DE102010051534A1 - Forming an adapter for connecting blade to rotor base body of turbomachine, comprises applying material layer on connecting surface of blade to form first adapter portion and applying second material on first adapter portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines Adapters zur Anbindung einer Schaufel an einen Rotorgrundkörper einer Turbomaschine sowie einen integral beschaufelten Rotor.The invention relates to a method for forming an adapter for connecting a blade to a rotor main body of a turbomachine and an integrally bladed rotor.
Ein Adapter zur Anbindung einer Schaufel an einen Rotorgrundkörper zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors in Scheibenbauweise (Blisk) oder Ringbauweise (Bling) einer Gasturbine ist beispielsweise in der europäischen Anmeldung
Aus dem deutschen Patent
Aus der deutschen Patentanmeldung
Die Herstellung dieses dreiteiligen Adapters erfolgt beispielsweise durch Sintern. Die Anbindung des Adapters an der Schaufel und an den Rotor erfolgt gleichzeitig durch lineares Reibschweißen. Dabei wird der Adapter zwischen der Schaufel und dem Rotorgrundkörper positioniert und in translatorischer Bewegung hin und her bewegt. Dieses bekannte Verfahren ist zur Anbindung von Schaufeln aus einem ersten Werkstoff an Rotorgrundkörpern aus einem andersartigen Werkstoff geeignet, zwischen denen insbesondere eine gewisse Unverträglichkeit besteht. Jedoch sind die Herstellung des dreiteiligen Adapters und die simultane Verbindung des Adapters mit der Schaufel und mit dem Rotorgrundkörper verhältnismäßig aufwendig.The preparation of this three-part adapter is done for example by sintering. The connection of the adapter to the blade and to the rotor takes place simultaneously by linear friction welding. The adapter is positioned between the blade and the rotor body and moved back and forth in translational motion. This known method is suitable for the connection of blades made of a first material to rotor bodies of a different kind of material, between which in particular there is a certain incompatibility. However, the manufacture of the three-piece adapter and the simultaneous connection of the adapter to the blade and to the rotor body are relatively expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine vereinfachte Ausbildung eines Adapters zur Anbindung eines Schaufel an einen Rotorgrundkörper aus einem andersartigen Werkstoff bzw. einer andersartigen Werkstoffgruppe ermöglicht, sowie einen integral beschaufelten Rotor mit einer Vielzahl derartiger Schaufeln zu schaffen.The object of the invention is to provide a method which eliminates the aforementioned disadvantages and enables a simplified design of an adapter for connecting a blade to a rotor base made of a different material or a different material group, and to provide an integrally bladed rotor with a plurality of such blades ,
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen integral beschaufelten Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.This object is achieved by a method having the features of
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung eines Adapters zur Anbindung einer Schaufel aus einem ersten Werkstoff an einen Rotorgrundkörper aus einem andersartigen zweiten Werkstoff wird zumindest eine als Diffusionsbarriere wirkende Materialschicht auf eine Anschlussfläche der Schaufel zur Bildung eines ersten Adapterabschnitts aufgebracht. Anschließend wird durch Auftragen des zweiten Werkstoffs bzw. des Rotorgrundkörperwerkstoffs flächig auf den ersten Adapterabschnitt ein zweiter Adapterabschnitts gebildet. An dem erfindungsgemäßen Verfahren ist unter anderem vorteilhaft, dass bei der Ausbildung des Adapters automatisch eine an einen Rotorgrundkörper anbindbare Schaufel-Adapter-Anordnung gebildet wird. Zudem besteht der Adapter durch die direkte Anbindung der Diffusionsbarriere nicht mehr aus drei Abschnitten, sondern nur noch aus zwei Abschnitten, wodurch der Adapter an sich stabilisiert ist.In a method according to the invention for forming an adapter for connecting a blade made of a first material to a rotor base body made of a different second material, at least one material layer acting as a diffusion barrier is applied to a contact surface of the blade to form a first adapter section. Subsequently, by applying the second material or the rotor base body material, a second adapter section is formed flat on the first adapter section. Among other things, it is advantageous in the method according to the invention that, when the adapter is formed, a blade-adapter arrangement which can be connected to a rotor main body is automatically formed. In addition, due to the direct connection of the diffusion barrier, the adapter no longer consists of three sections, but only two sections, whereby the adapter itself is stabilized.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird als Schaufelwerkstoff eine Titan-Legierung und als Rotorgrundkörperwerkstoff eine Nickelknetlegierung gewählt. Beispiele für Nickelknetlegierungen sind IN718, Waspaloy und Udimet720LI. Hierdurch besteht eine gewisse Unverträglichkeit zwischen dem Schaufelwerkstoff und dem Rotorgrundkörperwerkstoff, die jedoch durch den als Diffusionsbarriere wirkenden ersten Abschnitt quasi eliminiert wird.In a preferred method, the blade material used is a titanium alloy and the rotor base material is a nickel-wrought alloy. Examples of nickel wrought alloys are IN718, Waspaloy and Udimet720LI. As a result, there is a certain incompatibility between the blade material and the rotor base body material, which is quasi eliminated by the acting as a diffusion barrier first portion.
