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Verfahren und Vorrichtung zur Verbindung von Lauf-und Leitschaufeln mit dem
Rotor bzw. Leitschaufelträgerteil sowie von Deckbändern, Deckplatten mit den Laufschaufeln, von Düsenringen, Labyrinthstreifen u. a. mit dem Leitschaufelträgerteil (bzw. Gehäuse) von Dampf-, Gas-und Entspannungsturbinen, Kompressoren,
Abgasturboladern, Ventilatoren, Gebläsen u. a. Turbomaschinen durch einen Schweissprozess
Moderne schnellaufende Turbomaschinen weisen ein sehr geringes spezifisches Leistungsgewicht auf.
Dem entsprechen kleine Abmessungen der verwendeten Bauteile, insbesondere gilt das für die Beschaufelung von Axialmaschinen.
Es ist dabei ein besonderes Problem, die Schaufeln mit dem Rotor bzw. dem Leitschaufelträger zu verbinden. Diese Fussbefestigung muss die Beanspruchungen, die durch das Strömungsmittel und durch die Fliehkraft ausgeübt werden, aufnehmen und einem gewissen Schwingungspegel standhalten können.
Es sind daher nur solche Verbindungen geeignet, die möglichst den gesamten Querschnitt des Schaufelprofils zur Übertragung der Fliehkraft und der ändern Lasten heranziehen und die gute Dauerfestigkeitseigenschaften ergeben. Die Fertigung der Schaufelprofile und der Fussbefestigungen im Rotor bzw. Leitschaufelträger muss daher sehr genau erfolgen, auch im Hinblick auf die gewünschten Ablenkungleigenschaften und die Strömungsquerschnitte der Schaufelgitter.
Die Schaufelprofile werden durch Profilfräsen, Kopierfräsen oder auch durch Ziehen von Profilstangen hergestellt, wobei die letztgenannte Fertigungsmethode besonders bei kleinen Profilsehnenlängen (10-20 mm) zweckmässig ist.
Es sind verschiedene Konstruktionen bekannt, die eine zweckmässige Fussbefestigung ergeben. Aus dem Vollen gefräste Schaufeln erhalten einen sogenannten Hammerkopffuss, der mit dem Blatt aus einem Stück gefräst wird, ebenso wie der sogenannte Tannenbaumfuss, Schaufeln, die aus gezogenen Profilstangen gefertigt sind, wird eine Fussverstärkung angestaucht. Die Schaufeln hängen dann über Zwischenstücke in den Tangentialnuten des Rotors.
Bei allen diesen Fussbefestigungen besteht der Nachteil der teuren und komplizierten Herstellung, da zur Erzielung der richtigen Strömungswinkel und Strömungsquerschnitte eine sehr exakte Bearbeitung der Schaufelbefesdgungen erforderlich ist. Ausserdem bestehen noch andere Nachteile. Zum Beispiel ist der Tannenbaumfuss nur zur Befestigung von Schaufeln an einer einzelnen Läuferscheibe, nicht aber für eine Läufertrommel geeignet.
Das gleiche gilt für die Fussbefestigung mittels Nieten bzw. axialer Konusbolzen. Andere Schau- felbefestigungskonstruktionen benötigen ein sogenanntes Schloss, um die letzte Schaufel eines Kranzes einfügen zu können. Dabei entstehen Teilungssprünge an der Schlossstelle, die strömungstechnisch von Nachteil sind. Ausserdem entstehen an der Schlossstelle Beanspruchungen des Materials, die oft beträchtlich über den Werten der Normalschaufelbefestigung liegen. Allgemein sind mechanische Fuss-
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befestigungen immer mit scharfen Querschnittsänderungen im Schaufelfuss und im Rotor versehen, die nur ungenügend mit Ausrundungen versehen werden können.
Dadurch entstehen hohe örtliche Spannungsspitzen und dementsprechend muss bei der Festigkeitsberechnung mit entsprechend hohen Kerbfaktoren gerechnet werden.
