CH701556A2 - Verfahren zum Schliessen einer Öffnung in einer Komponente. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schliessen einer Öffnung (14) in einer Oberfläche (18) einer Komponente (10), und Komponenten (10), die dadurch gebildet werden. Das Verfahren beinhaltet ein Ausbilden einer Auskehlung in der Komponentenfläche (18), so dass die Auskehlung eine Öffnung (14) an der Komponentenfläche (18) wenigstens teilweise umgibt. Eine Legierung wird anschliessend in der Auskehlung aufgeschweisst/angelagert, um eine rissfreie Anlagerung in der Auskehlung zu bilden. Anschliessend wird spanabhebend eine Schulter ausgebildet, die die Öffnung (14) schneidet und die wenigstens teilweise in der Anlagerung ausgebildet ist. Die Schulter definiert eine Vertiefung, die wenigstens teilweise von einem peripheren Abschnitt der Anlagerung umgeben ist und die eine Fläche aufweist, die in die Komponentenfläche (18) eingestochen ist. Eine Abdeckung (30) wird in der Vertiefung angeordnet und an den peripheren Abschnitt der Anlagerung geschweisst, um eine Schweissverbindung zu definieren, die die Öffnung (14) vollständig verschliesst. Die Fläche der Schweissverbindung wird anschliessend spanabhebend bearbeitet, um eine spanabhebend bearbeitete Fläche zu bilden, die mit der Komponentenfläche (18) im Wesentlichen bündig ist.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zum Schliessen von Löchern in Komponenten, die bei hohen Temperaturen arbeiten, z.B. Löcher, die an den Spitzen von Gasturbinenlaufschaufeln angeordnet sind. Spezieller betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Füllen von Löchern in Gussteilen, die aus Legierungen ausgebildet sind, die zu Spannungs-Anlassrissbildung neigen, wenn versucht wird, solche Löcher durch herkömmliche Schweisstechniken zu füllen.

[0002] Komponenten der Gasturbinen, z.B. Schaufeln (Laufschaufeln), Leitapparate (Leitschaufeln) und sonstige Heissgaspfadkomponenten, sind gewöhnlich aus Nickel, Kobalt oder Superlegierungen auf Eisenbasis hergestellt, die erwünschte mechanische und die Umwelt betreffende Eigenschaften mit Blick auf die Betriebstemperaturen und -bedingungen von Turbinen aufweisen. Da der Wirkungsgrad einer Gasturbine von ihren Betriebstemperaturen abhängt, besteht ein Bedarf nach Komponenten, und besonders nach Turbinenlaufschaufeln und -leitapparaten, die in der Lage sind, den immer höheren Temperaturen standzuhalten. Da sich die maximale lokale Temperatur einer Superlegierungskomponente dem Schmelzpunkt der Superlegierung nähert, ist eine verstärkte Luftkühlung unabdingbar. Dementsprechend erfordern Strömungsflächen von Gasturbinenlaufschaufeln und -leitapparaten häufig komplizierte Kühlungsmassnahmen, bei denen Luft durch innere Kühlkanäle in dem Schaufelblatt gedrückt und anschliessend durch Kühllöcher an der Schaufeloberfläche ausgegeben wird.

[0003] Durch Giessverfahren ausgebildete Laufschaufeln und Leitapparate erfordern Kerne, um die inneren Kühlkanäle zu definieren. Während des Giessvorgangs wird ein Verschieben der Kerne verhindert, indem die Kerne in der Giessform durch Quarz-Stäbe oder ähnliche Mittel gestützt werden, wodurch sich in dem Gussteil in dem Bereich der Schaufelspitze häufig Öffnungen (Durchgangslöcher) ergeben. Diese Öffnungen müssen sicher geschlossen oder gestopft werden, um den durch diese Öffnungen auftretenden Verlust von Kühlluft zu verhindern, und um angemessene Luftströmungspegel durch die bezweckten Kühllöcher des Gussteils hindurch sicherstellen. Bisher wurden vielfältige Verfahren verwendet, um diese Löcher zu füllen, beispielsweise Hartlöten und Schweisstechniken, wobei die Letzteren Wolframschutzgas- (WIG)-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen und Laserstrahlschweissen beinhalten. Beispielsweise wurden Öffnungen in Nachbearbeitungsschritten nach dem Giessen mittels Schweiss- oder Hartlötverfahren dicht mit einer Abdeckplatte verschlossen. In manchen Fällen eignet sich Schweissen aufgrund hoher Kosten, unzureichender Schmelzschweissbarkeit des Materials oder Beschränkungen, die sich aus der Konstruktion der Komponente ergeben, nicht zum Schliessen oder Füllen von Löchern. Ausserdem sind Schweisstechniken mit der Anwendung örtlicher Wärmeenergie verbunden, die eine Schmelzzone und eine Basismetall-Wärmeeinflusszone (HAZ, Heat-Affected Zone) hervorruft, die für Seigerung und Spannungs-Anlassrissbildung anfällig sind.

