DE102008036450A1 - Labyrinth-sealing web-repairing process for gas turbine, comprises subjecting a metal melt on a component surface to be constructed, where the metal melt is produced by melting of particles of metal powder using laser beam - Google Patents

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Abstract

The labyrinth-sealing web-repairing process comprises subjecting a metal melt on a component surface to be constructed. The metal melt is produced by melting of particles of metal powder (4), which is transmitted to the surface to be constructed, by laser beam. The laser beam is transferred to the particles of the metal powder in melt-flowable phase and the fluid particle is subjected on the surface. The focusing area of the laser beam has an interval to the surface to be constructed. Welding beads are produced with a thickness of 0.1-0.3 mm through the metal powder particle. The labyrinth-sealing web-repairing process comprises subjecting a metal melt on a component surface to be constructed. The metal melt is produced by melting of particles of metal powder (4), which is transmitted to the surface to be constructed, by laser beam. The laser beam is transferred to the particles of the metal powder in melt-flowable phase and the fluid particle is subjected on the surface. The focusing area of the laser beam has an interval to the surface to be constructed. Welding beads are produced with a thickness of 0.1-0.3 mm through the metal powder particle. The process is carried out under protective gas atmosphere. The metal powder particle is radially subjected related on a turbine disk (1). The welding additive materials or the base materials or one of both high heat-resistant weldable alloys after conventional criteria are used for the process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für Labyrinth-Dichtungsstege an Turbinenscheiben durch Auftragen einer geeigneten Metalllegierungs-Schmelze auf die wieder aufzubauenden Dichtungsstege, deren ursprüngliches Material gleich dem mit konventionellen Schweißverfahren nur eingeschränkt oder nicht schweißbaren Turbinenscheiben-Werkstoff, insbesondere Udimet 720, oder eine ähnliche hochwarmfeste Nickel-Basislegierung ist.The The invention relates to a repair method for labyrinth seal webs on turbine disks by applying a suitable metal alloy melt on the again to be built up seal webs, whose original Material equal to conventional welding Limited or non-weldable turbine disc material, especially Udimet 720, or a similar heat resistant Nickel-based alloy is.

Zum technischen Umfeld wird auf die US 4,657,171 verwiesen. Das erfindungsgemäße Reparaturverfahren ist jedoch ebenso anwendbar, wenn die Turbinenscheibe aus einem konventionell schweißbaren Werkstoff besteht.The technical environment is on the US 4,657,171 directed. However, the repair method according to the invention is equally applicable if the turbine disk consists of a conventionally weldable material.

Turbinenscheiben sind teure Einzelteile eines Triebwerkes, z. B. eines Flug-Gasturbinen-Triebwerkes. Aus diesem Grunde werden Scheibenbereiche, die dem Verschleiß unterworfen sind, üblicherweise repariert oder wieder regeneriert. Insbesondere gilt dies für die Dichtlippen oder sog. Dichtungsstege der Labyrinthdichtungen, die im Betrieb des Triebwerks mit den z. B. keramischen Dichtflächen des Turbinen-Stators zusammenwirken. Verschlissene, über einer längeren Betriebsdauer abgetragene Dichtungsstege können durch geeigneten Materialauftrag wieder aufgebaut werden.turbine disks are expensive parts of an engine, z. B. a flight gas turbine engine. For this reason, disc areas are subject to wear are, usually repaired or regenerated. In particular, this applies to the sealing lips or so-called sealing webs the labyrinth seals that in the operation of the engine with the z. B. ceramic sealing surfaces of the turbine stator cooperate. Worn out, over a longer service life Removed sealing webs can by suitable material application be rebuilt.

Bei relativ einfachen Turbinenscheiben, die aus konventionellen Nickel-Basislegierungen, wie z. B. Waspaloy, A286 oder IN718 gefertigt sind, erfolgt dieser Materialauftrag durch Auftragsschweißen, z. B. mit WIG (Wolfram Inert Gas) oder durch Mikro-Plasma-Auftragschweißen. Gesteigerte Anforderungen moderner Triebwerke erfordern zunehmend den Einsatz extrem warmfester Werkstoffe wie z. B. UDIMET 720Li oder einer anderen hochwarmfesten Nickel-Basislegierung, wozu im übrigen auf die US 3,567,526 verwiesen wird. Bei derartigen hochfesten Scheibenlegierungen sind die bekannten Material-Auftragsverfahren nicht anwendbar, da aufgrund von deren sehr hohem Festigkeitspotential und der damit einhergehenden Rissanfälligkeit diese Werkstoffe nach konventionellen Klassifizierungen als nicht schweißbar gelten.For relatively simple turbine disks consisting of conventional nickel-based alloys, such as. B. Waspaloy, A286 or IN718 are made, this material order by build-up welding, z. B. with TIG (tungsten inert gas) or by micro-plasma build-up welding. Increased demands of modern engines increasingly require the use of extremely heat-resistant materials such. B. UDIMET 720Li or another high-temperature nickel-base alloy, which incidentally on the US 3,567,526 is referenced. In such high-strength disk alloys, the known material application methods are not applicable, since due to their very high strength potential and the associated susceptibility to cracking these materials are considered to be non-weldable according to conventional classifications.