Um einen günstigen Verlauf der Spannungen zu erzielen und um die teure Fertigung der mechanischen Fussbefestigung zu vermeiden, wurde schon, wie z. B. durch die brit. Patentschriften Nr. 608. 201 und 656, 620 oder die deutsche Patentschrift Nr. 1026018 bekannt, Laufschaufeln am Rotor stumpf aufzu- schweissen, wobei sich aber verschiedene andere Nachteile ergaben. Es wurde z. B. bereits vorgeschlagen, Laufschaufeln, die mit ihrem Deckband und dem Fussteil aus dem Vollen gefräst sind, durch eine konventionelle Schweissnaht von beiden Seiten her an einer Laufradscheibe oder einem Scheibenansatz auf einer Trommel aufzuschweissen.
Es ist somit bei diesen Schweisskonstruktionen möglich, eine Scheibe oder einen Scheihenansatz auf einer Trommel mit Schaufeln zu bestücken, nicht aber, veine Trommel mit direkt aufeinanderfolgenden Schaufelreihen. Ausserdem muss das Schaufelblatt aus einem Stück mit. dem zu verschweissenden Fussteil gefertigt sein, so dass vorgefertigte Profilstangen nicht verwendet werden können.
Es könnte zwar bei einer konventionellen Schweissnaht theoretisch fast die gesamte Randfläche der Läuferscheibe zur Übertragung der Schaufelfliehkraft herangezogen werden, so dass in der Schweissverbindung wesentlich geringere Beanspruchungen des Materials als bei einer mechanischen Fussbefestigung auftreten. In der brit. Patentschrift Nr. 656, 620 erfolgt jedoch z. B. die Verschweissung nicht über den gesamten Profilquerschnitt, sondern nur über eine rechteckige Fläche in der Mitte des Profiles, wie die Fig. 7 dieser Patentschrift zeigt, vermutlich, weil befürchtet wird, dass die scharfen Kanten eines Gleich- druckschaufelprofiles nicht verschweisst werden können, sondern eher verbrennen würden.
Abgesehen davon wird bei der in dieser Patentschrift beschriebenen konventionellen Widerstandsschweissung zur relativen Positionierung der Schaufeln an der Scheibe ein am Fuss eingelegtes Band mit gestanzten Ausnehmungen vorgesehen, die während des Schweissvorganges die Schaufeln in der richtigen Lage halten, wobei die Profilkanten auf dem Band aufsitzen und damit die Eindringtiefe der Schaufeln begrenzen. Damit wird aber das Verschmieden der erhitzten Werkstücke verhindert und es entsteht in der Schweisszone ein Gefüge, das eher den Eigenschaften eines Gusses entspricht. Ausserdem besteht die Gefahr der Lunkerbildung in der Schweisszone. Es kann daher mit diesem Verfahren unmöglich eine hochwertige Schweissverbindung zustand gebracht werden.
Die Schweissverbindungen ermöglichen zwar allgemein einen guten Wärmeübergang zwischen Schaufelblatt und Rotorscheibe und damit eine gute Kühlung der Laufschaufeln. Für die konventionelle Schweissung selbst werden jedoch meist Massnahmen getroffen, um den Widerstand an der Schweissstelle zu erhöhen und die Wärmeableitung in den Rotor zu verhindern, um die notwendige Schweisstemperatur zu erhalten. Dies erfolgt z. B. gemäss der brit. Patentschrift Nr. 806201 durch Anfräsungen im Rotor.
Auch der zu verschweissende Schaufelfuss ist entsprechend vorgefertigt.
Bezüglich der Qualität der erzielten Schweissnaht wird diese Lösung kaum befriedigen können, da keine glatte Verbindung entsteht und es fraglich ist, ob alle Einkerbungen sicher verschmolzen werden und ob nicht Oxyd- und Schlackeneinschlüsse mitten in der Schweissnahtzone bestehen bleiben. Es ist daher zu erwarten, dass keine grosse Belastbarkeit durch Wechsellast möglich ist. Es wird daher allgemein bei konventionellen Schweissnähten versucht, wie dies z. B deutlich aus der Art der Befestigung gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 1026018 zu ersehen ist, die Schweissnaht nur auf Abscheren und nicht auf Zug oder Biegung zu beanspruchen.
