CH698457B1 - Ausbesserungsschweissverfahren eines Bauteils. - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Ausbesserung eines Metalllegierungsbauteils (10) und das resultierende ausgebesserte Bauteil (10). Das Verfahren bezieht maschinelles Bearbeiten der Bauteiloberfläche (14) ein, um eine Schadstelle zu entfernen und anschliessend im resultierenden Oberflächenhohlräum (32) einen Zusatzwerkstoffeinsatz (30) anzuordnen, dessen Grösse und Form vorbestimmt sind, so dass der Schweissvorgang so ausgeführt werden kann, dass der Einsatz (30) vollständig geschmolzen wird, während das Schmelzen des Bauteils (10), welches den Einsatz (30) unmittelbar umgibt, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Dementsprechend erfolgt eine minimale Vermischung der Werkstoffe des Einsatzes (30) und des Bauteils (10), wodurch die Gefahr von Rissbildung nach dem Schweissvorgang verringert wird.

Description

  Allgemeiner Stand der Technik

Gebiet der Erfindung

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausbesserungsschweissverfahren gemäss Patentanspruch 1 zur Ausbesserung von Metalllegierungen und zwar insbesondere von jenen, welche zur Verwendung in der Hochtemperaturumgebung eines Gasturbinentriebwerks geeignet sind, durch Schweissen. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer gesteuerten Ausbesserung einer Schadstelle in einem Bauteil, welches aus einer solchen Legierung gebildet ist, durch Schweissen, wobei das Verfahren das Schmelzen der Legierung mit einem Zusatzwerkstoff, welcher verwendet wird, um die Schadstelle auszubessern, auf ein Minimum herabsetzt.

Beschreibung des Standes der Technik

  

[0002]    Bauteile heisser Teilstücke von Gasturbinentriebwerken, wie beispielsweise Schaufeln (Ladeschaufeln), Leitschaufeln (Düsen) und Brennkammern, sind normalerweise aus Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis-Superlegierungen gebildet, welche durch wünschenswerte mechanische Eigenschaften bei Turbinenbetriebstemperaturen gekennzeichnet sind. Diese Bauteile werden normalerweise in Gussform verwendet und können folglich punktuelle Schadstellen, z.B. Keramikeinschlüsse, Poren usw. sowie kleine lineare Schadstellen aufweisen, welche ausgebessert werden müssen.

   Verschiedene Schweisstechniken, welche imstande sind, diese Schadstellen auszubessern, wurden entwickelt und umfassen Wolfram-Inertgas (TIG - tungsten inert gas)- und Plasmalichtbogen (PTA - plasma transferred arc)-Schweissverfahren, welche mit Sorgfalt ausgeführt werden müssen, um annehmbare Schweissergebnisse zu erreichen und sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften der Superlegierung aufrechterhalten werden. Es wird insbesondere von verhältnismässig simplen Handausbesserungsverfahren, wie beispielsweise TIG mit einem Zusatzwerkstoff, welche durch Gussstücklieferanten problemlos durchgeführt werden können, Gebrauch gemacht.

  

[0003]    Wie auf dem Fachgebiet bekannt, bezieht Schweissen Schmelzen und Wiederverfestigung ein. Um Rissbildung zu vermeiden, muss eine Legierung, welche durch Schweissen ausgebessert wird, ausreichend verformbar sein, um die Wärmespannungen, die sich während des Schweissens entwickeln, auszugleichen. Die temperaturbeständigen Werkstoffe von der Art, welche in Gasturbinentriebwerken verwendet wird, sind jedoch von Natur aus formbeständig, so dass Zusatzwerkstoffe, welche aus derselben Legierung gebildet sind wie das Bauteil, das ausgebessert wird, bei Raumtemperatur schwer zu verwenden sind. Folglich werden häufig Legierungen, welche verformbarer als die Grundlegierung sind, verwendet, um Superlegierungsbauteile auszubessern.