Da somit die etablierten Reparaturverfahren auf hochfeste Scheibenwerkstoffe nicht einfach übertragbar sind, können Turbinenscheiben aus derartigen Werkstoffen bislang praktisch nicht repariert werden und müssen schon bei kleinen Verschleißangriffen gegen sehr teuere Neuteile ausgetauscht werden. Im übrigen ist ein weiterer Nachteil des bekannten Auftragsschweißens die damit verbundene hohe Wärmeeinbringung in das Bauteil mit der möglichen Folge von Verzug und negativer Beeinflussung des Wärmebehandlungszustandes in naher Reparaturumgebung.There thus the established repair methods on high-strength disc materials not easily transferable, can turbine disks have not been repaired from such materials so far practically and have to deal with minor wear attacks be exchanged for very expensive new parts. Furthermore is another disadvantage of the known hardfacing the associated high heat input into the component with the possible consequence of delay and negative influence the heat treatment condition in the near repair environment.

Die US 4,657,171 beschreibt das Auftragsschweißen zu Reparaturzwecken für oder von Dichtungsstegen an Turbinenscheiben, die aus einem kaum schweißbaren Grundmaterial bestehen. Dort wird der Dichtungssteg zunächst mechanisch weiter abgetragen, wonach ein gut schweißbares Material in schmelzflüssiger Form aufgetragen wird. Danach wird die Turbinenscheibe einer Vergütungsbehandlung unter Hitzeeinwirkung unterworfen, wonach die Dichtungsstege durch spanabhebende Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht werden.The US 4,657,171 describes surfacing welding for repair purposes for or from sealing webs on turbine disks, which consist of a barely weldable base material. There, the sealing bar is first removed mechanically further, after which a good weldable material is applied in molten form. Thereafter, the turbine disk is subjected to heat tempering treatment, after which the sealing webs are machined to the desired shape.

Die US 4,657,171 beschreibt somit ein Verfahren, das u. a. zur Reparatur von Labyrinth-Dichtungsstegen von aus einem nicht oder ungenügend schweißfähigen Werkstoff bestehenden Turbinenscheiben angewendet werden kann. Bei diesem Verfahren ist es zunächst erforderlich, dass eine bestimmte Höhe des Steges als Sockel erhalten bleibt, auf den ein anderes Material als das der Turbinenscheibe in schmelzflüssiger Form aufgebracht wird und ohne vorheriges Aufschmelzen des Basisbereichs eine metallurgische Bindung mit diesem eingehen soll. Bei Auftragen des schweißbaren schmelzflüssigen Werkstoffs für die Dichtungsstege ist der entstehende Wärmeeintrag in die Turbinenscheibe derart hoch, dass sich das Bauteil verziehen kann und der vorhandene Wärmebehandlungszustand der Turbinenscheibe im Bereich des reparierten Dichtungssteges negativ beeinflusst wird. Eine nachfolgende aufwendige Wärmebehandlung ist unumgänglich.The US 4,657,171 thus describes a method which can be used, inter alia, for repairing labyrinth sealing webs of turbine disks consisting of a non-weldable or insufficiently weldable material. In this method, it is first necessary that a certain height of the web is maintained as a base to which a material other than that of the turbine disk is applied in molten form and is to undergo a metallurgical bond with it without prior melting of the base region. When applying the weldable molten material for the sealing webs of the resulting heat input into the turbine disk is so high that the component can warp and the existing heat treatment condition of the turbine disk is negatively affected in the repaired sealing web. A subsequent complex heat treatment is essential.