Die Vor- und Nachbehandlung derartig komplizierter konventioneller Schweissnähte, insbesondere bei Verwendung hochlegierter Materialien, ist umständlich und teuer. Der gesamte Schaufelkranz und die Radscheibe müssen in einer Vorrichtung gehalten werden, da alle Schaufeln gleichzeitig aufgeschweisst werden müssen. Die Teile müssen auf eine günstige Temperatur vorgewärmt und während des ganzen Schweissprozesses auf dieser gehalten werden. Ausserdem können darartig starke V-Nähte nur in mehreren Lagen von Schweissmaterial, meist mit Unterpulverschweissung, aufgebracht werden, wobei nach Legen jeder einzelnen Schweissraupe die Schlackenschicht mechanisch zu entfernen ist (Ausstemmen, Schleifen), um der nächsten Schweissraupe gute Bindung zu ermöglichen.
Als weiterer Nachteil in bezug auf die metallurgischen Eigenschaften der Schweissnaht und der zu verbindenden Teile zeigt sich bei Anwendung der bekannten Schmelzschweissung ein starkes Kornwachstum, bedingt durch die verhältnismässig lange Einwirkzeit und die gleichzeitig innerhalb grosser Teile der zu verschweissenden Werkstücke vorhandenen Wirksamkeit des Schweissstromes. Die Schweisszone weist dadurch eine deutliche Gefügeverschlechterung auf, wobei es auch bei hochlegierten Stählen
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zu einer ausserordentlich nachteiligen Ausscheidung von Chromkarbiden kommt.
Die Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe in der Schweisszone sind dann sehr herabgesetzt, insbe-
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prozess, um wieder normale Korngrösse zu erzielen, wobei eine rasche Abkühlung oberhalb der Löslich- keitslinie der Chromkarbide erfolgen muss, um eine Ausscheidung von Chromkarbiden zu vermeiden.
Die Ausscheidung von Chromkarbiden vermindert die Korrosionsbeständigkeit von an sich korrosionsbe- ständigen Stählen.
Zur Vermeidung der Nachteile der mechanischen Schaufelbefestigung und der einer Fussverbindung durch konventionelles Schweissen gibt die im folgenden näher beschriebene Erfindung eine koMtmMv einfache billige Lösung, die ausserdem gute technologische Eigenschaften der Werkstoffe unverändert er- hält.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Lauf- und Leitschaufeln mit dem Rotor bzw.
Leitschaufelträgerteil, sowie von Deckbändern, Deckplatten mit den Laufschaufeln, von DI1senringen,
Labyrinthstreifen u. a. mit dem Leitschaufelträgerteil (bzw. Gehäuse) von Dampf-, Gas- und Entspan- nungsturbinen, Kompressoren, Abgasturboladern, Ventilatoren, Gebläsen u. a.
Turbomaschinen durch einen Schweissprozess, bei dem erfindungsgemäss der Schweissprozess in extrem kurzer Zeit in der Grö- ssenordnung von 10-4 bis 10-2 sec erfolgt, insbesondere durch Anwendung von Impulsschweissung, wobei die einzelnen zu verbindenden Werkstücke in ihrem ursprünglichen, vollkommen ungefertigten Zustand belassen sind, d. h., glatte kerbenlose Oberflächen besitzen, und die Schweissfläche mit der ursprüngli- chen gesamten Berührungsfläche der noch unverschweissten Werkstücke identisch ist.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung können auch vorzugsweise durch Ziehen vorgefer- tigter Profilstangen abgelängte Lauf- und Leitschaufeln Verwendung finden, die stumpf mit der gesamten Profilfläche mit dem Rotor bzw. Leitschaufelträgerteil verschweisst werden.