   Eine Schwierigkeit, auf die man stösst, wenn ein verformbarer Zusatzwerkstoff verwendet wird, um ein Superlegierungsbauteil auszubessern, ist, dass das Verhältnis von Zusatz- zu Grundmetall bei manuellen Verfahren, wie beispielsweise TIG, schwer zu steuern ist. TIG-Schweissnähte von Superlegierungen und anderen Legierungen, welche schwer zu schweissen sind, erleiden infolge übermässigen Schmelzens des Grundmetalls in das Schmelzbad des Zusatzmetalls häufig Rissbildung in den Wurzellagen der Schweissnaht.

  

[0004]    Angesichts der vorstehenden Ausführungen wäre es wünschenswert, wenn ein Verfahren zur Ausbesserung von Hochtemperaturmetalllegierungen verfügbar wäre, durch welches übermässiges Schmelzen des Grundmetalls und Vermischen mit dem Zusatzwerkstoff auf ein Minimum herabgesetzt werden könnten.

Kurzdarstellung der Erfindung

  

[0005]    Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Ausbesserung eines Metalllegierungsbauteils, wie beispielsweise eines Superlegierungsbauteils eines Gasturbinentriebwerks, und das resultierende ausgebesserte Bauteil bereit. Das Verfahren setzt einen Zusatzwerkstoffeinsatz ein, dessen Grösse und Form vorbestimmt sind, so dass der Schweissvorgang so ausgeführt werden kann, dass der Einsatz vollständig geschmolzen wird, während das Schmelzen des umgebenden Metalllegierungsbauteils auf ein Minimum herabgesetzt wird. Dementsprechend findet eine minimale Vermischung des Einsatzes mit dem Bauteil statt, wodurch die Gefahr der Rissbildung nach dem Schweissvorgang verringert wird.

  

[0006]    Das Ausbesserungsschweissverfahren dieser Erfindung umfasst im Allgemeinen das Durchführen einer Bewertung, durch welche die Entwicklung eines Schweissschmelzbades in einer Oberfläche eines Körpers, z.B. einer Zusatzmetalllegierung, in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt wird, um die Schmelzbadbreite, -tiefe und -form mit der Zeit für einen Satz von Schweissparametern in Beziehung zu setzen.

   Ein Bauteil, welches aus einer Metalllegierung (welche gleich wie der bewertete Körper oder verschieden davon sein kann) gebildet ist und eine Schadstelle in seiner Oberfläche aufweist, wird dann maschinell behandelt, um die Schadstelle zu entfernen und einen Hohlraum in der Oberfläche zu bilden, welcher eine Breite, Tiefe und Form aufweist, die im Wesentlichen gleich wie die Breite, Tiefe und Form eines Schmelzbades sind, welche mit einer Zeitspanne der Bewertung in Beziehung stehen. Der Zusatzwerkstoffeinsatz, welcher im Wesentlichen dieselbe Breite, Tiefe und Form wie der Hohlraum aufweist, wird dann so im Hohlraum angeordnet, dass die Aussenfläche des Zusatzwerkstoffeinsatzes der Hohlraumoberfläche gegenübersteht.

   Schliesslich wird der Zusatzwerkstoffeinsatz unter Verwendung des im Wesentlichen gleichen Satzes von Schweissparametern und für dieselbe Zeitspanne, die während der Bewertung in Beziehung gesetzt wurden und die sowohl als die Basis für die Bemessung des Hohlraums als auch des Einsatzes dienen, erwärmt. Folglich wird der Zusatzwerkstoffeinsatz geschmolzen, um eine metallurgisch gebundene Ausbesserungsschweissung zu bilden, welche den Hohlraum füllt.

  

[0007]    Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird die Bewertung verwendet, um die Geschwindigkeit, mit welcher sich eine Schmelzfront durch die Zusatzmetalllegierung fortpflanzt, oder wenigstens die Position der Schmelzfront bei verschiedenen Zeitspannen für einen gegebenen Satz von Schweissbedingungen und -parametern zu ermitteln oder zu schätzen, wobei diese Information bei der Erwärmung des Zusatzwerkstoffeinsatzes verwendet wird, so dass die Schmelzfront, welche sich durch den Einsatz zu seiner Aussenfläche fortpflanzt, im Wesentlichen gleichzeitig an der gesamten Aussenfläche des Zusatzwerkstoffeinsatzes ankommt.