Die DE 39 42 051 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch aufeinanderfolgenden, mittels eines Schweißvorgangs verbundenen Materialauftrag. Das Verfahren betrifft insbesondere die Herstellung von in Gasturbinen eingesetzten Verdichtern mit integral am Umfang der Verdichterscheibe angeformten Verdichterschaufeln (BLISK). Das Aufbringen der einzelnen Materialschichten erfolgt mit einem Laserschweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl auf der Oberfläche, auf der die jeweils folgende Materialschicht aufgebracht werden soll, ein Schweißband aufschmilzt und ein fein zerteilter Zusatzstoff in den aufgeschmolzenen Bereich eingespeist wird. Unter diesen Bedingungen ist jedoch die Ausbildung eines vergleichsweise großen Schmelzbades und damit verbundener Badsicherungsmaßnahmen sowie eines entsprechend hohen Wärmeeintrags in die Verdichterscheibe bzw. -schaufeln erforderlich. Durch den hohen Energieeintrag besteht die Gefahr der Heißrissbildung und – aufgrund einer zu geringen Abkühlgeschwindigkeit – eines zu starken Kornwachstums und dadurch verminderter Festigkeitseigenschaften, so dass aufwendige Wärmebehandlungsmaßnahmen notwendig sind.The DE 39 42 051 refers to a method of manufacturing articles by sequential material application associated with a welding operation. The method relates in particular to the production of compressors used in gas turbines with integrally formed on the circumference of the compressor disk compressor blades (BLISK). The application of the individual layers of material takes place by means of a laser welding method in which a laser beam melts a welding strip on the surface on which the respective following material layer is to be applied, and a finely divided additive is fed into the melted area. Under these conditions, however, the formation of a comparatively large molten bath and associated bath protection measures and a correspondingly high heat input into the compressor disk or blades is required. Due to the high energy input there is a risk of hot cracking and - due to a too low cooling rate - too strong grain growth and thus reduced strength properties, so that complex heat treatment measures are necessary.

Gerade bei den thermischen und mechanisch höchsten Belastungen ausgesetzten Turbinenscheiben moderner Triebwerke, die aus einem hochwarmfesten Werkstoff auf Nickel-Basis, wie beispielsweise Udimet 720 hergestellt sind, besteht aufgrund des hohen Festigkeitspotentials dieser Werkstoffe die Gefahr der Heißrissbildung und der Verringerung der Festigkeitseigenschaften, wenn der Wärmeeintrag zu hoch ist. Aus diesen Gründen ist das in der DE 39 42 051 beschriebene Verfahren nicht auf die Reparatur der Dichtungsstege von Turbinenscheiben übertragbar, zumal die Spitzen der Dichtungsstege durch Kontakt mit einer gegenüberliegenden Dichtfläche besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind und die Dichtungsstege auch in entgegengesetzte Richtungen weisen, so dass nicht nur aus Gründen der Festigkeit und Heißrissempfindlichkeit, sondern auch aus verfahrenstechnischen Gründen wegen der nach unten weisenden Dichtungsstege ein geringer, begrenzter Wärmeeintrag und eine rasche Abkühlung des Schweißbereichs erforderlich sind.Turbine discs of modern engines, which are made of a highly heat-resistant material based on nickel, such as Udimet 720, are subject to the risk of hot crack formation and the reduction of the strength properties when the heat is introduced, especially in the case of the high strength potential of these materials is too high. For these reasons, that is in the DE 39 42 051 described method is not transferable to the repair of the sealing webs of turbine disks, especially since the tips of the sealing webs are exposed by contact with an opposite sealing surface particularly high loads and the sealing webs also facing in opposite directions, so that not only for reasons of strength and hot crack sensitivity, but also For procedural reasons, a low, limited heat input and a rapid cooling of the weld area are required because of the downward-pointing sealing webs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reparaturverfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches bei betriebssicherer Anwendbarkeit die Reparatur von schwer schweißbaren Werkstoffen ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a repair method of to create the type described above, which is safe in operation Applicability the repair of difficult to weld materials allows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by combination of features of claim 1, the dependent claims show further advantageous embodiments the invention.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht somit vor, dass die zunächst in Pulverform vorliegende Metalllegierung durch einen auf den Dichtungssteg gerichteten Laserstrahl geschmolzen und aufgetragen wird. Bevorzugt kann erfindungsgemäß das Laser-Auftragsschweißen unter Schutzgasatmosphäre erfolgen, wobei nacheinander mehrere Auftragsraupen mit einer jeweiligen Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm erzeugt werden.The inventive solution thus provides that the metal alloy initially present in powder form melted by a directed to the sealing web laser beam and applied. Preferably, the invention Laser buildup welding takes place under a protective gas atmosphere, wherein consecutively several order beads with a respective thickness be produced in the range of 0.1 mm to 0.3 mm.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Reparaturverfahren für Labyrinth-Dichtungsstege an Turbinenscheiben gerichtet, das ohne Badsicherungsmaßnahmen und ohne nachträgliche Wärmebehandlung den an ein derartiges Bauteil gestellten hohen Anforderungen in Bezug auf die mechanische und thermische Belastbarkeit gerecht wird.The The present invention is directed to a repair method for Labyrinth sealing webs aimed at turbine disks, the without Badsicherungsmaßnahmen and without additional Heat treatment placed on such a component high demands in terms of mechanical and thermal Resilience is fair.