Weiters können erfindungsgemäss in einzelne Streifen in Umfangsrichtung unterteilte oder aus einer Platte je Schaufel bestehende Deckbänder von Leit-und Laufschaufelreihen stumpf auf die Schaufelköpfe aufgeschweisst werden.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann für den Aufbau eines Zwischenbodens für Dampfund Gasturbinen in Gleichdruckbauweise eine durch Impulsschweissen aufgebaute Leitvorrichtung durch konventinelle Schweissung mit Aussen- und Innenringen verbunden werden.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können zum Aufschweissen von Labyrinthstreifen auf den Rotor bzw. Labyrinthträgerteil für den Aufbau von Labyrinthstopfbüchsen gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung die entsprechend dem Radius gebogenen und abgelängten Blechstreifen, insbesondere aus L-Profil, die in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung in kurze Stücke unterteilt sind, stumpf auf den Rotor bzw. Labyrinthträgerteil aufgeschweisst werden, unter Verwendung entsprechend angepasster Elektroden.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann die Halterung der aufgeschweissten Schaufeln, Deckbänder u. dgl. erfindungsgemäss gleichzeitig als Elektrode zur Übertragung des Schweissstromes ausgebildet sein. Hiebei kann vorteilhaft die Vorrichtung entsprechende Führungen aufweisen, die die richtige Lage der Schaufeln in bezug auf die Läuferachse herstellen. Weiters kann erfindungsgemäss der für die Schweissung erforderliche Anpressdruck durch die Elektrode auf die Schaufeln, Deckbänder u. dgl. übertragen werden.
Gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken können die Übergangsflächen der Elektrode so bemessen sein, dass der Widerstand an der Schweissstelle mindestens dreimal so gross ist wie der Widerstand der Zu- und Ableitung.
Weiters kann die gesamte Anordnung, wie StromzufUhrung, Schaufelhalterung, Elektroden, Stromableitung u. dgl. erfindungsgemäss so gestaltet sein, dass eine möglichst geringe Induktivität der gesamten Anordnung erreicht wird.
Es besteht hiebei je nach Werkstückform und Grösse der Schweissstelle ein gewisser günstigster Wert für den Anpressdruck und den Schweissstrom (Kondensatorkapazität). Auf alle Fälle soll aber die Anordnung Elektrode, Werkstück und Anpressvorrichtung eine möglichst hohe mechanische Eigenfrequenz aufweisen, um möglichst rasch nach dem Durchgang des Schweissimpulses und dem Ausblasen geschmolzenen Metalles durch magnetische Kräfte aus der Schweissstelle die hiedurch ausser Kontakt geratenen Werkstücke (bis einige Zehntelmillimeter) aneinanderzupressen und dadurch die Schweissverbindung herzustellen, u. zw. so rasch als möglich, d. h. bevor die Werkstücke an der Verbindungsstelle unter die Schmiedetemperatur abgekühlt sind.
(Bekanntlich wird das Beschleunigungsverhalten einer Masse (hier Elektrode, Halterung und Schaufel) mit Feder (Feder der Anpressvorrichtung) durch die mechanische
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Eigenfrequenz ausgedrückt)
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfasst die Halterungselektrode die Schaufel, Deck- bänder od. dgl. vorteilhaft möglichst knapp über der Schweissstelle und die Gegenelektrode am Läufer- bzw. Leitschaufelträger oder Schaufelkopf u. dgl. setzt unmittelbar neben der Schweissstelle symmetrisch in symmetrischer Anordnung auf, so dass in beiden Werkstücken möglichst kurze Leitungsstrecken zur
Schweissstelle notwendig sind und ausserdem eine gleichmässige Ableitung des Schweissstromes im Rotor erfolgt.