Bei einem alternativen Verfahren wird als Schaufelwerkstoff eine Nickelgusslegierung und als Rotorgrundkörperwerkstoff eine Nickelknetlegierung gewählt. Beispiele für Nickelknetlegierungen sind auch hier IN718, Waspaloy und Udimet720LI.In an alternative method, a nickel casting alloy is selected as the blade material and a nickel-wrought alloy as the rotor base material. Examples of nickel wrought alloys are also IN718, Waspaloy and Udimet720LI.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die zumindest eine Materialschicht des ersten Adapterabschnitts durch Reibauftragschweißen aufgebracht. Das Reibauftragschweißen ist ein schmelzfreies Schweißverfahren und ermöglicht somit die Verbindung ungleichartiger Werkstoffe. Zudem bewirkt es eine sehr gute Anbindung der Materialschicht an die Schaufel bzw. dessen Anschlussfläche. Die Höhe der mit Reibauftragschweißen erzeugten Materialschicht liegt im Bereich von einigen Zehntel Millimeter bis zu einigen Millimeter. Im Allgemeinen ist eine Materialschicht ausreichend.In a preferred embodiment, the at least one layer of material of the first Applied adapter section by friction surfacing. The friction surfacing is a fusion-free welding process and thus allows the connection of dissimilar materials. In addition, it causes a very good connection of the material layer to the blade or its connection surface. The height of the material layer produced by friction surfacing ranges from a few tenths of a millimeter to a few millimeters. In general, one layer of material is sufficient.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist der erste Adapterabschnitt einen graduierten Aufbau aus einer Vielzahl von Materialschichten unterschiedlicher Zusammensetzung auf. Bevorzugterweise werden dabei die Materialschichten durch Verwendung von Schweißstäben mit unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch Reibauftragschweißen aufgebracht.In one embodiment, the first adapter portion has a graduated construction of a plurality of material layers of different composition. Preferably, the material layers are applied by the use of welding rods with different material compositions by friction surfacing.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die zumindest eine Materialschicht als eine Folie durch ein Diffusionsverfahren, beispielsweise Diffusionsschweißen oder Diffusionslöten, aufgebracht. Das Diffusionsverfahren ermöglicht ebenfalls eine sehr gute Anbindung der Materialschicht bzw. Diffusionsbarriere an die Schaufel.In an alternative embodiment, the at least one layer of material is applied as a film by a diffusion process, for example diffusion bonding or diffusion soldering. The diffusion process also allows a very good connection of the material layer or diffusion barrier to the blade.
Zur alternativen Ausbildung einer graduierten Diffusionsbarriere sieht ein Ausführungsbeispiel vor, eine Vielzahl von Materialschichten unterschiedlicher Zusammensetzungen zur Bildung des ersten Adapterabschnitts auszubilden, die schichtweise durch Verwendung von Folien mit unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Werkstoffzusammensetzungen durch ein Diffusionsverfahren aufgebracht werden.For the alternative embodiment of a graduated diffusion barrier, an exemplary embodiment provides for forming a multiplicity of material layers of different compositions for forming the first adapter section, which are applied in layers by using films having different materials or material compositions by a diffusion method.