Das seitlich zugeführte Pulver durchdringt den Laserstrahl und schattet die Laserstrahlung gegenüber dem Grundwerkstoff ab, wobei das Pulver die Laserleistung in Form von Wärme aufnimmt. Angeschmolzenes oder durchgeschmolzenes Pulver schlägt auf der Oberfläche des Bauteils auf und schmilzt dabei die Oberfläche im unmittelbaren Grenzbereich zum Bauteil bzw. der zuletzt aufgetragenen Schicht auf.The laterally supplied powder penetrates the laser beam and shadows the laser radiation against the base material where the powder is the laser power in the form of heat receives. Melted or melted powder strikes on the surface of the component and melts it the surface in the immediate boundary area to the component or the last applied layer on.

Die in Pulverform vorliegende, aufzutragende Metalllegierung wird erfindungsgemäß noch vor dem Auftreffen auf die Auftragsfläche bereits in dem Laserstrahl geschmolzen.The present in powder form, to be applied metal alloy according to the invention still before hitting the application surface already in the laser beam melted.

Das erfindungsgemäße Erwärmen und Schmelzen der Pulverpartikel bereits im Laserstrahl erlaubt es gleichzeitig, das Substrat lediglich anzuschmelzen, d. h., das aus dem Substrat gebildete Schmelzbad lediglich oberflächennah auszubilden, weil Energie aus der Schmelze nicht mehr zum Erwärmen und Aufschmelzen des Pulvermetalls benötigt wird. Folglich wird dadurch der Energieeintrag in die Turbinenscheibe deutlich reduziert und die Scheibe nur noch in einem oberflächennahen Bereich erwärmt. Die Scheibe kann sich aufgrund des geringen Energieeintrages nicht verziehen und eine aufwendige Nachbehandlung kann unterbleiben.The heating and melting according to the invention the powder particles already in the laser beam allows it at the same time merely fusing the substrate, d. h., that from the substrate form formed melt only near the surface, because Energy from the melt no longer for heating and melting of the powder metal is needed. Consequently, it will the energy input into the turbine disk is significantly reduced and the disc only in a near-surface area heated. The disc may be due to the low energy input do not warp and a costly treatment can be omitted.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung, das Pulver für den Materialauftrag bereits im Laserstrahl aufzuschmelzen, kann der Wärmeeintrag in das Werkstück verringert werden. Da nur noch die äußerste Oberfläche (0,02 mm) des Werkstücks angeschmolzen wird, kann eine aufwendige, bei den filigranen Dichtungsstegen ohnehin nicht mögliche Schmelzbadsicherung entfallen. Zudem erstarrt die Schmelze aufgrund des neuen Verfahrens schnell, so dass die Entstehung von Rissen verhindert wird und die Ausbildung filigran geformter, feinkörnig strukturierter Dichtungsstege größerer Härte überhaupt erst möglich wird.With the solution according to the invention, the powder already melting in the laser beam for the material application, the heat input into the workpiece can be reduced become. Since only the outermost surface (0.02 mm) of the workpiece is melted, a elaborate, in the filigree sealing webs anyway not possible Schmelzbadsicherung omitted. In addition, the melt solidifies due to the new process fast, so that the formation of cracks is prevented and the Training filigree, fine-grained structured Sealing bars of greater hardness at all only becomes possible.

Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Laserstrahl-Auftragsschweißverfahren mit kontinuierlicher seitlicher Pulverzuführung – alternativ ist auch eine Pulverzuführung über eine koaxiale Düse möglich – welches derart gesteuert wird, dass das zugeführte Pulver in den Laserstrahl gelangt und dort in einen schmelzflüssigen Zustand überführt wird und eine Pulverdichte besitzt, welche die Fügeoberfläche des Bauteils von dem Laserstrahl weitestgehend abschirmt, sodass die zu fügende Oberfläche nicht aufgeschmolzen wird. Die Schweißverbindung wird dadurch erzeugt, dass die schmelzflüssigen Metallpulverpartikel auf die Oberfläche treffen und dadurch die Schweißverbindung herstellen. Das Materialvolumen unmittelbar unterhalb des Fügebereichs bleibt dadurch vergleichsweise kalt, wodurch eine rapide Abkühlgeschwindigkeit des Schweißgutes erzeugt wird, welche wiederum zu der guten, feinkörnigen Gefügestruktur führt, welche keiner weiteren Nachbehandlung bedarf.Prefers According to the invention, a laser beam build-up welding process with continuous lateral powder feed - alternative is also a powder feeder via a coaxial Nozzle possible - which controlled so is that the supplied powder enters the laser beam and there converted into a molten state is and has a powder density which is the joining surface the component of the laser beam as far as possible shielded, so that the surface to be joined has not melted becomes. The welded joint is produced by that the molten metal powder particles on the surface meet and thereby establish the welded joint. The Material volume immediately below the joining area remains relatively cold, resulting in a rapid cooling rate of the weld metal is generated, which in turn leads to the good, fine-grained microstructure leads, which no further treatment is required.