[0004] Zu besonders bemerkenswerten Legierungen, die breite Anwendung für Gasturbinenlaufschaufeln gefunden haben, gehören die mittels γ’-verstärkten (hauptsächlich auf Ni3(Al,Ti) basierenden) Legierungen auf Nickelbasis GTD-111® und Rene N5, die oxidationsbeständige Superlegierungen hoher Festigkeit sind, die häufig als direktional verfestigte (DS, Directionally-Solidified) und Einkristall-(SX, Single-Crystal)-Gussteile für Gasturbinenanwendungen erzeugt sind. GTD-111® enthält in seiner nominalen Zusammensetzung in Gewichtsprozent etwa 14,0 % Cr, etwa 9,5 % Co, etwa 3,0 % Al, etwa 4,9 % Ti, etwa 1,5 % Mo, etwa 3,8 % W, etwa 2,8 % Ta und etwa 0,010 % C, wobei Nickel und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden, und N5 enthält in seiner nominalen Zusammensetzung in Gewichtsprozent etwa 7,5 % Co, etwa 7,0 % Cr, etwa 6,5 % Ta, etwa 6,2 % Al, etwa 5,0 % W, etwa 3,0 % Re, etwa 1,5 % Mo, etwa 0,15 % Hf, etwa 0,05 % C, etwa 0,004 % B und etwa 0,01 % Y, wobei Nickel und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden. Schaufeln, die aus diesen Legierungen hergestellt sind, haben sich aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzungen und insbesondere wegen ihres hohen Volumenanteils von γ’, das auf die zusammengeführten Anteile von Titan und Aluminium (mehr als fünf Gewichtsprozent Ti+Al) in diesen Legierungen zurückgeht, als besonders anfällig für Rissbildung erwiesen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, werden beim Schweissen von Komponenten, die aus dispersionsgehärteten Legierungen hergestellt sind, Gamma-Apostroph-(γ’)- und Gamma-Doppelapostroph-(γ’’)-Phasen im Innern und nahe der Schweissverbindung aufgelöst. Wenn die Komponente später ausreichend hohen Temperaturen ausgesetzt ist, können diese verfestigenden Phasen rascher wiederausfällen, als die Entspannung von Restspannungen, die aufgrund des Schweiss-vorgangs verblieben sind. Die Schweissverbindung und ein umgebender Bereich sind daher nicht in der Lage, die Spannungen aufzunehmen, die erforderlich sind, um die Restspannungen zu entlasten, mit dem Ergebnis, dass die Schweissverbindung und/oder die Wärmeeinflusszone reissen kann.

[0005] Ein Ansatz zum Mildern oder Eliminieren der Neigung zur Rissbildung von Schweissnähten basiert darauf, ein Abdeckungsmaterial auszuwählen, das eine bessere Schweissbarkeit aufweist, da es gewöhnlich einen zusammengeführten Anteil von Titan und Aluminium enthält, der geringer ist als derjenige der zu verschweissenden Schaufellegierung, beispielsweise weniger als fünf Gewichtsprozent Ti+Al. Ein wichtiges Beispiel einer derartigen Superlegierung ist die mittels γ’-verstärkte Superlegierung auf Nickelbasis GTD-222®, die in Gewichtsprozent eine nominale Zusammensetzung von etwa 22,5 % Cr, etwa 19,0 % Co, etwa 2,3 % Ti, etwa 1,2 % Al (etwa 3,5 % Ti+Al), etwa 2,0 % W, etwa 0,8 % Nb, etwa 1,0 % Ta, etwa 0,01 % Zr, etwa 0,01 % B und etwa 0,1% C aufweist, wobei Nickel und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden. Während die Schweissbarkeitsanforderungen für das Schliessen von Schaufelspitzenöffnungen erfüllt sind, weist GTD-222® im Vergleich zu GTD-111® schwächere mechanische Eigenschaften auf. Darüber hinaus haben bisherige Schweisstechniken, die verschweissbare Superlegierungen wie GTD-222® verwenden, das Auftreten von Spannungs-Anlassrissbildung nicht vollkommen vermieden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0006] Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Schliessen einer Öffnung in einer Oberfläche einer Komponente, wobei bedeutende Beispiele davon Komponenten beinhalten, die für hohe Temperaturen geeignete Superlegierungen aufweisen, z.B. Laufschaufeln, Leitapparate und sonstige Heissgaspfadkomponenten von Gasturbinen.

