DE102006018655A1

DE102006018655A1 - Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen und damit hergestelltes Bauteil

Info

Publication number: DE102006018655A1
Application number: DE102006018655A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Meier
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente mittels eines Pressschweißverfahrens unter Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche erfolgt. Erfindungsgemäß wird vor oder während der Erwärmung der mindestens einen Verbindungsfläche zumindest diese mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, bestehend aus einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement, wobei das erste und das zweite Bauelement mittels eines Pressschweißverfahrens verschweißt sind. Erfindungsgemäß ist vor oder während des Vorgangs des Pressschweißens zur Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche der Bauelemente die mindestens eine Verbindungsfläche mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente mittels eines Pressschweißverfahrens unter Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein mittels des Verfahrens hergestelltes Bauteil.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen mittels verschiedener Pressschweißverfahren bekannt. So beschreiben zum Beispiel die DE 10 2004 006 154 A1 und die DE 10 2004 012 653 A1 jeweils Rotationsreibschweißverfahren zum Verbinden von dynamisch belasteten Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen. Das beschriebene Reibschweißen gehört zu den genannten Pressschweißverfahren, wobei man beim Reibschweißen das so genannte lineare Reibschweißen vom Rotationsreibschweißen und dem so genannten Rührreibschweißen unterscheidet.
Aus der DE 198 58 702 A1 ist ein weiteres Pressschweißverfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine bekannt, wobei ein Schaufelblattabschnitt und wenigstens ein weiteres Schaufelteil bereitgestellt werden. Dabei werden entsprechende Verbindungsflächen dieser Elemente im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert und anschließend durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung ihrer Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Bei diesem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die genügend große und homogene Erwärmung der beiden Schweißpartner für die Qualität der Fügestelle von entscheidender Bedeutung.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch, dass hierbei Oxide an den Verbindungsflächen entstehen, die es notwendig machen, dass das Erwärmen und Verbinden der Verbindungsflächen bzw. Fügeflächen unter Schutzgas oder Vakuum erfolgen muss. Dadurch entsteht ein erheblicher Kostenaufwand, da teuere Schutzgasführungen, Abschirmungen über eine Glocke oder eine Vakuumkammer bereitgestellt werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen bereitzustellen, bei dem eine sichere, dauerhafte und kostengünstige Verbindung von Bauelementen gewährleistet ist.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, bereitzustellen, wobei eine sichere, dauerhafte und kostengünstige Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen gewährleistet ist.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, verwendet zum Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente ein Pressschweißverfahren unter Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche. Erfindungsgemäß wird vor oder während der Erwärmung der mindestens einen Verbindungsfläche zumindest diese mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen. Dadurch wird eine Oxidbildung oder eine Sauerstoffaufnahme durch die Verbindungsflächen zuverlässig verhindert. Eine teure Schutzgasführung und eine Abschirmung über eine Glocke oder eine Vakuumkammer entfällt, so dass neben einer sicheren und dauerhaften Verbindung der Bauelemente dieses auch kostengünstig durchgeführt werden kann. Zudem wird zum Beispiel beim induktiven Hochfrequenzpressschweißen die flüssige Metallfaser leichter aus der Fügezone gepresst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Verbindungsflächen der zu verbindenden Bauelemente vor oder während der Erwärmung mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen. Dadurch wird wiederum die Bildung von Oxiden auf beiden Verbindungsflächen zuverlässig verhindert. Auch in diesem Fall ist es nicht notwendig, das Erwärmen der Verbindungsflächen unter Schutzgas oder Vakuum durchzuführen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche mit Glaspulver beschichtet. Dabei kann dem Glaspulver ein Haftmittel zugegeben werden. Es ist aber auch möglich, dass die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche mit einem SiO₂-enthaltenden Schlicker beschichtet wird. Auch diesem kann ein Haftmittel zugegeben werden. Im Zuge der Erwärmung der Verbindungsfläche bzw. der Verbindungsflächen bildet sich dann die glasartige Schutzschicht, die eine Oxidbildung auf den Verbindungsflächen zuverlässig verhindert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche verglast. Dabei kann die Verglasung zum Beispiel durch ein Eintauchen der Verbindungsfläche bzw. der Verbindungsflächen in ein Glasschmelzbad erfolgen. Durch die dadurch entstehende glasartige Schutzschicht wird wiederum die Oxidbildung auf den Verbindungsflächen zuverlässig verhindert.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Pressschweißverfahren ein lineares Reibschweißverfahren, ein Rotationsreibschweißverfahren, ein Rührreibschweißverfahren oder ein induktives Hochfrequenzpressschweißverfahren. Es sind aber auch andere Pressschweißverfahren, d. h. Verfahren zum Verschweißen metallischer Werkstoffe unter Druck, verwendbar bzw. durchführbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erste Bauelement eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und das zweite Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um so genannte Blinks („bladed ring") oder Blinks („bladed disc") von Gasturbinentriebwerken.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, besteht aus einem ersten Bauelement und aus einem zweiten Bauelement, wobei das erste und das zweite Bauelement mittels eines Pressschweißverfahrens verschweißt sind. Dabei ist vor oder während des Vorgangs des Pressschweißens zur Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche der Bauelemente die mindestens eine Verbindungsfläche mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen. Dadurch ist gewährleistet, dass es zu keiner Oxidbildung oder zu einer Sauerstoffaufnahme auf dieser Verbindungsfläche kommt, so dass eine dauerhafte und sichere Verbindung der Bauelemente gewährleistet ist. Da auf eine Erwärmung der Verbindungsfläche bzw. der Verbindungsflächen unter Schutzgas oder Vakuum verzichtet werden kann, ist das Bauteil zudem sehr kostengünstig herzustellen.
Das erste und das zweite Bauelement können dabei aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen. Es ist aber auch möglich, dass das erste und das zweite Bauelement aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind. Dies betrifft zum Beispiel geschmiedete Bauelemente, durch Gussverfahren hergestellte Bauelemente, Bauelemente bestehend aus Einkristallen sowie gerichtet erstarrte Bauelemente.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Bauelement eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und das zweite Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um so genannte Blinks („bladed ring") oder Blisks („bladed disc") von Gasturbinentriebwerken.

Claims

Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente mittels eines Pressschweißverfahrens unter Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Erwärmung der mindestens einen Verbindungsfläche zumindest diese mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbindungsflächen der zu verbindenden Bauelemente vor oder während der Erwärmung mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche mit Glaspulver beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Glaspulver ein Haftmittel zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche mit einem SiO₂-enthaltenden Schlicker beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem SiO₂-enthaltenden Schlicker ein Haftmittel zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindende und/oder zu erwärmende Verbindungsfläche verglast wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verglasung durch ein Eintauchen der Verbindungsfläche in ein Glasschmelzbad erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressschweißverfahren ein lineares Reibschweißverfahren, ein Rotationsreibschweißverfahren, ein Rührreibschweißverfahren oder ein induktives Hochfrequenzpressschweißverfahren ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine ist und das zweite Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors ist.
Bauteil, insbesondere Bauteil einer Gasturbine, bestehend aus einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement, wobei das erste und das zweite Bauelement mittels eines Pressschweißverfahrens verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Vorgangs des Pressschweißens zur Erwärmung von mindestens einer Verbindungsfläche der Bauelemente die mindestens eine Verbindungsfläche mit einer glasartigen Schutzschicht überzogen ist.
Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine ist und das zweite Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors ist.