Der zweite Adapterabschnitt wird bei einem Ausführungsbeispiel lagenweise auf die Diffusionsbarriere aufgebracht. Dabei erfolgt der lagenweise Auftrag bevorzugterweise mittels Reibauftragschweißens, Diffusionsschweißens, Diffusionslötens und vergleichende schmelzfreie Auftragsverfahren. Alternativ kann der zweite Adapterabschnitt bzw. können dessen Materiallagen jedoch auch durch ein Schmelzschweißverfahren an der Diffusionsbarriere angebunden werden. Beispiele sind Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen.In one exemplary embodiment, the second adapter section is applied in layers to the diffusion barrier. In this case, the layer-wise application is preferably carried out by means of friction surfacing, diffusion welding, diffusion soldering and comparative melt-free application methods. Alternatively, however, the second adapter section or its material layers can also be connected to the diffusion barrier by a fusion welding process. Examples are laser or electron beam melts.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der zweite Adapterabschnitt als einteiliger Körper auf den ersten Adapterabschnitt bzw. die Diffusionsbarriere aufgebracht. Hierdurch kann der zweite Adapterabschnitt zeitgleich zur Aufbringung der Diffusionsbarriere auf das Bauteil ausgebildet werden, wodurch die Fertigungszeit der Bauteil-Adapter-Anordnung verkürzt wird. Die Anbindung des zweiten Adapterabschnitts an die Diffusionsbarriere kann dabei beispielsweise durch lineares Reibschweißen, Rotationsreibschweißen, Diffusionsschweißen, Diffusionslöten und dergleichen erfolgen. Alternativ kann der zweite Adapterabschnitt jedoch auch durch ein Schmelzschweißverfahren wie Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen an der Diffusionsbarriere angebunden werden.In another embodiment, the second adapter portion is applied as a one-piece body to the first adapter portion or the diffusion barrier. As a result, the second adapter portion can be formed at the same time for the application of the diffusion barrier to the component, whereby the manufacturing time of the component adapter assembly is shortened. The connection of the second adapter section to the diffusion barrier can be effected, for example, by linear friction welding, rotational friction welding, diffusion welding, diffusion soldering and the like. Alternatively, however, the second adapter section can also be connected to the diffusion barrier by a fusion welding process, such as laser or electron beam melting.
Zur Verbesserung der Eigenschaften einer erfindungsgemäß hergestellten Schaufel-Adapter-Anordnung und insbesondere zur Verbesserung der Eigenschaften des Adapters kann diese beispielsweise durch heißisostatisches Pressen verdichtet werden.To improve the properties of a blade adapter assembly produced according to the invention and in particular to improve the properties of the adapter, it can be compacted, for example, by hot isostatic pressing.
Ein erfindungsgemäßer integral beschaufelter Rotor wie eine integral beschaufelte Rotorscheibe oder ein integral beschaufelter Rotorring einer Turbomaschine hat eine Vielzahl von Schaufel-Adapter-Anordnungen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind. Ein derartiger Rotor zeichnet sich unter anderem durch eine optimierte Anbindung der Schaufeln am Rotorgrundkörper aus.An integrally bladed rotor according to the invention, such as an integrally bladed rotor disk or an integrally bladed rotor ring of a turbomachine, has a plurality of blade-adapter assemblies made by the method of the present invention. Such a rotor is characterized inter alia by an optimized connection of the blades on the rotor body.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to highly simplified schematic illustrations. Show it:
Die Schaufel
Der erfindungsgemäße Adapter
Der erste Adapterabschnitt
Die Materialschichten
Der zweite Adapterabschnitt
Die Materialschichten
Nach dem Ausbilden des ersten Adapterabschnitts
Nach Herstellung der Schaufel-Adapter-Anordnung
Im Unterschied zum vorgenannten ersten Ausführungsbeispiel ist der zweite Adapterabschnitt
Bei einem alternativen Verfahren wird der erste Adapterabschnitt
Offenbart ist ein Verfahren zur Ausbildung eines zweiteiligen Adapters an einer Schaufel aus einem ersten Werkstoff zur Anbindung der Schaufel an einen Rotorgrundkörper aus einem andersartigen zweiten Werkstoff, wobei die beiden Adapterabschnitte durch eine Aufbringung einer Diffusionsbarriere auf die Schaufel und einem anschließenden Aufbringen des Rotorgrundkörperwerkstoffs auf die Diffusionsbarriere gebildet werden, sowie ein Turbinenblisk bzw. Turbinenbling mit einer Vielzahl derartiger Schaufel-Adapter-Anordnungen.Disclosed is a method for forming a two-part adapter on a blade made of a first material for connecting the blade to a rotor base made of a different second material, wherein the two adapter sections by applying a diffusion barrier to the blade and a subsequent application of the rotor base material to the diffusion barrier and a turbine blisk with a variety of such blade adapter assemblies.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaufel-Adapter-AnordnungBlade adapter assembly
- 22
- Schaufelshovel
- 44
- Adapteradapter
- 66
- Schaufelfußblade
- 88th
- Schaufelblattairfoil
- 10a, b10a, b
- Plattformplatform
- 1212
- Körperabschnittbody part
- 1414
- erster Abschnittfirst section
- 1616
- zweiter Abschnittsecond part
- 18a, b, c18a, b, c
- Materialschichtmaterial layer
- 2020
- Verbindungsflächeinterface
- 22a bis 22h22a to 22h
- Einzelschichtsingle layer
- 2424
- Oberflächesurface
- 2626
- Schweißstiftwelding pin
- 28a, b28a, b
- Spurtrack
- 3030
- Überlappungsbereichoverlap area
- 3232
- einteiliger Körperone-piece body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102008052247 A1 [0004] DE 102008052247 A1 [0004]
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