[0007] Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren ein Ausbilden einer Auskehlung in der Oberfläche der Komponente, so dass die Auskehlung eine Öffnung an der Oberfläche der Komponente wenigstens teilweise umgibt. Anschliessend wird in der Auskehlung eine Legierung aufgeschweisst/angelagert, um in der Auskehlung eine rissfreie Anlagerung zu bilden. Gemäss einem bevorzugten Aspekt weist die aufgeschweisste/angelagerte Legierung, beispielsweise dadurch, dass sie einen geringeren Gehalt an Ti+Al aufweist, eine bessere Schweissbarkeit auf als die Legierung, aus der die Komponente hergestellt ist. Danach wird spanabhebend eine Schulter ausgebildet, die die Öffnung schneidet und wenigstens teilweise in der Anlagerung ausgebildet ist. Die Schulter definiert eine Vertiefung, die wenigstens teilweise von einem peripheren Abschnitt der Anlagerung umgeben ist und eine Fläche aufweist, die in die Oberfläche der Komponente eingestochen ist. In der Vertiefung wird anschliessend eine Abdeckung angeordnet, die dann an den peripheren Abschnitt der Anlagerung geschweisst wird, um eine Schweissverbindung zu definieren, die die Öffnung vollständig verschliesst. Zu der Schweissverbindung gehören eine Fläche, die zu einem Teil durch Oberflächen der Abdeckung gebildet ist, eine Schweissverbindung, die die Abdeckung umgibt, und der periphere Abschnitt der Anlagerung. Die Schweissverbindungsfläche wird anschliessend spanabhebend bearbeitet, um eine spanabhebend bearbeitete Fläche zu bilden, die mit der Oberfläche der Komponente im Wesentlichen bündig ist.

[0008] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Komponente, die durch das oben beschriebene Verfahren ausgebildet wird.

[0009] Eine Merkmal der Erfindung basiert darauf, dass eine Komponente, die aus einer Superlegierung ausgebildet ist, die sich sonst nur schwer schweissen lässt, verschweissbar gemacht wird, und Öffnungen in der Oberfläche der Komponente durch Schweissen geschlossen werden können, um möglicherweise im Wesentlichen rissfreie Schweissnähte zu erhalten.

[0010] Andere Aspekte und Vorteile dieser Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung verständlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0011] Fig. 1 veranschaulicht anhand einer perspektivischen Ansicht einer Spitze einer Gasturbinenschaufel Spitzenöffnungen, die zu verschliessen und abzudichten sind.

[0012] Fig. 2A zeigt eine der Öffnungen in der Schaufelspitze von Fig. 1in einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 2A-2A.