Analog dem bekannten Stand der Technik ( US 4,657,171 ) wird zunächst das angegriffene Material eines verschlissenen Dichtungssteges einer Turbinenscheibe bevorzugt mechanisch so weit abgetragen, bis nur noch vollständig intaktes Material an der Turbinenscheibe vorliegt. Erfindungsgemäß wird danach auf den solchermaßen vorbereiteten Dichtungssteg eine artgleiche oder artfremde Metalllegierung in Pulverform durch Laserstrahl-Präzisionsauftragschweißen aufgebracht.Analogous to the known prior art ( US 4,657,171 ) First, the attacked material of a worn sealing web of a turbine disk preferably mechanically so far from worn until only completely intact material is present on the turbine disk. According to the invention, a similar or non-alike metal alloy in powder form is then applied by laser beam precision deposition welding on the sealing web thus prepared.

Bevorzugt wird ein einstufiges Laserstrahl-Auftragsschweißverfahren mit kontinuierlicher seitlicher Pulverzufuhr eingesetzt. Bei dieser Technologie wird der aufzutragende Werkstoff in Pulverform bevorzugt in einem Schutzgasstrom dem laserinduzierten, streng lokalisierten Schmelzbad auf der Bauteiloberfläche, d. h. auf dem wieder aufzubauenden Dichtungssteg, zugeführt. Dabei werden die Pulverteilchen beim Durchdringen des Laserstrahls geschmolzen.Prefers becomes a one-step laser beam deposition welding process used with continuous lateral powder feed. At this Technology, the material to be applied in powder form is preferred in a protective gas flow to the laser-induced, strictly localized Melt bath on the component surface, d. H. on the again to be built sealing web supplied. Here are the Powder particles melted when penetrating the laser beam.

Erfindungsgemäß wird eine metallurgische Bindung herbeigeführt. Jedoch wird nur eine sehr geringe Wärmemenge in das Bauteil eingebracht. Als Folge hiervon wird zum einen der Wärmebehandlungszustand des Grundwerkstoffes nicht negativ beeinflusst, so dass kein relevanter Bauteilverzug auftritt. Zum anderen kühlt hierdurch der erfindungsgemäß aufgetragene Zusatzwerkstoff schnell ab, so dass keine anschließende Wärmebehandlung erforderlich ist. Die Temperaturführung durch den Laserstrahl wird derart gesteuert, dass nach erfolgtem Materialauftrag ohne Durchführung einer abschließenden Wärmebehandlung ein Härteverlauf wie im Grundwerkstoff vorliegt, d. h. dass ohne zusätzliche Wärmebehandlung die Härte im Bereich von 460–510 HV vollständig regeneriert wurde.According to the invention a metallurgical bond brought about. However, it will only a very small amount of heat introduced into the component. As a result, on the one hand, the heat treatment state of the base material is not adversely affected, so that no relevant Component distortion occurs. On the other hand, this cools the applied filler material according to the invention quickly so that no subsequent heat treatment is required. The temperature control by the laser beam is controlled so that after material order without Carrying out a final heat treatment a hardness profile as in the base material is present, d. H. that without additional heat treatment the hardness completely regenerated in the range of 460-510 HV has been.

Mit dem beschriebenen Verfahren können filigrane Auftragsraupen mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,3 mm erzeugt werden, wozu der Laserstrahl in eine geeignete Form gebracht wird. Mit einer seitlichen, gegebenenfalls wassergekühlten und einen Zyklonabscheider aufweisenden Pulverdüse sowie mit einem konzentrierten Pulverstrahl sind bei reduzierter Teilchengeschwindigkeit optimale Schweiß-Auftragsraupen erzielbar. Um Oxidationserscheinungen zu vermeiden, kann eine zusätzliche Schutzgaszufuhr mit konzentrischer Anordnung zum Pulverstrom vorgesehen sein.With the described method can filigree order beads with a thickness of the order of 0.1 mm be generated to 0.3 mm, including the laser beam in a suitable Shape is brought. With a lateral, possibly water-cooled and a cyclone separator having powder nozzle and with a concentrated powder jet are at reduced particle velocity optimum welding application beads can be achieved. To oxidation phenomena To avoid using an additional inert gas supply be provided concentric arrangement for powder flow.