In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann eine Elektrode auf das Deckband unmittelbar über der Schaufel so aufgesetzt werden, dass sie die gesamte Profilfläche überdeckt und den Anpressdruck zur
Durchführung der Impulsschweissverbindung erzeugt und die Gegenelektrode unmittelbar unter der
Schweissstelle das Schaufelprofil umfassen, wobei die Flächen soausgeführt sind, dass der Widerstand an der Schweissstelle mindestens dreimal so gross ist, wie der Widerstand der Zu- und Ableitung.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt, ausser in der : äusserst billigen undeinfachen
Fertigung, darin, dass die zu verschweissenden Werkstücke, z. B. Schaufel und Rotor bzw. Leitschaufel- trägerteil, glatt ohne besondere Vorbereitung der Schweissstelle miteinander verbunden und die Schweissnaht der. vollen Beanspruchung durch Fliehkraft und Biegung durch die Gaskräfte ausgesetzt werden kann.
Die Schweissfläche ist mit der ursprünglichen Berührungsfläche der noch unverschweissten Werkstücke identisch, wobei durch die Anwendung der Impulsschweissung die vom Schweissfachmann stets erstrebte mög- lichst geringe Verformung der Werkstücke beim Schweissen erzielt wird. Zweifellos ist das gewählteSchweiss- verfahren an sich bekannt und nur ein solches (z. B. das Impulsschweissen) ermöglicht diese geringe Verfor- mungderWerkstückeJedochwurdediesesVerfahrenbishernichtfürdieinderErfindungaufgezähltenVerbindungen angewendet.
Um zur Anwendung dieses Verfahrens zu gelangen, war die Überwindung verschiedener Vorurteile nötig, wie etwa die Ansicht : a) Es sei unmöglich, die Schweissnaht einer Turbinenschaufel in den Fussquerschnitt zu legen und sie dem vollen Fliehkraftzug und den wechselnden Biegelasten auszusetzen. Bei verschiedenen Kon- struktionen wurde bisher z.
B. ein Fuss zwischen Schaufel und Rotor angeordnet (BBC, Power Jets) oder es wird die Schweissung selbst (Rolls Royce) so geführt, dass die Schweilillächegegenüber der Profilfläche möglichst vergrössert wird und ausserdem möglichst durch Abscheren und nicht auf Zug beansprucht wird. b) Es sei unbedingt erforderlich, den Übergang zwischen Schaufelprofil und Fuss mit einem Aus- rundungsradius zu versehen, da sonst zu hohe Kerbwirkung an dieser Stelle und damit geringe
Wechselfestigkeit gegeben sei. Daher ist es nicht möglich, die Schweissnaht an diese Stelle zu verlegen. c) Die Widerstandsfähigkeit und Verformbarkeit einer stumpfen Schweissverbindung sei zweifelhaft bei extremer Beanspruchung (z.
B. beim Streifen der Schaufeln im Gehäuse), bei der Bearbei- tung des Rotors (Schleifen der Schaufelspitzendurchmesser) und im Betrieb der Turbine (Wärme- spannungen an der Verbindungsstelle infolge der ungleichen Wärmeaufnahme in Schaufel und
Rotor bei Last-und Temperaturänderungen in der Turbine). d) Es sei unmöglich, zwischen Werkstücken so grossen Massenunterschiedes, wie Turbinenschaufel und Rotor, ohne Vorbereitung der Schweissstelle im Sinne einer Verhinderung der Wärmeablei- tung in den grösseren Teil eine Schweissnaht mit guten metallurgischen Eigenschaften zustande zu bringen.
Beim erfindungsgemässen Vorschlag wurden diese Vorurteile überwunden, u. zw. auf Grund der Einsicht, dass es wichtiger ist, beste metallurgische Eigenschaften, also hohe Festigkeit, gute Verformbarkeit und feines Kom in der Schw & isszone, zu erzielen, als die Schweissnaht konstruktiv so zu gestalten, dass die mechanischen und Wärmespannungen, die bei den mechanischen und thermischen Beanspruchungen auftreten, möglichst gering werden.
Auf Grund der Kenntnis des Impulsschweissens wurde weiters erfindungsgemäss die Schweissnaht als möglichst dünne Schichte an die Berührungsfläche der unverschweissten Werkstücke gelegt, wobei dieie glatt und ohne besondere Vorbereitungen wie Einkerbungen ausgebildet sind. Dabei wurde beachtet, fass die entstehende geringe Verformung während des Impulsschweissens die Bildung eines kleinen Ausrundungsradius oder Stauchrandes an der Kontur der Schaufel ermöglicht und dass das feine Korn des Impulsschweissgefüges hohe Wechselfestigkeit und gute Verformbarkeit ergibt.