[0013] Fig. 2B bis 2G zeigen Schritte, die gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Schliessen der Schaufelspitzenöffnung von Fig. 2A ausgeführt werden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0014] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Spitzenbereichs 12 einer Komponente 10, beispielsweise einer Lauf-schaufel, eines Leitapparates, oder sonstiger Heissgaspfadkomponenten einer Gasturbine. Dementsprechend ist die Komponente 10 vorzugsweise ein direktional verfestigtes oder Einkristall-Gussteil, das anhand eines für hohe Temperaturen geeigneten Materials ausgebildet ist, von dem bedeutende Beispiele Superlegierungen auf Nickelbasis wie Rene N4, Rene N5, Rene 108, GTD-111®, GTD-444® und IN-738 beinhalten. Rene N4, Rene N5, Rene 108, GTD-111® und GTD-444® sind mittels γ’-verstärkte Nickelbasissuperlegierungen, deren Zusammensetzungen in unterschiedlichen Veröffentlichungen angegeben sind, beispielsweise in den US-Patenten 4810 467, 5154 884, 5399 313, 6074 602, 6416 596, 6428 637, und dergleichen. Die nominale Zusammensetzung von IN-738 ist in Gewichtsprozent angegeben mit etwa 16 % Chrom, 8,5 % Kobalt, 1,75 % Molybdän, 2,6 % Wolfram, 1,75 % Tantal, 0,9 % Niob, 3,4 % Aluminium, 3,4 % Titan, 0,10 % Zirconium, 0,01 % Bor und 0,17 % Kohlenstoff, wobei Nickel und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden. Zu beachten ist, dass sämtliche dieser Nickel-Basismaterialien nominal einen Ti+Al-Anteil von mehr als fünf Gewichtsprozent, und gewöhnlich mehr als sechs Gewichtsprozent, aufweisen, was diese Legierungen im Allgemeinen anfällig für Spannungs-Anlassrissbildung macht. Allerdings kommt in Betracht, dass die Komponente 10 auch aus anderen Materialien gegossen sein könnte, die für durch Schweissen verursachte Rissbildungen anfällig sind, beispielsweise Superlegierungen auf Kobaltbasis wie FSX-414, dessen nominale Zusammensetzung in Gewichtsprozent etwa 29,5 % Chrom, 10,5 % Nickel, 7 % Wolfram, bis zu 2 % Eisen, 0,25 % Kohlenstoff und 0,012 % Bor beträgt, wobei Kobalt und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden. Während diese Legierungen dafür bekannt sind, dass sie während oder nach dem Schweissen zu Rissbildung neigen, ist die Erfindung auch auf andere Legierungen anwendbar.

[0015] Wie zuvor erörtert, erfordern Schaufeln, Leitapparate und sonstige mittels Gusstechnik ausgebildete Heissgaspfadkomponenten häufig innere Kühlkanäle, was die Verwendung von Kernen während des Giessvorgangs voraussetzt, um die Durchlasskanäle und Stäbe oder sonstige geeignete Mittel zu definieren, die dazu dienen, die Kerne während des Giessens zu stützen und ein Verschieben derselben zu verhindern. Fig. 2A veranschaulicht im Querschnitt eine von drei Öffnungen 14, die als an dem Spitzenbereich 12 der Komponente 10 von Fig. 1angeordnet gezeigt ist. Die Öffnung 14 repräsentiert ein Durchgangsloch, das gewöhnlich in der Gussteilwand 16 durch einen Stab entsteht, der verwendet wird, um einen Kern während des Giessvorgangs zu tragen und ein Verschieben desselben zu verhindern, obwohl auch andere Ursachen von Löchern und sonstige Arten von Löchern, beispielsweise Blindlöcher und Hohlräume, in den Schutzumfang dieser Erfindung fallen. In den meisten Situationen ist die Öffnung 14 nach dem Giessvorgang sicher zu verschliessen, um den Verlust an Kühlluft durch die Öffnung 14 zu verhindern, nachdem die Komponente 10 in einer Gasturbine eingebaut ist. Zu diesem Zweck zeigen Fig. 2B bis 2G Schritte in einem Verfahren zum Füllen und Schliessen der Öffnung 14 in der Komponente 10. Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird die Öffnung 14 mittels eines Schweissvorgangs und einer Schweissverbindungsanordnung geschlossen, die mit der Geometrie des Spitzenbereichs herkömmlicher Gasturbinenlaufschaufeln und -leitapparate kompatibel sind, und die in der Lage sind, eine Schweissverbindung zu erzeugen, die gewünschte mechanische Eigenschaften aufweist. Spezieller verschliesst die Erfindung die Öffnung 14 mittels einer Schweissverbindung (20 in Fig. 2G), die mehrere Schweissregionen und -materialien aufweist, die es der Schweissverbindung 20 ermöglichen, die Öffnung 14 in einer Komponente 10, die aus einem möglicherweise zu Rissbildung neigenden Material ausgebildet ist (beispielsweise aus GTD-111® oder Rene N5), mit einem besser schweissbaren und gegen Riss-bildung beständigeren Material (beispielsweise GTD-222®) zu verschliessen. Um dies durchzuführen, ist die Schweissverbindung 20 ausgebildet, um eine Schweissnaht 34 (Fig. 2F) zwischen, und metallurgisch verbindenden, Regionen der Schweiss-Verbindung 20 aufzuweisen, die aus besser schweissbaren und gegen Rissbildung beständigeren Materialien (beispielsweise GTD-222®) ausgebildet sind. Durch diese Vorgehensweise ist das Verfahren in der Lage, Rissbildung aufgrund von Seigerung und Spannungs-Anlassphänomenen vollständig zu eliminieren.