Die Dichtungsstege können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer der gewünschten Endkontur sehr nahe kommenden Form durch Mehrlagen-Auftragschweißen ohne jegliche Zwischenbearbeitung und ohne besondere Badsicherungsmaßnahmen aufgebaut werden. Übergänge zwischen den einzelnen Lagen können dabei durch definiertes Anschmelzen der jeweils unteren Lage sowie durch gezielte Ausnutzung des Effektes, dass die Dendritenlagen übergreifend wachsen, vermieden werden. Hierdurch ergibt sich somit trotz der mehrlagigen Auftragsschweißung ein absolut homogener Gefügeaufbau und damit keine Gefahr von Fehlern in den Zwischenlagen.The Sealing webs can with the invention Process in one of the desired final contour very close coming form by multilayer cladding without any Intermediate processing and without special bath safety measures being constructed. Transitions between the individual Layers can by defined melting of each lower position as well as through targeted utilization of the effect that the dendrite layers grow across, be avoided. hereby thus results despite the multi-layer surfacing an absolutely homogeneous microstructure and thus no danger of mistakes in the liners.

Grundsätzlich entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein feinkristallines Gefüge, dessen Ermüdungs- und Verschleißeigenschaften denjenigen des ursprünglichen Bauteiles entsprechen. Dabei kann die Erstarrungsstruktur durch eine gezielte Wärmeführung (d. h. durch einen geeigneten Abgleich von Pulverstrom, Laserstrahlleistung, Strahlintensität und Vorschubgeschwindigkeit) beeinflusst werden. Die erzielbare Fügefestigkeit entspricht der Schichtfestigkeit, und zwar aufgrund der schmelzmetallurgischen Bindung zwischen der aufgetragenen Schicht und dem Grund-Werkstoff, so dass ein unerwünschtes Abplatzen der Schichten ausgeschlossen ist.in principle arises in the inventive method a fine crystalline structure, its fatigue and Wear characteristics of those of the original Correspond to components. Here, the solidification structure by a targeted heat transfer (ie by a suitable adjustment of powder flow, laser beam power, beam intensity and feed rate). The achievable Joining strength corresponds to the layer strength, namely due to the fusion metallurgy bond between the applied layer and the basic material, leaving an unwanted chipping the layers is excluded.

Vorteilhafterweise wird das Grundmaterial durch den vorgeschlagenen Auftrags-Schweißprozess so gering als möglich thermisch belastet, insbesondere wenn das Strahlprofil des Laserstrahles so gestaltet wird, dass dessen Intensitätsmaximum in der Strahlmitte liegt, wobei zusätzlich ein geeignetes Verhältnis zwischen der Strahlintensität und der Vorschubgeschwindigkeit des kontinuierlich bezüglich der Turbinenscheibe bzw. des aufzubauenden Dichtungssteges bewegten Laserstrahles eingehalten werden kann. Somit wird durch ein minimales Schmelzbadvolumen und somit durch minimale Schmelz- und Wärmeeinflusszonen im Grundmaterial jegliche Rissbildung vermieden. Erfindungsgemäß wird die zugeführte Wärme so gesteuert, dass ein gleichmäßiges Härteprofil im Turbinenscheiben-Grundwerkstoff sowie in der aufgetragenen Schweißnaht erzielt wird.advantageously, becomes the basic material through the proposed job welding process as low as possible thermally loaded, in particular when the beam profile of the laser beam is designed so that whose intensity maximum lies in the beam center, wherein In addition, a suitable ratio between the beam intensity and the feed rate of the continuously with respect to the turbine disk or the to be built Dichtungssteges moving laser beam can be maintained. Thus, by a minimum melt volume and thus by minimal melting and heat affected zones in the base material any cracking avoided. According to the invention the supplied heat is controlled so that a uniform Hardness profile in the turbine disk base material as well as in the applied weld is achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in hervorragender Weise zur Reparatur von Labyrinth-Dichtungsstegen, die bekanntermaßen einem hohen Verschleiß unterliegen, geeignet, weil aufgrund der Verfahrensbedingungen und der auf einen geringen Wärmeeintrag in das Basismaterial gerichteten Temperaturführung während des Schweißvorgangs Rissbildungen und Verformungen verhindert werden und eine gezielte und schnelle Abkühlung erfolgen kann, mit der das Kornwachstum beeinflusst und damit eine hohe Festigkeit erzielt werden kann. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass mit dem vorgesehenen Temperaturregime die Dendriten (Stängelkristalle) in den aufeinanderfolgenden Lagen durch die Grenzflächen hindurch übergreifend wachsen, d. h., von Lage zu Lage weiter wachsen, so dass die Dichtungsstege eine äußerst homogene Struktur ohne erkennbare Grenzflächen bilden.The inventive method is in excellent A way of repairing labyrinth seal webs known to be subject to high wear, suitable because due the process conditions and the low heat input in the base material directed temperature control during the welding process cracking and deformation can be prevented and a targeted and rapid cooling can take place which influences the grain growth and thus a high strength can be achieved. In addition, it was found that with the prescribed temperature regime the dendrites (stem crystals) in the successive layers through the interfaces grow across, d. h., from location to location continue to grow, making the sealing bars an extremely form homogeneous structure without recognizable interfaces.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments described in conjunction with the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Turbinenscheibe mit zugeordneter Laserstrahl-Optik in Teil-Schnittansicht, und 1 a schematic representation of a turbine disk with associated laser beam optics in partial sectional view, and