Auf diesen Gewichtspunkt wird in der bisherigen Literatur nicht hingewiesen. Es wird meist nur auf die geringe Verformung und den geringen Temperatureinfluss auf die Umgebung der Schweisszone bei der [mpulsschweissung hingewiesen. Ausserdem ist zu beachten, dass das Impulsschweissen derzeithauptsäch- [ich für kleine, wenig beanspruchte Teile Verwendung findet.
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Durch den äusserst kurzzeitigen Verlauf des gesamten Schweissprozesses bei der Impulsschweissung bleibt durch die eng begrenzte, örtliche Erhitzung sowohl das'Gefüge feinkörnig, als auch wird dadurch die Ausscheidung von Chromkarbiden vermieden. Sollte ein Material in Abhängigkeit von der Zusammensetzung infolge der Selbstabschreckung (hoher Kohlenstoffgehalt) zu einer Aufhärtung an der Schweisszone gelangen, kann es in an sich bekannter Weise durch einen Glühprozess, der dem Gefüge die ursprüngliche Form zurückgibt, regeneriert werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich als Energiequelle ein Kondensator, wobei die Aufladung desselben bei gleichmässiger Netzbelastung über einen Hochspannungstransformator erfolgt. Die Aufladung dieses Kondensators erfolgt relativ langsam (40 - 50 sec Erstaufladung, 2-3 sec Nachladung), so dass keine Stosslast im Versorgungsnetz auftritt. Die Entladung desKbnden & Mars. erfolgt über einen Impulstransformator in Abhängigkeit von Kapazität und Widerstand des Arbeitskreises in der Zeit von 10-2 bis 10-3 sec.
Über die als Stromzuführung zu den Werkstücken dienenden Elektroden und über die Schweissstelle fliesst somit ein sehr kurzer Stromstoss von hoher Stromstärke und niedriger Spannung. Durch die kurze Einwirkzeit des Stromes bleibt das Material bereits in der nächsten Umgebung kalt. Durch den relativ hohen Übergangswiderstand an der Schweissstelle konzentriert sich praktisch die gesamte Stromleistung in der Schweisszone.
Es können weiters mit der erfindungsgemässen Schweissung Werkstücke unterschiedlichster Dimension verbunden werden und ausserdem Material, das von Stahlerzeuger als überhaupt nicht oder nur bedingt schweissbar bezeichnet wird. Für die Schweissung wird kein Zusatzmaterial benötigt, ebenso wenig wie Schlackenbildner oder Schutzgas.
In Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Stähle ist es möglich, dass unter Umständen in der Schweisszone eine unerwünschte Aufhärtung eintritt, die durch einen nachfolgenden Glühvorgang be-
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ser Temperatur noch zu keiner Ausscheidung von Chromkarbiden kommt. Bei der erfindungsgemässen Schweissung ergibt das infolge der kurzen Schweissdauer erzielte feinkörnige Gefüge eine hohe Wechselfestigkeit des Materials an der Schweissstelle.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der Zeichnungen, in der die Fig. 1 und 2 Beispiele konventioneller Schweisskonstruktionen, Fig. 3 die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens, Fig. 4 ein Beispiel für eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren durchgeführte Schweissung, die Fig. 5 in Auf- und Ansicht und Fig. 6 In Aufsicht bzw. im Schnitt nach Linie A-A Schaufelhalterungsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungs- gemässen Verfahrens, Fig. 7 einige Anwendungsbeispiele des Impulsschweissverfahrens bei verschiede- nen Ausführungen von Deckbändern und Platten, Fig. 8 das Beispiel eines durch konventionelle Schwei- ssung hergestellten Zwischenbodens, Fig.
