiner sein als eine Großwinkelkorngrenze, wobei typischerweise Δ0 kleiner als 10° ist. Andernfalls würde sich eine drastische Abnahme der Festigkeit ergeben. Schließlich erfolgt ein Fügeprozess für das Fügen des ausgewählten Ersatzteils 3 durch vorzugsweises Diffusionslöten an das Restschaufelblatt 2. Hierbei findet bevorzugt eine NiCrB-Lötfolie mit einer Foliendicke von 25 bis lOOμm Verwendung, wobei die B-Konzentration größer als 3% (Gew.-%) sowie die B x Cr-Konzentration (Gew.-%) größer als 40% ist.
D.h., dass das erfindungsgemäße Reparaturverfahren folgende abschließende Reparaturschritte vorsieht:
e. Klassifizierung des zu reparierenden Schaufelblatts 1 bezüglich seiner kristal- lografischen Orientierung vorzugsweise durch eine Laue-Messung. f. Klassifizierung der hergestellten Ersatzteile bezüglich ihrer jeweiligen kristal- lografischen Orientierung vorzugsweise durch eine Laue-Messung. g. Auswahl des passenden Ersatzteils 3 bezüglich seiner Sekundär- und Primärorientierung derart, dass das Δ0 gemäß vorstehender Definition in einem Bereich von 1° bis 10° liegt. h. Fügen des ausgewählten Ersatzteils 3 vorzugsweise durch Diffusionslöten vorzugsweise unter Verwendung einer NiCrB-Lötfolie mit vorstehend angegebener Dicke und Zusammensetzung.
An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass bei einem konventionellen Löten das flüssige Lötgut durch Wärmeabfuhr unterkühlt wird, wobei eine thermische Erstarrung (Bindung) entsteht. Im Gegensatz zum konventionellen Löten wird beim Diffusionslöten im Allgemeinen die Löttemperatur solange gehalten, bis durch Diffusion zwischen Grundwerkstoff und flüssigem Lot das Lotgut bei Löttemperatur erstarrt. Ein großer Vorteil ist hierbei die erhöhte Wiederaufschmelz- oder Auslösetemperatur der Lötverbindung. Damit wird eine derartige Verbindung auch bei Temperaturen oberhalb der Löttemperatur mechanisch belastbar.
Entscheidend für das Verringern der Bauteilausschussrate ist demzufolge der zuletzt durchzuführende Fügeprozess durch Diffusionslöten. Dieser Diffusionslötprozess kann erfindungsgemäß auf zwei Arten durchgeführt werden:
Gemäß einer ersten Verfahrensvariante der vorliegenden Erfindung wird der Diffusionslötprozess zweistufig durchgeführt, wobei in der ersten Stufe das Temperaturniveau mindestens 100K oberhalb der Liquidiustemperatur des Lotwerkstoffes liegt und wobei das Temperaturniveau in der zweiten Stufe mindestens 2OK über der Liquidiustemperatur des Lotwerkstoffs liegt. Darüber hinaus soll die Prozesszeit, in der das erste Temperaturniveau vorherrscht, zwischen 10 und 60 Minuten liegen und die Prozesszeit, in der das zweite Temperaturniveau vorliegt, zwischen 240 und 1200 Minuten liegen.
Alternativ hierzu ist es gemäß einer zweiten bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen, den Diffusionslötprozess im Rahmen eines einstufigen Prozesses durchzuführen, bei welchen das Temperaturniveau mindestens 80K oberhalb der Liquidiustemperatur des verwendeten Lotwerkstoffes liegt und die Prozesszeit zwischen 360 und 1200 Minuten festgelegt wird.
Im nachfolgenden werden noch einige Abwandlungen des Erfindungsgegenstands be- schrieben, welche sich auf einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens beziehen. Alle übrigen, vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte bleiben jedoch auch für die Abwandlungen gleich.
Gemäß einer ersten Abwandlung wird anstelle der Verwendung der vorstehend be- schriebenen Lotfolie ein Borierverfahren zur Bereitstellung einer diffusionslötfähigen Zusammensetzung (chemische) in oberflächennahen Bereichen der Trennfläche 8 angewendet. Anschließend wird das Reparaturverfahren mit dem Diffusionslötprozess weitergeführt.
Gemäß einer weiteren Abwandlung ist es vorgesehen, die Trennfläche am Ersatzteil 3 durch eine sog. physikalische Gasphasenabscheidung (nachfolgend als PVD bezeichnet) zu beschichten. Hierfür wird das abzuscheidende Material in fester Form (Ergebnis) in einer vorzugsweise evakuierten Beschichtungskammer auf die Trennfläche aufgebracht. Zu diesem Zweck wird beispielsweise durch den Beschuss mit Laserstrahlen, magne- tisch abgelenkten Ionen oder Elektronen sowie durch Lichtbogenentladung das Zielmaterial verdampft. Das verdampfte oder zerstäubte Material bewegt sich entweder ballistisch oder durch elektrische Felder geführt durch die Kammer und trifft dabei auf die zu beschichtende Trennfläche auf, wo es schließlich zur Schichtbildung durch Ablagerung kommt.