[0016] Fig. 2B zeigt eine Nut oder Auskehlung 22, wie sie in der Oberfläche 18 der Komponente 10 ausgebildet ist, die die Öffnung 14 umgibt. Die Auskehlung 22 ist unmittelbar benachbart zu dem peripheren Rand 24 der Öffnung 14, jedoch mit einem geringen Abstand von dem Rand 24 angeordnet, um eine Restlippe 26 zu bilden, die die Öffnung 14 umgibt. Die Auskehlung 22 und die Lippe 26 umgeben die Öffnung 14 vorzugsweise vollständig, wobei in diesem Fall klar sein sollte, dass die beiden Bereiche der in Fig. 2B bis 2G gezeigten Auskehlung 22 tatsächlich Abschnitte derselben Auskehlung 22 sind, die jedoch durch die Öffnung 14 getrennt sind. Es sollte allerdings verständlich sein, dass die Auskehlung 22 in einigen Fällen möglicherweise lediglich einen Teil der Öffnung 14 umgibt. Die Auskehlung 22 ist mit einem in etwa U-förmigen Querschnitt gezeigt, jedoch weist die von der Öffnung 14 am weitesten entfernt angeordnete Wand 22A der Auskehlung 22 eine geringfügigere Steigung auf als die Wand 22B, die gegenüber der Öffnung 14 am nächsten angeordnet ist und die von der Lippe 26 gebildet wird, so dass eine Form entsteht, die als eine Tropfenhälfte beschrieben werden könnte. Wie aus Fig. 2F klar hervorgeht, trifft die benachbart der Lippe 26 angeordnete grössere Tiefe der Auskehlung 22 mit dem Ort der späteren Schweissnaht 34 zusammen. Allerdings können auch andere Querschnittsformen verwendet werden, solange eine angemessene Tiefe für die Schweissnaht 34 bereitgestellt ist. Geeignete Breiten und Tiefen für die Auskehlung 22 sind etwa 2,0 bis ungefähr 8,0 Millimeter bzw. etwa 3,0 bis ungefähr 8,0 Millimeter, obwohl auch kleinere und grössere Abmessungen in Betracht kommen. Um die Auskehlung 22 und ihre bevorzugte Querschnittsform kontrolliert hervorbringen können vielfältige Bearbeitungstechniken verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung von Dreh-, Bohr- und Fräsmaschinen, sowie durch spanabhebende Bearbeitung mittels manueller Werkzeugen.

[0017] Wie aus Fig. 2C klar ersichtlich, soll die Auskehlung 22 zweckmässig als ein Becken für eine Anlagerung 28 dienen, die in Fig. 2E bis 2Gzu sehen ist, wie sie eine Abdeckung 30 verankert, die die Öffnung 14 verschliesst. Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Anlagerung 28 aus einem Material hergestellt, dass teilweise mit Blick darauf ausgewählt ist, das es besser schweissbar und weniger anfällig für Spannungs-Anlassrissbildung ist als die Legierung, aus der die Komponente 10 ausgebildet ist. Andere erwünschte Eigenschaften der Anlagerung 28 betreffen die chemische und metallurgische Kompatibilität mit der Legierung der Komponente 10, die Dauerfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Eignung für eine spanabhebende Bearbeitung. Besonders geeignete Werkstoffe für die Anlagerung 28 sind Legierungen auf Nickelbasis, die gegenüber der Superlegierung, aus der die Komponente 10 gebildet ist, einen geringeren γ’-Gehalt aufweisen, was gewöhnlich auf einen geringeren Gehalt an Ti+Al zurückzuführen ist, beispielsweise einen Ti+Al-Anteil von weniger als fünf Gewichtsprozent. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer derartigen Legierung ist die oben erwähnte Superlegierung GTD-222®, deren Zusammensetzung in Gewichtsprozent etwa 22,2-22,8 % Chrom, etwa 18,5-19,5 % Kobalt, etwa 2,2-2,4 % Titan, etwa 1,1-1,3 % Aluminium (etwa 3,2-3,8 % Titan+Aluminium), etwa 1,8-2,2 % Wolfram, etwa 0,7-0,9 % Niob (Niobium), etwa 0,9-1,1 % Tantal, etwa 0,005-0,020 % Zirconium, etwa 0,005-0,015 % Bor und etwa 0,8-0,12 % Kohlenstoff beträgt, wobei Nickel und zufällige Verunreinigungen die Differenz zu 100 % bilden.