   Die Erwärmung kann dann fortgesetzt werden, um einen begrenzten Abschnitt des Bauteils unter der Hohlraumoberfläche zu schmelzen, so dass der geschmolzene Abschnitt eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweist, welche in beabsichtigter Weise begrenzt wird, um das Vermischen der Werkstoffe des Einsatzes und des Bauteils auf ein Minimum herabzusetzen. Folglich kann eine Metalllegierung, welche verhältnismässig schwer zu schweissen ist, wie beispielsweise eine Superlegierung, mit einem Einsatz, welcher aus einer Legierung gebildet ist, die verformbarer ist und/oder einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, infolge des geringeren Vermischungsgrades in der Schweissnaht sogar bei einer geringeren Gefahr der Rissbildung während des Schweissvorgang ausgebessert werden.

  

[0008]    Aus den vorhergehenden Ausführungen ist zu erkennen, dass durch das Verfahren dieser Erfindung verschiedene Schweisstechniken, wie beispielsweise manuelle Lichtbogenschweisser oder ein Elektronenstrahl, eingesetzt werden können, wobei sowohl während der Bewertung als auch während des Schweissvorgangs dieselbe Technik eingesetzt wird, so dass die Schweissparameter verwendet werden können, um die Menge der Schmelze, welche beim Ausbesserungsschweissvorgang auftritt, genau zu steuern. Ausserdem kann die Bewertung einer Metalllegierung so durchgeführt werden, dass mehrere Schmelzbadbreiten, -tiefen und -formen mit mehreren Zeitspannen für einen oder mehr Sätze von Schweissparametern in Beziehung gesetzt werden.

   Mehrere Zusatzwerkstoffeinsätze können dann so ausgebildet werden, dass sie ungefähr dieselben Breiten, Tiefen und Formen aufweisen, die während der Bewertung festgelegt wurden, wodurch ein konkreter Zusatzwerkstoffeinsatz basierend auf der Grösse der auszubessernden Schadstelle ausgewählt werden kann. Dementsprechend ist das Ausbesserungsverfahren dieser Erfindung bestens dazu geeignet, Risse, Porositäten, Sprünge und andere Oberflächenfehlstellen oder -schäden, welche in einem Metalllegierungsbauteil auftreten können, zu füllen, und die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffeinsatzes kann so abgestimmt werden, dass sie die Zusammensetzung des Bauteils, welches ausgebessert wird, ergänzt, um eine solide, rissfreie Ausbesserungsschweissung zu erreichen.

  

[0009]    Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung besser ersichtlich.

Kurte Beschreibung der Zeichnungen

  

[0010]    
<tb>Fig.1<sep>stellt einen Schritt dar, welcher während einer Bewertung durchgeführt wird, durch welche die Entwicklung eines Schweissschmelzbades gemäss dieser Erfindung in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt wird.


  <tb>Fig. 2<sep>stellt eine punktuelle Schadstelle in einer Oberfläche eines Bauteils dar.


  <tb>Fig. 3, 4 und 5<sep>stellen Schritte dar, welche durchgeführt werden, um die Schadstelle von Fig. 2 auszubessern, indem der Oberflächenwerkstoff in und um die Schadstelle entfernt wird, um einen Hohlraum einer vorbestimmten Grösse zu bilden, ein entsprechend bemessener Zusatzwerkstoffeinsatz im Hohlraum angeordnet wird und dann ein Schweissvorgang durchgeführt wird, welcher so gesteuert wird, dass der Einsatz und ein begrenzter Abschnitt des Bauteils unmittelbar benachbart zum Einsatz schmelzen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

  

[0011]    Fig. 1 bis 5 stellen eine Reihe von Schritten dar, welche ausgeführt werden, um ein Bauteil 10 mit einer Oberflächenschadstelle 12, wie durch Fig. 2 dargestellt, auszubessern. Das Bauteil 10 kann aus einer Vielfalt von Metalllegierungen gebildet sein, welche jene umfassen, die verhältnismässig schwer zu schweissen sind, wie beispielsweise Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis-Superlegierungen, welche verwendet werden, um Guss- oder Schmiedebauteile von Gasturbinentriebwerken zu bilden. Wenn das Bauteil 10 ein Gussstück ist, ist die Schadstelle 12 typischerweise eine punktuelle Schadstelle, wie beispielsweise ein Keramikeinschluss, eine Pore usw. , obgleich die Schadstelle 12 stattdessen eine lineare Schadstelle sein könnte.