2 eine schematische Darstellung des Verfahrens. 2 a schematic representation of the method.

In 1 ist eine zu reparierende Turbinenscheibe in einem Halbschnitt zusammen mit einer Laserstrahl-Optik dargestellt. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 die Turbinenscheibe bezeichnet, die hier acht (durch vorangegangenen Betrieb verschlissene) Dichtungsstege 2 aufweist, welche repariert, d. h. wieder aufgebaut werden sollen.In 1 a turbine disk to be repaired is shown in half section along with a laser beam optic. It is with the reference number 1 the turbine disk, here eight (worn by previous operation) sealing webs 2 has, which to be repaired, that is to be rebuilt.

Über eine Optik 3 wird ein Laserstrahl 4 derart auf einen der Dichtungsstege 2 positioniert, dass mit Materialzufuhr einer Metalllegierung in Pulverform dieses Metallpulver durch diesen Laserstrahl 4 geschmolzen und auf dem wieder aufzubauenden Dichtungssteg 2 aufgetragen wird. Dieses Metallpulver wird dabei von seitlich, d. h. hier bevorzugt im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene in das auf dem Dichtungssteg fokal eng erzeugte Schmelzbad eingeblasen (nicht gezeigt). Der Laserstrahl 4 wird kontinuierlich gegenüber der Turbinenscheibe 1 bewegt (bevorzugt wird hierzu die Turbinenscheibe 1 gedreht), so dass das besagte Schmelzbad längs eines Dichtungssteges 2 entlang geführt wird. Ist nach einer oder mehreren vollständigen Umrundung(en) (entspricht 360° oder ein Vielfaches davon) der Turbinenscheibe 1 dieser Dichtungssteg 2 komplettiert, so wird der nächste Dichtungssteg 2 bearbeitet.About an optics 3 becomes a laser beam 4 so on one of the sealing webs 2 positioned that with material supply of a metal alloy in powder form of this metal powder through this laser beam 4 melted and on the again to be built sealing bar 2 is applied. This metal powder is thereby blown from the side, ie preferably here substantially perpendicular to the plane of the drawing into the melt pool which is produced narrowly on the sealing web (not shown). The laser beam 4 is continuously opposite the turbine disk 1 moved (preferred for this purpose is the turbine disk 1 rotated), so that the said molten bath along a sealing web 2 is guided along. After one or more complete orbits (corresponds to 360 ° or a multiple thereof) of the turbine disk 1 this sealing bar 2 completes, then the next sealing bar 2 processed.