Schließlich wird gemäß einer weiteren Abwandlung der Diffusionslötprozess vorzugsweise durch induktives Diffusionslöten ausgeführt, wodurch verhindert wird, dass die Festigkeitseigenschaften am hoch belasteten Schaufelfuß reduziert werden.
Prinzipiell könnte auch - was in den Figuren gezeigt ist - das gesamte Schaufelblatt oberhalb des Schaufelfußes abgetrennt und durch ein Ersatz-Schaufelblatt ersetzt werden. Dabei ist insbesondere die Trennebene unterhalb der Plattform vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reparatur von einkristallinen Turbinenschaufeln ( 1 ) vorzugsweise einer Hochdruckturbinenstufe durch Austausch eines Schaufelteils mit den folgenden Verfahrensschritten:
- Abtrennen des beschädigten Teils der Turbinenschaufel ( 1 ) mit standardisierter Schnittebene (8) am Restschaufelblatt (2),
- Herstellen von Ersatzteilen mit Aufmaß vorzugsweise durch einen Gieß- prozess, - Auswählen eines geeigneten Ersatzteils (3) entsprechend der erfassten kristallografischen Orientierung am Restschaufelblatt (2),
- Anpassen des ausgewählten Ersatzteils (3) an die Ist-Geometrie des Restschaufelblatts (2) vorzugsweise durch Mikrofräsen und
- Fügen des Ersatzteils (3) mit dem Restschaufelblatt (2) durch Diffusions- löten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des geeigneten Ersatzteils (3) so erfolgt, dass sich die Sekundär- und Primärorientierung zwischen dem ausgewählten Ersatzteil (3) und dem Restschaufelblatt (2) um höchstens eine Winkeldifferenz Δ0 unterscheiden, wobei Δ0 kleiner ist als eine Großwinkelkorngrenze und vorzugsweise kleiner als 10° ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionslöten zweistufig durchgeführt wird, wobei in der ersten Stu- fe das Temperaturniveau mindestens 100K oberhalb der Liquidiustemperatur des verwendeten Lotwerkstoffes liegt und wobei das Temperaturniveau in der zweiten Stufe mindestens 2OK über der Liquidiustemperatur des verwendeten Lotwerkstoffs liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszeit, in der das erste Temperaturniveau vorherrscht, zwischen 10min und 60min liegt und die Prozesszeit, in der das zweite Temperaturniveau vorliegt, zwischen 240min und 1200min liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionslöten als ein einstufiger Prozess durchgeführt wird, bei welchen das Temperaturniveau mindestens 80K oberhalb der Liquidiustemperatur des verwendeten Lotwerkstoffes liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszeit zwischen 360min und 1200min festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Klassifizieren der hergestellten Ersatzteile bezüglich ihrer jeweiligen kristallografischen Orientierung vorzugsweise durch eine Laue- Messung.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Klassifizierung des zu reparierenden Schaufelblatts (1) bezüglich seiner kristallografischen Orientierung vorzugsweise durch eine Laue-Messung.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
Messen der Trennfläche (8) des zu reparierenden
Restschaufelblatts (2) und der Kontaktfläche des
Ersatzteils (3) vorzugsweise mittels Bildverarbeitung.
PCT/DE2009/000722 2008-05-29 2009-05-26 Verfahren zur reparatur von einkristallinen hochdruckturbinenschaufeln durch diffusionslöten Ceased WO2009143819A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9574447B2 (en) 2013-09-11 2017-02-21 General Electric Company Modification process and modified article
US10995619B2 (en) 2017-05-26 2021-05-04 General Electric Company Airfoil and method of fabricating same
CN119115433A (zh) * 2024-09-27 2024-12-13 国营川西机器厂 一种航空发动机高压涡轮导向叶片拼焊修复方法
US12296421B2 (en) 2014-08-05 2025-05-13 Energy Recovery, Inc. Systems and methods for repairing fluid handling equipment