  

[0012]    Einen ersten Schritt dieser Erfindung darstellend zeigt Fig. 1 eine Oberfläche 24 eines Metalllegierungskörpers 20, welche mit einem Brenner 22, der durch einen TIG-Schweisser 23 erzeugt wird, so erwärmt wird, dass sich ein Schweissschmelzbad 26 entwickelt hat. Wie zu erwarten wäre, entwickelt sich das Schmelzbad 26 im Laufe der Zeit entlang einer Schweissschmelzfront 28, welche sich von einer Stelle, die dem Brenner 22 am nächsten liegt, radial nach aussen und nach unten durch den Körper 20 fortpflanzt. Die Endgrösse und -form des Schweissschmelzbades 26 stimmen mit der weitesten Ausdehnung der Schmelzfront 28 im Moment des Erlöschens des Brenners 22 überein.

   Für Bewertungszwecke werden die Fortpflanzung dieser Schmelzfront 28 und infolgedessen die Grösse (Breite und Tiefe) und Form des Schmelzbades 26 in Abhängigkeit von der Zeit, sowie auch die Schweissparameter, welche verwendet werden, aufgezeichnet. In Abhängigkeit von der konkreten Art der Schweisstechnik können derartige Parameter Schweissstrom, die Verwendung von irgendwelchen Flussmitteln, die Position des Brenners 22 in Bezug auf die Oberfläche 24 usw. umfassen, wie die Fachleute erkennen würden.

  

[0013]    Der Körper 20 ist vorzugsweise aus derselben Legierung gebildet wie die des Bauteils 10, das ausgebessert werden soll, obgleich, wie aus der folgenden Erörterung zu erkennen ist, der Körper 20 aus einem unterschiedlichen Werkstoff gebildet sein kann, solange sich die Schweissschmelzfront 28 durch den Körper 20 auf eine ähnliche Weise fortpflanzt wie eine Schweissschmelzfront 38, welche veranlasst wird, sich unter ähnlichen Schweissbedingungen durch das Bauteil 10 fortzupflanzen ( Fig. 4). Dementsprechend umfasst der Begriff "dieselbe Metalllegierung", wie hierin verwendet, Legierungen, welche sich hinsichtlich der Zusammensetzung und Mikrostruktur genügend ähneln, um ähnliche Schweisseigenschaften aufzuweisen.

  

[0014]    Unter der Annahme, dass der Körper 20 isotrope Eigenschaften besitzt, weisen das Schmelzbad 26 und die Schmelzfront 28 im Allgemeinen kreisrunde Formen an der Oberfläche 24 des Körpers 20 auf. In Abhängigkeit von der Schweisstechnik, welche verwendet wird, können das Schmelzbad 26 und die Schmelzfront 28 auch semisphärische Formen aufweisen, obgleich ein grösseres Aspektverhältnis (Tiefe zu Breite) zum Ausbessern vieler Oberflächenschadstellen, wie beispielsweise der Schadstelle 12, welche in Fig. 2dargestellt ist, normalerweise bevorzugt wird. Obwohl verschiedene Schweisstechniken verwendet werden können, um die Erfindung auszuführen, werden daher normalerweise Elektronenstrahl-oder Laserschweisstechniken bevorzugt, um Schadstellen auszubessern, welche ein grösseres Aspektverhältnis benötigen.

   Für Bedingungen, bei welchen ein manueller Schweissvorgang verwendet wird, können TIG- und PTA-Schweisstechniken verwendet werden. Bei der Entwicklung von organischen Flussmitteln kann das Aspektverhältnis (Tiefe zu Breite) eines Schweissschmelzbades, das durch TIG gebildet wird, um bis zu 300 % erhöht werden, was TIG zu einem geeigneten Kandidaten für viele Arten von Schadstellen macht. Bei der TIG-Technik, welche in Fig. 1 dargestellt ist, wird der Lichtbogen vorzugsweise mit der TIG-Maschine im-Schalttafelbetrieb ausgelöst, und der Lichtbogenstrom wird danach konstant gehalten.