9 das Beispiel von mittels konventioneller Schweissung zu einer Leitvorrichtung oder Düsengruppe verbundener aus Profilstangen abgelängter Düsenschaufeln, Fig. 10 den Vorgang beim Aufbau eines Zwischenbodens unter Anwendung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens, Fig. 11 eine durch Impulsschweissung vorbereitete Leitvorrichtung, die mittels konventioneller Schweissnähte im Gehäuse befestigt ist, Fig. 12a und 12b bekannte Bauarten. von Labyrinthstopfbüchsen, Fig. 13a, 13b, 13c mögliche Formen von Blechprofilen mit verschiedenen Möglichkeiten der Impulsschweissnahtführung für Labyrinthstopfbüchsen, Fig. 14 einen Schnitt durch eine mit dem erfin- dungsgemässen Impulsschweissverfahren hergestellte Labyrinthstopfbüchse, Fig.
15 entsprechend angepasste Elektroden zur Durchführung der Schweissung von Labyrinthstopfbüchsen, schliesslich die Fig. 16 und 17 Schliffbilderdex Schweisszone einer am Rotormaterial angeschweissten Turbinenschaufel zeigen.
In den Fig. la und 1b sind in Aufsicht bzw. Schnitt in den Rotorkörper eingesetzte, aus dem Vollen gefräste Schaufeln mit sogenanntem Hammerkopffuss (la) bzw. sogenanntem Tannenbaumfuss (lb) dargestellt. Fig. 1c zeigt im Schnitt bzw. Draufsicht auf die Tangentialnut eines Rotors eine Schaufel, die aus gezogenen Profilstangen gefertigt ist und mit einer angestauchten Fussverstärkung versehen ist.
In Fig. 2 ist als Beispiel eine konventionelle Schweissung dargestellt, bei der die Laufschaufel a, die mit ihrem Deckband und dem Fussteil aus dem Vollen gefräst ist, durch die konventionelle Schweissnaht k auf die Laufradscheibe b aufgeschweisst ist.
In Fig. 3 ist eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens geeignete Schaltungsanordnung dargestellt. Der von der Netzspannung U gespeiste Hochspannungstransformator Trl
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ladet den Kondensator C über den Gleichrichter Gl auf. Durch die mit St bezeichnete Steuerung werden die beiden Schalter Sl und S2 betätigt. Die Entladung des Kondensators erfolgt über denim- pulstransformator Tr2 auf das Werkstück W. Das Werkstück wird von den beiden Elektroden El und E2 umfasst, wobei die Elektroden auch während und nach dem Durchgang des Schweissimpulses den nötigen Anpressdruck ausüben bzw. zur Halterung dienen, indem sie die richtige geometrische Lage zwischen den zu verschweissenden Werkstücken, z. B. Schaufel und Rotor, herstellen.
In Fig. 4 ist in einer schematischen Übersichtszeichnung ein nach dem erfindungsgemässen
Schweissverfahren hergestellter Dampfturbinenrotor samt Leitschaufelträgerteil dargestellt bzw. analog den Fig. l und 2 eine einzelne, in den Rotorkörper eingesetzte Laufschaufel in Schnitt und Aufsicht. Die aus vorgefertigten Profilstangen insbesondere durch Ziehen, Walzen oder Profilfräsen abgelängte Schau- fel a ist auf den Trommelrotor bzw. auf die Rotorscheibe b durch eine Impulsschweissnaht i auf- geschweisst, ebenso ist ihre Deckplatte c durch die Impulsschweissnaht i auf die Schaufel a auf- geschweisst. Die Leitschaufeln e sind durch die Impulsschweissnaht i am Leitschaufelträger d aufgeschweisst. Der Profilfuss entfällt gänzlich.
Die Profilstangen müssen nur an der Schweissstelle ent- sprechend geformt werden, um eine Anpassung an die Rundung des Rotors oder des Leitschaufelträgers zu ermöglichen und zudem so geformt sein, dass günstige Auflagebedingungen für die Durchführungder
Impulsschweissung bestehen.