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH704616A1 (de) * 2011-03-07 2012-09-14 Alstom Technology Ltd Turbomaschinen-Bauteil.
EP3047103B1 (de) * 2013-09-17 2020-09-30 United Technologies Corporation Turbinenschaufeln und herstellungsverfahren
DE102014224410A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Siemens Aktiengesellschaft SX-Reparatur mittels AM-Coupon

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5822852A (en) * 1997-07-14 1998-10-20 General Electric Company Method for replacing blade tips of directionally solidified and single crystal turbine blades
EP1231010A1 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Siemens Westinghouse Power Corporation Wiederherstellen von Turbinenblättern und Turbinenschaufeln mit einer Verbindung in einer vorübergehenden flüssigen Phase
EP1258545A1 (de) * 2001-05-14 2002-11-20 ALSTOM (Switzerland) Ltd Verfahren zum isothermischen Hartlöten von einkristallinen Gegenständen
EP1424158A1 (de) * 2002-11-29 2004-06-02 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Herstellung, Modifizierung oder Reparatur von einkristallinen oder gerichtet erstarrten Körpern
US20050087584A1 (en) * 2003-10-23 2005-04-28 Siemens Westinghouse Power Corporation Transient liquid phase bonding to cold-worked surfaces
US20050091848A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Nenov Krassimir P. Turbine blade and a method of manufacturing and repairing a turbine blade
WO2008009267A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-24 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur reparatur von turbinenschaufeln

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5269057A (en) * 1991-12-24 1993-12-14 Freedom Forge Corporation Method of making replacement airfoil components
DE19642980C1 (de) * 1996-10-18 1998-08-13 Mtu Muenchen Gmbh Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen von Verdichter- und Turbinenschaufel
AU1900699A (en) * 1997-10-27 1999-05-17 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine blades made from multiple single crystal cast superalloy segments
DE10319494A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur und/oder Modifikation von Bauteilen einer Gasturbine
DE102005002609A1 (de) * 2005-01-20 2006-08-03 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur von Turbinenlaufschaufeln

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5822852A (en) * 1997-07-14 1998-10-20 General Electric Company Method for replacing blade tips of directionally solidified and single crystal turbine blades
EP1231010A1 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Siemens Westinghouse Power Corporation Wiederherstellen von Turbinenblättern und Turbinenschaufeln mit einer Verbindung in einer vorübergehenden flüssigen Phase
EP1258545A1 (de) * 2001-05-14 2002-11-20 ALSTOM (Switzerland) Ltd Verfahren zum isothermischen Hartlöten von einkristallinen Gegenständen
EP1424158A1 (de) * 2002-11-29 2004-06-02 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Herstellung, Modifizierung oder Reparatur von einkristallinen oder gerichtet erstarrten Körpern
US20050087584A1 (en) * 2003-10-23 2005-04-28 Siemens Westinghouse Power Corporation Transient liquid phase bonding to cold-worked surfaces
US20050091848A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Nenov Krassimir P. Turbine blade and a method of manufacturing and repairing a turbine blade
WO2008009267A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-24 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur reparatur von turbinenschaufeln

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9574447B2 (en) 2013-09-11 2017-02-21 General Electric Company Modification process and modified article
US12296421B2 (en) 2014-08-05 2025-05-13 Energy Recovery, Inc. Systems and methods for repairing fluid handling equipment
US10995619B2 (en) 2017-05-26 2021-05-04 General Electric Company Airfoil and method of fabricating same
CN119115433A (zh) * 2024-09-27 2024-12-13 国营川西机器厂 一种航空发动机高压涡轮导向叶片拼焊修复方法

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