  

[0015]    Eine geeignete Technik zur Beobachtung der Fortpflanzung der Schmelzfront 28 und der Grösse des Schmelzbades 26 ist die metallographische Zerlegung. Bei der Bewertung, welche durch Fig. 1 dargestellt ist, kann eine Datenbank angelegt werden, durch welche die Grösse und Form des Schmelzbades "26 für jede Anzahl von Schweisszeiten für die verwendeten Schweisstechniken und -parameter aufgezeichnet und die Grössen und Formen der Schmelzbäder 26 und ihre entsprechenden Schweisszeiten katalogisiert werden können. Bei Verwenden derselben Technik kann die Datenbank erweitert werden, um Schmelzbadgrössen und -formen, welche mit Schweisszeiten in Beziehung stehen, für eine Vielfalt von verschiedenen Legierungen, -Schweisstechniken und -parameter aufzunehmen.

  

[0016]    In Fig. 2 wurde ein Oberflächenbereich 16 des Bauteils 10, welcher die Schadstelle 12 umgibt, bestimmt. Um die gesamte Schadstelle 12 zu umfassen, sind die Grösse und Form des Oberflächenbereichs 16, wie durch seine Grenze 18 skizziert, fast ganz gleich wie das Schweissschmelzbad 26 bei der weitesten Ausdehnung der Schweissschmelzfront 28 in Fig. 1. Der Oberflächenbereich 16 ist zur Entfernung bestimmt, wodurch die Schadstelle 12 aus der Oberfläche 14 des Bauteils 10 beseitigt wird, um einen Hohlraum 32, der in Fig. 3 dargestellt ist, zu erzeugen.

   Um den Oberflächenbereich 16 zu entfernen, können verschiedene Techniken verwendet werden, welche die Verwendung von Druckluftwerkzeugen umfassen, welche mit Hartmetallschneidern ausgerüstet sind, um den Hohlraum 32 vorzuschneiden, gefolgt von der Verwendung eines Präzisionsschneiders, so dass die Grösse (Breite und Tiefe) und Form des Hohlraums 32 jenen des Oberflächenbereichs 16 genau entsprechen und infolgedessen fast ganz gleich wie das Schweissschmelzbad 26 bei seiner weitesten Ausdehnung in Fig. 1sind. Bei der Vorbereitung für den Schweissvorgang, welcher in Fig. 3dargestellt ist, werden die Oberfläche 14 des Bauteils 10 und die Oberfläche des Hohlraums 32 vorzugsweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um jegliche Oxide und andere Oberflächenverunreinigungen, welche beim Schweissvorgang stören könnten, zu entfernen.

  

[0017]    Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Zusatzwerkstoffeinsatzes 30 im Hohlraum 32, welcher in der Oberfläche 14 des Bauteils 10 ausgebildet ist. Wie zu erkennen ist, ist der Einsatz 30 in Bezug auf den Hohlraum 32 etwas kleiner bemessen. Zum Beispiel kann der Einsatz 30 so bemessen sein, dass er einen diametralen Zwischenraum zwischen der Aussenfläche 34 des Einsatzes 30 und dem Hohlraum 32 von etwa ein bis fünf Prozent des Durchmessers des Einsatzes 30 bereitstellt, um die Anordnung des Einsatzes 30 im Hohlraum 32 zu ermöglichen. Gemäss der Erfindung umfassen geeignete Werkstoffe für den Einsatz 30 Legierungen, welche mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen, die mit dem Werkstoff des Bauteils 10 vergleichbar sind, z.B. eine Nickelbasis-Legierung, wenn das Bauteil 10 aus einer Nickelbasis-Superlegierung gebildet ist.