[0018] Es können unterschiedliche Verfahren genutzt werden, um das Material in der Auskehlung 22 aufzuschweissen/anzulagern, insbesondere beispielsweise Laserpulverauftrag, obwohl auch andere Auftragstechniken verwendet werden können, z.B. Plasmapulverauftrag, usw. es wird davon ausgegangen, dass Laserpulverauftrag und andere Fusionsschweisstechniken mit hohen Energiedichten vorzuziehen sind, da diese die Fähigkeit aufweisen, die Anlagerung 28 so aufzubauen, dass sie einen Zustand geringerer Spannungen aufweist, was die Ausbildung einer rissfreien Anlagerung 28 begünstigt. Solche Anlagerungstechniken sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und sind daher hierin nicht in allen Einzelheiten beschrieben. Wie aus Fig. 2C zu entnehmen, ist die Auskehlung 22 vollständig gefüllt und kann geringfügig mit der Anlagerung 28 überbefüllt sein. Im Ergebnis umgibt die aufgebaute Anlagerung 28 die Öffnung 14 zur Gänze, ist jedoch von der Öffnung 14 durch die Lippe 26 getrennt, die während der spanabhebenden Herstellung der Auskehlung 22 entsteht.

[0019] Wie in Fig. 2D gezeigt, ist in der Lippe 26 und in der die Öffnung 14 umgebenden Anlagerung 28 spanabhebend eine Schulter ausgebildet, so dass die Schulter die Öffnung 14 schneidet, wenigstens teilweise in der Anlagerung 28 ausgebildet ist und eine Vertiefung 32 definiert, die von einem peripheren Abschnitt der Anlagerung 28 umgeben ist. Zu beachten ist, dass sich die Tiefe der Vertiefung 32 nicht tiefer erstreckt als die Anlagerung 28 in der Auskehlung 22, und dass sich die Breite der Vertiefung 32 nicht seitlich über die Anlagerung 28 in der Auskehlung 22 hinaus erstreckt. Im Ergebnis wird der grösste Teil der Unterseite 32A und die gesamte Seitenwandflache 32B der Vertiefung 32 vorzugsweise von spanabhebend bearbeiteten Flächen der Anlagerung 28 gebildet, wobei lediglich ein kleiner Teil der Unterseite 32A, der die geringste Entfernung zu der Öffnung 14 aufweist, durch eine spanabhebend bearbeitete Fläche 32C der ursprünglichen Wand 16 der Komponente 10 definiert ist, die sich daraus ergibt, dass, wie aus Fig. 2D hervorgeht, ein Teil der Lippe 26, jedoch nicht die ganze Lippe 26 entfernt ist. Die Breite und Tiefe der Vertiefung 32 sind mit Blick auf die Aufnahme einer Abdeckung 30 (Fig. 2Ebis 2G) mit einer ausreichenden Breite und Dicke bemessen, um die Öffnung 14 zuverlässig zu verschliessen. Es wird angenommen, dass geeignete Breiten und Tiefen für die Vertiefung 32 etwa 1,0 bis ungefähr 4,0 Millimeter bzw. etwa 1,0 bis ungefähr 4,0 Millimeter sind, obwohl kleinere und grössere Masse vorstellbar sind. In Fig. 2Dund 2E ist die untere Fläche 32A der Vertiefung 32 als weitgehend parallel mit der Fläche 18 der Komponente 10 dargestellt, mit dem Ergebnis, dass die Abdeckung 30 eine im Wesentlichen gleichmässige Dicke aufweisen kann, obwohl es klar ist, dass die untere Fläche 32A in Richtung der Öffnung 14 oder von dieser sich entfernend geneigt sein könnte.