Die erfindungsgemässe Schweissung ergibt ein metallurgisch hochwertiges Gefüge bei Verbin- dung über die gesamte Profilfläche, wie sie durch konventionelle Schweissung bei derartig starken Querschnittsänderungen (Schaufelprofil-Rotortrommel) keinesfalls möglich ist. Müssen verwundene Schaufeln auf dem Rotor befestigt werden, so können vorgefräste oder geschmiedete Schaufel in gleicher Weise durch Impulsschweissen stumpf aufgeschweisst werden.
Fig. 5 zeigt in Auf- und Ansicht eine Vorrichtung zur Halterung der Schaufeln während des Impulsschweissvorganges. Mit I ist die den Schweissstrom liefernde Impulsschweissmaschine bezeichnet. Der Schweissstrom wird über die Stromzuführung S zu den Elektroden E geleitet, die über den Hebel H mit dem Führungsaufbau F verbunden sind, der die richtige Führung gegenüber dem Rotor R herstellt. Nach Aufschweissen einer Schaufel wird der Rotor über den Teilkopf T entsprechend weitergedreht.
Fig. 6 stellt in Ansicht bzw. Schnitt nach Linie A-A ein Detail der Elektrodenhalterung dar. Dabei bedeutet H den Hebel der Elektrodenhalterung, B den mit der Halterungselektrode El verbundenen Führungsbolzen, der die richtige Winkellage der Schaufel über die Teilscheibe T herstellt und durch die Feder FI die in der Elektrode El eingespannte Schaufel an den Rotor drückt. Der Stromzugang erfolgt über die als flache Bänder ausgebildeten Leitungen SI und S2. Die Elektrode E2 ist so geformt, dass ihre Flächen möglichst nahe der Schweissstelle am Rotor aufliegen und der Effekt von Koaxial-Elektroden erzielt wird. Die Elektrode E2 wird über die Feder F2 angepresst und ist dabei durch die Isolierschichte i vom Halterungsaufbau isoliert, ebenso Bolzen B und Elektrode El.
Nach Durchführung einer Schweissung wird die gesamte Halterung nach Lösung der Einspannung in El über die Führung F (Fig. 5) hochgefahren, eine neue Schaufel eingesetzt, der Rotor um die Teilung weitergedreht und die Halterung wieder in Arbeitsstellung gebracht.
In Fig. 7 sind verschiedene Ausführungen von Deckbändern und Platten hergestellt, die durch Impulsschweissungen auf Laufschaufeln befestigt sind. Dabei bedeuten a normales Deckband in Streifen auf mehreren Schaufeln durch Impulsschweissung i befestigt, b Deckband wie bei a mit vorher aufgebogenem Rand zur Spitzenabdichtung, c Schaufeln mit einzelnen Deckplatten, d Schaufeln mit einzelnen Deckplatten, aus denen nach Aufschweissung Spitzen zur radialen Dichtung herausgedreht sind.
Durch die Impulsschweissung entfällt die Fertigung von Nietköpfen, das Stanzen oder Bohren der Deckbandbleche, wie es bei der herkömmlichen Deckbandbefestigung nötig ist. Das Deckband ist über die gesamte Profilfläche mit der Schaufel verbunden. Somit wird die Fliehkraft mit geringeren Spannungen übertragen und ausserdem eine verbesserte Abstützung durch das Deckband erzielt, wodurch das Schwingungsverhalten des Schaufelpaketes verbessert wird. Die Aussenfläche eines derartig befestigten Deckbandes ist glatt und bewirkt daher weniger Reibung mit dem Dampf, als ein genietetes Deckband. Ausserdem kann die Aussenseite nach Fig. 7 leicnt mit Spitzen zur radialen Abdichtung der Stufendruckdifferenz versehen werden.
In Fig. 8 ist ein durch konventionelle Schweissung iiergestellter Zwischenboden dargestellt. Es werden aus dem Vollen gefräste Düsenschaufeln durch Verzahnungen zwischen einem Aussenring und einer Innenplatte gehalten und durch vier Tulpenschweissnähte zu einer Zwischenbodenhälfte verbunden, wo-
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