   In diesem Sinne kann der Einsatz 30 so betrachtet werden, dass er aus derselben Metalllegierung wie das Bauteil 10 gebildet ist, insofern sich eine Schweissschmelzfront 38 (Fig. 4) durch den Einsatz 30 auf ähnliche Weise fortpflanzt, wie die Schweissschmelzfront 28, die sich während der Bewertung durch den Körper 20 fortpflanzte, solange ähnliche Schweissbedingungen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Einsatz 30 modifiziert, um verformbarer zu sein und einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Legierung des Bauteils 10 aufzuweisen. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, umfassen geeignete Legierungskomponenten für diesen Zweck Bor und Silizium.

  

[0018]    Fig. 4 zeigt den Vorgang des Anschweissens des Einsatzes 30 an das Bauteil 10 durch Erwärmen des Einsatzes 30 mit einem Brenner 42, welcher im Wesentlichen bei denselben Parametern betrieben wird wie jene, die verwendet wurden, um die anfängliche Bewertung, welche in Fig. 1 dargestellt ist, durchzuführen. Um eine beständige Anordnung des Brenners 42 in Bezug auf die Bauteiloberfläche 14 unter stark veränderlichen Bedingungen sicherzustellen, ist der TIG-Schweisser 43 so dargestellt, dass er auf einem starren Träger 44 getragen wird. Wie bei dem Körper von Fig. 1 hat sich infolge der. Auswärtsfortpflanzung der Schweissschmelzfront 38 durch den Einsatz 30 von einer Stelle, welche dem Brenner 42 am nächsten liegt, ein Schweissschmelzbad 36 im Einsatz 30 entwickelt.

   Auf Grund der Daten, welche während der Bewertung des Körpers 20 erfasst wurden, können die Grösse und Form der Schweissschmelzfront 38 auf der Basis der Zeit, welche seit dem Beginn des Schweissvorgangs verstrichen ist, in jedem gegebenen Moment abgeschätzt werden. Da die Grösse des Einsatzes 30 bekannt ist, kann ausserdem auch die Zeit, die von der Schmelzfront 38 benötigt wird, um die Aussenfläche 34 des Einsatzes 30 zu erreichen, genau vorausgesagt werden. Da zudem die Grösse und Form des Einsatzes 30 und die Anordnung des Brenners 42 mit der Grösse und Form des Schmelzbades 26 und der Brenneranordnung von Fig. 1 übereinstimmen, kann der Schweissvorgang so durchgeführt werden, dass die Schmelzfront 38 an der gesamten Aussenfläche 34 des Einsatzes 30 beinahe gleichzeitig ankommt.

  

[0019]    Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung, welcher in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Schmelzfront 38 erlaubt, sich bis zu einer im Wesentlichen einheitlichen Tiefe in die Oberfläche des Hohlraums 32 fortzupflanzen, so dass das Schmelzbad 36 nicht nur den Einsatz 30 aufnimmt, sondern auch in einen begrenzten Abschnitt 40 des Bauteils 10 unter der Hohlraumoberfläche vordringt, so dass eine metallurgische Bindung zwischen dem Einsatz 30 und dem Bauteil 10 zustande kommt. Zu diesem Zweck wird dem Brenner 42 erlaubt, für eine sehr begrenzte Zeit über die zur Bildung des Schmelzbades 26 in Fig. 1benötigte Zeitspanne hinaus tätig zu sein, so dass minimales Schmelzen des Bauteils 10 und infolgedessen eine minimale Vermischung der Werkstoffe des Bauteils 10 und des Einsatzes 30 erfolgt.

   Durch Herabsetzen des Miteinandervermischens auf ein Minimum wird die Wahrscheinlichkeit von Rissbildung während des Abkühlens vom Schweissen und anschliessender Reckalterungsrissbildung wesentlich verringert.

  

[0020]    Nach dem Schweissvorgang wird das Bauteil 10 gemäss bekannten Praktiken auskühlen gelassen, um die Gefahr von Rissbildung, die durch das Schweissen verursacht wird, weiter zu verringern. Gemäss einer herkömmlichen Praktik kann das Bauteil 10 nach dem Schweissen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um jegliche Wärmeeinflusszone (HAZ) spannungsfrei zu machen, die sich im Bauteil 10 benachbart zum Einsatz 30 entwickelt haben kann, welcher nun in Form eines Schweissteils vorliegt, welches den Abschnitt 40 des Bauteils 10, der während des Schweissen schmolz, umfasst. Schliesslich kann die Oberfläche 14 des Bauteils 10 nach Bedarf weiter konditioniert werden, wobei jede geeignete Technik verwendet wird, um jeden Zusatzwerkstoffüberschuss und alle Oberflächenverunreinigungen, welche durch den Schweissvorgang zurückgelassen wurden, zu entfernen.