[0020] Fig. 2E zeigt das Ergebnis der Platzierung der Abdeckung 30 in der Vertiefung 32, und Fig. 2F zeigt das Ergebnis des Schweissens der Abdeckung 30 an den peripheren Abschnitt der Anlagerung 28, die die Vertiefung 32 umgibt. Insbesondere ist die Abdeckung 30 an die Seitenwände 32B der Vertiefung 32 geschweisst und berührt, jedoch ohne daran unmittelbar angeschweisst zu sein, die Legierung, aus der die Komponentenwand 16 ausgebildet ist (d.h. die spanabhebend bearbeitete Fläche 32C, die durch spanabhebende Bearbeitung der Lippe 26 gebildet wird, die die Öffnung 14 umgibt). Das Ergebnis ist die oben erwähnte Schweissverbindung 20 und ihre Schweissnaht 34, die einen Verschluss für die Öffnung 14 bilden, der die Abdeckung 30 aufweist, die von der Schweissnaht 34 umgeben ist, die wiederum von dem peripheren Abschnitt der Anlagerung 28 umgeben ist. Falls die Abdeckung 30, wie in Fig. 2F gezeigt, lediglich an die Anlagerung 28 geschweisst ist, können geeignete Werkstoffe für die Abdeckung 30 in erster Linie mit Blick auf die Kompatibilität mit der Legierung der Anlagerung 28 ausgewählt werden, obwohl es klar ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE, Coefficient of Thermal Expansion) und sonstige physikalische, mechanische und metallurgische Eigenschaften massgebend sein werden, um eine angemessene Kompatibilität mit der Komponente 10 zu erreichen. In vielen Fällen kann das Material für die Abdeckung 30 mit dem Legierungsmaterial der Anlagerung 28, beispielsweise GTD-222®, ganz und gar übereinstimmen.

[0021] Geeignete Schweisstechniken beinhalten Verfahren, die hochenergetische Strahlen verwenden, beispielsweise Laserschweissen und Elektronenstrahlschweissen, oder ein sonstiges Fusionsschweissverfahren. Solche Schweisstechniken sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und sind daher hierin nicht in allen Einzelheiten beschrieben. Da die sich ergebende Schweissverbindung 34 auf ein metallurgisches Verbinden der Abdeckung 30 mit der Anlagerung 28 beschränkt ist und die Abdeckung 30 nicht unmittelbar mit dem Material der Komponente 10 verbindet, lässt sich die Gefahr einer Spannungs-Anlassrissbildung durch ein geeignetes Auswählen der Materialien für die Anlagerung 28 und für die Abdeckung 30, wie im Vorausgehenden beschrieben, erheblich reduzieren und möglicherweise eliminieren.

[0022] Zuletzt zeigt Fig. 2Gdas Ergebnis einer spanabhebenden Bearbeitung der Oberfläche der Schweissverbindung 20, um eine spanabhebend bearbeitete Fläche 36 zu bilden, die mit der umgebenden Fläche 18 der Komponente 10 im Wesentlichen bündig ist. Geeignete spanabhebende Bearbeitungstechniken für diesen Zweck sowie andere Oberflächenbearbeitungsschritte, die an der spanabhebend bearbeiteten Fläche 36 durchgeführt werden können, sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und werden daher hierin nicht beschrieben.

[0023] Während die Erfindung mit Blick auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass ein Fachmann andere Ausführungsformen heranziehen könnte. Der Schutzumfang der Erfindung ist daher lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt.

[0024] Verfahren zum Schliessen einer Öffnung 14 in einer Oberfläche 18 einer Komponente 10, und Komponenten 10, die dadurch gebildet werden. Das Verfahren beinhaltet ein Ausbilden einer Auskehlung 22 in der Komponentenfläche 18, so dass die Auskehlung 22 eine Öffnung 14 an der Komponentenfläche 18 wenigstens teilweise umgibt. Eine Legierung wird anschliessend in der Auskehlung 22 aufgeschweisst/angelagert, um eine rissfreie Anlagerung in der Auskehlung 22 zu bilden. Anschliessend wird spanabhebend eine Schulter ausgebildet, die die Öffnung 14 schneidet und die wenigstens teilweise in der Anlagerung ausgebildet ist. Die Schulter definiert eine Vertiefung 32, die wenigstens teilweise von einem peripheren Abschnitt der Anlagerung umgeben ist und die eine Fläche aufweist, die in die Komponentenfläche 18 eingestochen ist. Eine Abdeckung 30 wird in der Vertiefung 32 angeordnet und an den peripheren Abschnitt der Anlagerung geschweisst, um eine Schweissverbindung 20 zu definieren, die die Öffnung 14 vollständig verschliesst. Die Fläche der Schweissverbindung 20 wird anschliessend spanabhebend bearbeitet, um eine spanabhebend bearbeitete Fläche 36 zu bilden, die mit der Komponentenfläche 18 im Wesentlichen bündig ist.

