DE102013223119A1 - Nachbehandlung einer Schweißnaht durch kaborieren und/oder borieren - Google Patents
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Abstract
Durch die Verwendung von gut schweißbaren Nickelbasislegierungen auf ein schwer schweißbares Substrat und die davon entkoppelte nachträgliche Borierung und/oder Kaborierung führt zu einer Auftragsschweißung, die gut durchgeführt werden kann und hohe mechanische Festigkeiten aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft die Nachbehandlung einer Schweißnaht durch borieren und/oder kaborieren.
- Nickelbasislegierungen, die für Turbinenkomponenten wie Turbinenleit- und Laufschaufeln eingesetzt werden, weisen mehrere Legierungsbestandteile auf und sind aufgrund des gewünschten hohen Anteils der γ‘-Phase auch sehr schwer schweißbar. Dabei wurden Schweißzusatzwerkstoffe entwickelt, die jedoch eine reduzierte Kriechbeständigkeit aufweisen.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem Schweißnähte gute mechanische Festigkeiten wie Kriechbeständigkeit aufweisen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
- In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
- Durch das Verfahren können Schweißzusatzwerkstoffe verwendet werden, die sich gut schweißen lassen und durch die nachträgliche Behandlung trotzdem eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
- Dies erfolgt dadurch, dass die Schweißnaht im Nachgang boriert und/oder kaboriert wird. Dadurch kann der Bor- und/oder Kohlenstoffgehalt im geschweißten Bereich wieder angehoben werden. Durch eine Wärmebehandlung diffundiert Bor und/oder der Kohlenstoff in die Schweißbereiche hinein. Dies erfolgt sehr gut, da diese beiden Elemente sehr kleine, interstitiell diffundierende Elemente darstellen.
- Dadurch können die bisherigen Schweißzusatzwerkstoffe verwendet werden, die von dem Substratmaterial verschieden sind und hohe Auftragsraten ermöglichen. Die nur schwer zu vereinbarenden Werkstoffanforderungen der Schweißbarkeit und hinreichender Kriechbeständigkeit werden hier voneinander entkoppelt, so dass neuartige Schweißzusatzwerkstoffe für Turbinenkomponenten auch aus polykristallinen Nickelbasiswerkstoffen entwickelt werden können.
- Die Beschreibung stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
- Nach dem Gießen oder nach dem Einsatz eines Bauteils soll Material auf ein Substrat vorzugsweise aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung aufgetragen werden. Dabei wird die Schweißstelle ggf. entsprechend vorbehandelt.
- Der Schweißzusatzwerkstoff weist zumindest im Bor- und/oder Kohlenstoffgehalt gegenüber dem Substrat eine deutlich verschiedene Zusammensetzung auf, insbesondere mit einem um mindestens 20%, insbesondere um mindestens 50% geringerem Borgehalt (B) und/oder Kohlenstoffgehalt (C) gegenüber dem Substrat.
- Der Schweißzusatzwerkstoff wird durch bekannte Schweißverfahren wie vorzugsweise Laserschweißverfahren aufgetragen.
- Durch entsprechend bekannte Borierungs- oder Kaborierungsverfahren wird Bor (B) und/oder Kohlenstoff (C) auf die Oberfläche der Schweißnaht aufgetragen. Dies erfolgt vorzugsweise am Ende des gesamten Schweißverfahrens. Durch eine Wärmebehandlung diffundieren Bor (B) und/oder Kohlenstoff (C) in die Schweißnaht/Schweißnähte hinein und erhöhen so durch Ausscheidungen die mechanische Festigkeit, insbesondere die Kriechbeständigkeit.
- Eine Aufkohlung wird vorzugsweise in einer Atmosphäre aus 20% Kohlenmonoxid, 40% Wasserstoff, 40% Stickstoff durchgeführt. Die Temperatur wird dabei vorzugsweise bei 1173K vorzugsweise für eine Stunde gehalten. Dadurch vergrößert sich im Randbereich der Kohlenstoffanteil auf ca. 1.8 Gew.-%.
- Die Aufkohlung wird dabei so vorbereitet, dass die abschließende Wärmebehandlung nach der Standardwärmebehandlung für das Substrat, insbesondere Rene 80, durchgeführt werden kann. Dadurch wird eine Homogenisierung des Kohlenstoffanteils erzielt, so dass sich über eine Tiefe bis zu 1,5mm ein Kohlenstoffanteil von 0.17 Gew.-% einstellt, was dem Anteil des Rene 80 entspricht.
- Für eine Borierung werden borhaltiges Gas oder borhaltige Pulver oder Pasten verwendet.
- Borierung und Kaborierung können vorzugsweise zusammen durchgeführt werden.
- Weitere Wärmebehandlungen des Substrats sind möglich.
- Durch das Verfahren können Schweißzusatzwerkstoffe verwendet werden, die sich gut schweißen lassen und durch die nachträgliche Behandlung trotzdem eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Claims (10)
- Verfahren zur Nachbehandlung einer Schweißnaht auf einem Substrat, bei dem auf die Schweißnaht bor- und/oder kohlenstoffhaltiges Material aufgebracht wird und durch eine Wärmebehandlung Bor (B) und/oder Kohlenstoff (C) in die Schweißnaht eindiffundieren gelassen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schweißmaterial der Schweißnaht gegenüber dem Material des Substrats einen um mindestens 20%, insbesondere um mindestens 50% reduzierten Bor- und/oder Kohlenstoffgehalt aufweist.
- Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 1 oder 2, bei dem Bor (B) und Kohlenstoff (C) zur Nachbehandlung verwendet werden.
- Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, bei dem nur Kohlenstoff (C) zur Nachbehandlung verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem nur Bor (B) zur Nachbehandlung verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung für die Schweißnaht und/oder das Substrat verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem zur Kaborierung ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2), insbesondere 20% Kohlenmonoxid (CO), 40% Wasserstoff (H2) und 40% Stickstoff (N2) verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die Kaborierung bei 1173K durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die Kaborierung für 1 Stunde durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche, bei dem eine Homogenisierung des Kohlenstoffs (C) und/oder des Bors (B) mit einer notwendigen Wärmebehandlung des Substrats durchgeführt wird.
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