  

[0021]    Angesichts der vorhergehenden Ausführungen ist zu erkennen, dass das Ausbesserungsverfahren dieser Erfindung die Entwicklung eines umfangreichen Katalogs von Einsätzen zur Ausbesserung einer Vielfalt von Legierungen und Schadstellen von verschiedenen Grössen durch individuelles Bewerten der Legierungen fördert, so dass mehrere Schmelzbadbreiten, -tiefen und -formen mit mehreren Schweisszeiten und wahlweise für eine Vielfalt von Schweisstechniken und -parametern in Beziehung gesetzt werden.

   Basierend auf diesen Daten können Zusatzwerkstoffeinsätze so ausgebildet werden, dass sie ungefähr dieselben Breiten, Tiefen und Formen aufweisen, welche festgelegt und mit den Schweisszeiten in Beziehung gesetzt wurden, so dass ein konkreter Zusatzwerkstoffeinsatz basierend auf der auszubessernden Legierung, der Grösse der Schadstelle in der Legierung und der verwendeten Schweisstechnik aus einem Sortiment von Einsätzen ausgewählt werden kann. Da das Ausbesserungsschweissverfahren dieser Erfindung das Vermischen des Einsatzes mit der Grundlegierung des Bauteils auf ein Minimum herabsetzt, sind die ungünstigen Wirkungen des Vermischens gering, wodurch es potenziell möglich ist, die Einsätze aus etlichen Zusatzwerkstoffen zu bilden, welche Legierungen umfassen, die sonst mit der Legierung, die ausgebessert wird, verhältnismässig unvereinbar wären.

  

[0022]    Obwohl die Erfindung in Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist für einen Fachmann erkennbar, dass andere Formen angewendet werden könnten. Daher ist der Rahmen der Erfindung nur durch die folgenden Patentansprüche zu beschränken.

Claims (10)

1. Ausbesserungsschweissverfahren, welches die folgenden Schritte umfasst:

Ermitteln der Entwicklung eines Schweissschmelzbades (26) in einer Oberfläche (24) eines Körpers (20) in Abhängigkeit von der Schweisszeit, um Schmelzbadbreite, -tiefe und -form für einen Satz von Schweissparametern mit der Schweisszeit in Beziehung zu setzen, wobei der Körper (20) aus einer Metalllegierung gebildet ist;

Entfernen einer Schadstelle (12) in einer Oberfläche (14) eines Bauteils (10), welches aus einer Metalllegierung gebildet ist, welche gleich wie die Metalllegierung des Körpers (20) oder verschieden davon sein kann, wobei die Entfernung der Schadstelle (12) einen Hohlraum (32) in der Oberfläche (14) erzeugt, welcher eine Breite, Tiefe und Form aufweist, die im Wesentlichen gleich wie eine Schmelzbadbreite, -tiefe und -form sind, welche mit einer Schweisszeit während des Ermittlungsschrittes in Beziehung stehen;

Anordnen eines Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) im Hohlraum (32), welcher im Wesentlichen dieselbe Breite, Tiefe und Form wie der Hohlraum (32) aufweist, so dass eine Aussenfläche (34) des Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) einer Oberfläche des Hohlraums (32) gegenübersteht; und anschliessendes

Erwärmen des Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) bei Verwenden des Satzes von Schweissparametern und für die Schweisszeit, welche während des Ermittlungsschrittes in Beziehung gesetzt wurden, um den Zusatzwerkstoffeinsatz (30) zu schmelzen und eine metallurgisch gebundene Ausbesserungsschweissung zu bilden, welche den Hohlraum (32) füllt.

2. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei sich während des Erwärmungsschrittes eine Schmelzfront (38) durch den Zusatzwerkstoffeinsatz (30) zur Aussenfläche (34) des Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) fortpflanzt und im Wesentlichen gleichzeitig an der gesamten Aussenfläche (34) des Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) ankommt.

3. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des Erwärmungsschrittes auch ein Abschnitt (40) des Bauteils (10) unter der Oberfläche des Hohlraums (32) geschmolzen wird und der Abschnitt (40) eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweist.

4. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlungs- und Erwärmungsschritte mit einem Licht-bogenschweisser (23, 43) oder einem energiereichen Strahl durchgeführt werden.

5. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei die Metalllegierung des Bauteils (10) eine Superlegierung ist.

6. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei die Entwicklung mehrerer in der Oberfläche (24) des Körpers (20) gebildeter Schweissschmelzbäder (26) jeweils in Abhängigkeit von der Schweisszeit so ermittelt werden, dass jeweils verschiedene Schmelzbadbreiten, -tiefen und -formen für einen oder mehrere Sätze von Schweissparametern mit jeweils einer von mehreren verschiedenen Schweisszeiten in Beziehung stehen; wobei eine Schmelzbadbreite, -tiefe und -form, welche mit einer der verschiedenen Schweisszeiten für einen der jeweiligen Sätze von Schweissparametern während des Ermittlungsschritts in Beziehung steht, ausgewählt wird;

wobei die Schadstelle (12) derart entfernt wird, dass der Hohlraum (32) im Wesentlichen dieselbe Breite, Tiefe und Form wie die ausgewählte Schmelzbadbreite, -tiefe und -form aufweist, und wobei der Zusatzwerkstoffeinsatz (30) bei Verwendung des jeweiligen Satzes von Schweissparametern und für die jeweilige Schweisszeit erwärmt wird, welche mit der ausgewählten Schmelzbadbreite, -tiefe und -form in Beziehung steht.

7. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 6, wobei der Zusatzwerkstoffeinsatz (30) einer aus einer Mehrzahl von Zusatzwerkstoffeinsätzen (30) ist, welche so ausgebildet sind, dass sie Breiten, Tiefen und Formen aufweisen, die im Wesentlichen gleich wie die mehreren verschiedenen Schmelzbadbreiten, -tiefen und -formen für den jeweiligen Satz von Schweissparametern und die jeweilige Schweisszeit sind, und wobei das Verfahren ferner den Schritt des Auswählens des Zusatzwerkstoffeinsatzes (30) aus der Mehrzahl von Zusatzwerkstoffeinsätzen (30) umfasst.

8. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei der Zusatzwerkstoffeinsatz (30) aus einer zweiten Metalllegierung gebildet ist, welche verformbarer als die Metalllegierung des Bauteils (10) ist und/oder einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Metalllegierung des Bauteils (10) aufweist.

9. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei die Entwicklung von Schweissschmelzbädern (26) in Abhängigkeit von der Schweisszeit für eine Mehrzahl von Körpern (20) aus jeweils einer Metalllegierung so ermittelt wird, dass jeweils verschiedene Schmelzbadbreiten, tiefen und -formen für einen oder mehrere Sätze von Schweissparametern mit jeweils verschiedenen Schweisszeiten in Beziehung stehen; wobei eine Schmelzbadbreite, -tiefe und -form, welche mit einer der Schweisszeiten für einen der jeweiligen Sätze von Schweissparametern während des Ermittlungsschritts in Beziehung steht, ausgewählt wird;

wobei die Schadstelle (12) derart entfernt wird, dass der Hohlraum (32) im Wesentlichen dieselbe Breite, Tiefe und Form wie die ausgewählte Schmelzbadbreite, -tiefe und -form aufweist, und wobei der Zusatzwerkstoffeinsatz (30) bei Verwendung des jeweiligen Satzes von Schweissparametern und für die jeweilige Schweisszeit erwärmt wird, welche mit der ausgewählten Schmelzbadbreite, -tiefe und -form in Beziehung steht.

10. Ausbesserungsschweissverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauteil (10) ein Superlegierungsbauteil für Gasturbinentriebwerke und ein Guss- oder Schmiedestück ist.