Bezugszeichenliste

[0025] <tb>10<sep>Komponente<sep>110 <tb>12<sep>Bereich<sep>112 <tb>14<sep>Öffnung<sep>114 <tb>16<sep>Wand<sep>116 <tb>18<sep>Fläche<sep>118 <tb>20<sep>Schweissverbindung<sep>120 <tb>22<sep>Auskehlung<sep>122 <tb>22A<sep>Wand<sep>122 <tb>22B<sep>Wand<sep>122 <tb>24<sep>Rand<sep>124 <tb>26<sep>Lippe<sep>126 <tb>28<sep>Anlagerung<sep>128 <tb>30<sep>Abdeckung<sep>130 <tb>32<sep>Vertiefung<sep>132 <tb>32A<sep>Fläche<sep>132 <tb>32B<sep>Fläche<sep>132 <tb>32C<sep>Fläche<sep>132 <tb>34<sep>Schweissverbindung<sep>134 <tb>36<sep>Fläche<sep>136

Claims (10)

1. Verfahren zum Schliessen einer Öffnung (14) an einer Fläche (18) einer Komponente (10), die aus einer ersten Legierung ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ausbilden einer Auskehlung (22) in der Oberfläche (18) der Komponente (10), wobei die Auskehlung (22) die Öffnung (14) an der Oberfläche (18) der Komponente (10) wenigstens teilweise umgibt; Anlagern einer zweiten Legierung in der Auskehlung (22), um eine rissfreie Anlagerung (28) in der Auskehlung (22) zu bilden, wobei die zweite Legierung eine bessere Schweissbarkeit aufweist als die erste Legierung; spanabhebendes Ausbilden einer Schulter, die die Öffnung (14) schneidet und wenigstens teilweise in der Anlagerung (28) ausgebildet ist, wobei die Schulter eine Vertiefung (32) definiert, die wenigstens teilweise von einem peripheren Abschnitt der Anlagerung (28) umgeben ist und eine Fläche (32A) aufweist, die in die Oberfläche (18) der Komponente (10) eingestochen ist (32); Platzieren einer Abdeckung (30) in der Vertiefung (32); Schweissen der Abdeckung (30) an den peripheren Abschnitt der Anlagerung (28), um eine Schweissverbindung (20) zu definieren, die die Öffnung (14) vollständig verschliesst, wobei die Schweissverbindung (20) aufweist: eine Fläche, die zu einem Teil durch Flächen der Abdeckung (30) gebildet ist, eine Schweissnaht (34), die die Abdeckung (30) umgibt, und den peripheren Abschnitt der Anlagerung (28); und anschliessend spanabhebendes Bearbeiten der Oberfläche der Schweissverbindung (20), um eine spanend bearbeitete Fläche (36) zu bilden, die mit der Fläche (18) der Komponente (10) im Wesentlichen bündig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskehlung (22) so gestaltet ist, dass sie die Öffnung (14) vollständig umgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskehlung (22) ausgebildet ist, um eine Lippe (26) in der Oberfläche (18) der Komponente (10) zu definieren, die die Auskehlung (22) von der Öffnung (14) in der Oberfläche (18) der Komponente (10) trennt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskehlung (22) ausgebildet ist, um die Öffnung (14) vollständig zu umgeben, und dass die Lippe (26) die Auskehlung (22) von der Öffnung (14) in der Oberfläche (18) der Komponente (10) zur Gänze trennt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung geeignet aufgebracht ist, so dass die Anlagerung (28) die Öffnung (14) vollständig umgibt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter spanabhebend ausgebildet ist, um die Öffnung (14) vollständig zu umgeben, und dass der gesamte Umfang (24) der Öffnung (14) durch die Schulter geschnitten ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter spanabhebend ausgebildet ist, so dass der periphere Abschnitt der Anlagerung (28) die Vertiefung (32) vollständig umgibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (30) lediglich an den peripheren Abschnitt der Anlagerung (28) geschweisst ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung eine Superlegierung auf Nickelbasis ist, die einen zusammengeführten Anteil von Aluminium und Titan von weniger als fünf Gewichtsprozent enthält.

10. Komponente (10), bei der die spanabhebend bearbeitete Fläche (36) durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (10) eine gegossene Heissgaspfadkomponente (10) einer Gasturbine ist.