Die 2 zeigt in schematischer Darstellung Details des erfindungsgemäßen Verfahrens. An der Turbinenscheibe 1 ist der zu reparierende Dichtungssteg 2 angeordnet. Auf diesen wird eine Schweißraupe 8 zum Aufbau der zuvor entfernten, defekten Bereiche aufgeschmolzen. Das Aufschmelzen erfolgt durch Metallpulver- Partikel 7, welche durch eine Pulverzufuhr 5 zugeführt werden. Der gesamte Vorgang ist unter einer Schutzgas-Abschirmung 6, beispielsweise Argon, geführt. Die Metallpulver-Partikel 7 werden mittels des Laserstrahls 4 aufgeschmolzen. Dabei ist der Laserstrahl 4 so fokussiert, dass er die Metallpulver-Partikel 7 aufschmilzt, die Oberfläche des Dichtungsstegs 2 jedoch nicht anschmilzt. Eine gegebenenfalls von dem Laserstrahl 4 austretende Restenergie führt somit lediglich zu einer Erwärmung des Dichtungsstegs, nicht zu einem Anschmelzen des Materials.The 2 shows a schematic representation of details of the method according to the invention. At the turbine disk 1 is the sealing bar to be repaired 2 arranged. On this is a welding bead 8th melted to build up the previously removed, defective areas. The melting takes place by metal powder particles 7 which by a powder feed 5 be supplied. The entire process is under a protective gas shield 6 , For example, argon, led. The metal powder particles 7 be by means of the laser beam 4 melted. Here is the laser beam 4 so focused that he uses the metal powder particles 7 melts the surface of the sealing bar 2 but does not melt. An optionally from the laser beam 4 Exiting residual energy thus only leads to a heating of the sealing web, not to a melting of the material.

Da das erfindungsgemäße Reparaturverfahren gegenüber bekannten anderen Verfahren nicht zu einem Bauteilverzug führt und/oder keine anschließende Wärmebehandlung erforderlich macht, ist das Verfahren vorteilhaft (u. a. kostengünstig) auch für konventionell schweißbare Legierungen/Materialien anwendbar. Die Schweißzusatzwerkstoffe können dabei sowohl artgleich als auch artfremd sein.There compared with the repair process according to the invention known other methods does not lead to a component delay and / or no subsequent heat treatment required makes the process advantageous (among other things inexpensive) as well for conventionally weldable alloys / materials applicable. The welding consumables can be both similar and alien.

11
Turbinenscheibeturbine disk
22
Dichtungssteg (Grundwerkstoff)sealing web (Base material)
33
Optikoptics
44
Laserstrahllaser beam
55
Pulverzufuhrpowder feed
66
Schutzgas-AbschirmungProtective gas shielding
77
Metallpulver-PartikelMetal powder particles
88th
Schweißraupebead

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Labyrinth-Dichtungssteg-Reparaturverfahren für Gasturbinen, bei welchem eine Metallschmelze auf eine wieder aufzubauende Oberfläche aufgebracht wird, wobei die Metallschmelze durch Schmelzen von Partikeln von Metallpulver (7), welches der wieder aufzubauenden Oberfläche zugeleitet wird, mittels eines Laserstrahls (4) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) die Partikel des Metallpulvers (7) in die schmelzflüssige Phase überführt und diese flüssigen Partikel auf die Oberfläche aufgebracht werden, wobei die Bauteil-Oberfläche durch den Laserstrahl (4) nicht aufgeschmolzen wird.Labyrinth seal web repair method for gas turbines, in which a molten metal is applied to a surface to be rebuilt, wherein the molten metal is melted by melting particles of metal powder ( 7 ), which is fed to the surface to be rebuilt, by means of a laser beam ( 4 ), characterized in that the laser beam ( 4 ) the particles of the metal powder ( 7 ) are transferred into the molten phase and these liquid particles are applied to the surface, wherein the component surface by the laser beam ( 4 ) is not melted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokussierungsbereich des Laserstrahls (4) einen Abstand zu der wieder aufzubauenden Oberfläche aufweist.Method according to Claim 1, characterized in that the focusing region of the laser beam ( 4 ) has a distance to the surface to be rebuilt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Metallpulver-Partikel (7) eine Schweißraupe (8) mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm erzeugt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that by the metal powder particles ( 7 ) a welding bead ( 8th ) is produced with a thickness in the range of 0.1 mm to 0.3 mm. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mehrere Schweißraupen (8) erzeugt werden.A method according to claim 3, characterized in that successively more welding beads ( 8th ) be generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the process under a protective gas atmosphere is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulver-Partikel (7) radial, bezogen auf eine Turbinenscheibe (1), zugeführt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metal powder particles ( 7 ) radially, with respect to a turbine disk ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulver-Partikel (7) koaxial, bezogen auf eine Turbinenscheibe (1) zugeführt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metal powder particles ( 7 ) coaxial with respect to a turbine disk ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißzusatzwerkstoff oder der Grundwerkstoff oder einer von beiden aus einer höchstwarmfesten, nach konventionellen Kriterien nicht schweißbaren Legierungen (UDIMET 720, RR 1000 ...) besteht.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the welding filler material or the base material or one of both from a high-temperature resistant, non-weldable alloys according to conventional criteria (UDIMET 720, RR 1000 ...).
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