DE102014205002A1 - Method and arrangement for welding - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen mit einer Energiequelle auf einem Grundwerkstoff (3), wobei bei gleichzeitiger Aufschmelzung zumindest einer Oberfläche des Grundwerkstoffs (3) ein Fülldraht (4) vollständig abgeschmolzen wird, wobei der Fülldraht (4) zumindest aus einem Fülldrahtmantel (5) und einem Fülldrahtkern (6) gebildet wird, und wobei der Fülldrahtmantel (5) aus einer Legierung, insbesondere einer Superliegerung, mit einem geringen oder gar keinem Gehalt an intermetallischer Phase gebildet wird und wobei der Fülldrahtkern (6) aus einer Legierung, insbesondere einer Superlegierung, mit einem hohen Gehalt an intermetallischer Phase gebildet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Schweißen.The invention relates to a method for welding with an energy source on a base material (3), wherein at the same time fusion of at least one surface of the base material (3) a filler wire (4) is completely melted, wherein the filler wire (4) at least from a Fülldrahtmantel (5 ) and a Fülldrahtkern (6) is formed, and wherein the Fülldrahtmantel (5) is formed of an alloy, in particular a Superliegerung, with little or no content of intermetallic phase and wherein the cored wire core (6) of an alloy, in particular a Superalloy, with a high content of intermetallic phase is formed. The invention further relates to an arrangement for welding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen mit einer Energiequelle auf einem Grundwerkstoff sowie eine Anordnung zum Schweißen. The invention relates to a method for welding with an energy source on a base material and an arrangement for welding.
Das Elektronenstrahlschweißen bietet gegenüber anderen Schweißverfahren (Lichtbogenschweißen, Laserschweißen etc.) Vorteile wie bspw. die kleinste spezifische Wärmeeinbringung gegenüber allen anderen Schmelzschweißverfahren sowie bspw. schmalste Schmelzzonen mit dem kleinsten Verzug der Bauteile. Beim Elektronenstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff können die Zusatzwerkstoffe in Draht-, Band- und Folienform zugegeben werden. Eine Zugabe eines Pulvers ist beim Elektronenstrahlschweißen im Vakuum oder Hochvakuum allerdings nicht möglich, da dies mit einem Fördergas transportiert werden muss. Electron beam welding offers advantages over other welding processes (arc welding, laser welding, etc.) such as the smallest specific heat input compared to all other fusion welding processes and, for example, the narrowest melting zones with the smallest distortion of the components. In electron beam welding with filler material, the filler metals in wire, tape and foil form can be added. An addition of a powder is not possible in electron beam welding in a vacuum or high vacuum, since this has to be transported with a conveying gas.
Aus Nickelbasis-Superlegierungen mit großem Gehalt an intermetallischer γ’-Phase ist es aufgrund der kleinen Verformbarkeit derzeit nicht möglich einen Drahtwerkstoff für einen Schweißprozess zu ziehen. Lediglich sind auf dem Markt Drahtwerkstoffe aus Nickelbasis-Superlegierungen ohne intermetallische γ’-Phase verfügbar. Due to the small deformability, it is currently not possible to draw a wire material from a nickel-base superalloy with a high content of intermetallic gamma prime phase for a welding process. Only wire materials made of nickel-base superalloys without intermetallic γ'-phase are available on the market.
Die erste Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe eines Verfahrens zum Schweißen, welches die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist. Eine zweite Aufgabe ist die Angabe einer Anordnung zum Schweißen, welche ebenfalls die oben genannte Problematik löst. The first object of the invention is therefore to specify a method for welding, which no longer has the abovementioned disadvantages. A second object is to specify an arrangement for welding, which also solves the above problem.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Verfahrens zum Schweißen mit einer Energiequelle auf einem Grundwerkstoff, wobei bei gleichzeitiger Aufschmelzung zumindest einer Oberfläche des Grundwerkstoffs ein Fülldraht vollständig abgeschmolzen wird. Auch wird der Fülldraht zumindest aus einem Fülldrahtmantel und einem Fülldrahtkern gebildet. Der Fülldrahtmantel wird dabei aus einer Legierung, insbesondere einer Superliegerung, mit einem geringen oder gar keinem Gehalt an intermetallischer Phase und der Fülldrahtkern aus einer Legierung, insbesondere einer Superlegierung, mit einem hohen Gehalt an intermetallischer Phase gebildet. The first object is achieved by specifying a method for welding with an energy source on a base material, wherein at the same time fusion of at least one surface of the base material, a filler wire is completely melted. Also, the filler wire is formed at least from a Fülldrahtmantel and a Fülldrahtkern. The cored wire jacket is formed from an alloy, in particular a Superliegerung, with a low or no content of intermetallic phase and the cored wire core of an alloy, in particular a superalloy, with a high content of intermetallic phase.
Die zweite Aufgabe wird gelöst durch die Angabe einer Anordnung zum Schweißen umfassend eine Energiequelle und einen Grundwerkstoff, wobei bei gleichzeitiger Aufschmelzung zumindest einer Oberfläche des Grundwerkstoffs ein Fülldraht vollständig durch die Energiequelle abschmelzbar ist, wobei der Fülldraht zumindest einen Fülldrahtmantel und einen Fülldrahtkern umfasst, und wobei der Fülldrahtmantel aus einer Legierung, insbesondere einer Superlegierung mit einem geringen oder gar keinem Gehalt an intermetallischer Phase besteht und, wobei der Fülldrahtkern aus einer Legierung, insbesondere einer Superlegierung, mit einem hohen Gehalt an intermetallischer Phase besteht. The second object is achieved by specifying an arrangement for welding comprising an energy source and a base material, wherein at the same time fusion of at least one surface of the base material, a filler wire is completely melted by the energy source, wherein the filler wire comprises at least one Fülldrahtmantel and a Fülldrahtkern, and wherein the cored wire jacket consists of an alloy, in particular a superalloy with little or no content of intermetallic phase, and wherein the cored wire core consists of an alloy, in particular a superalloy, with a high content of intermetallic phase.
Durch die Erfindung wird der oben genannte technologische Nachteil von Verwendung eines Drahtzusatzwerkstoffs aus Nickelbasis-Superlegierung mit großem Gehalt an intermetallischer Phase, insbesondere γ’-Phase für das Schweißen, insbesondere das Elektronenstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff aufgehoben. Erfindungsgemäß ist das Elektronenstrahlschweißen unter Verwendung von Zusatzwerkstoff aus einer Nickelbasis-Superlegierung mit großem Gehalt an intermetallischer γ’-Phase nun möglich. Dabei kann eine herkömmliche Anlage für das Elektronenstrahlschweißen eingesetzt werden. Als Zusatzwerkstoff wird ein Fülldraht eingesetzt, der sich aus einem Fülldrahtmantel und einem Fülldrahtkern zusammensetzt. Der Fülldrahtmantel wird aus einer für eine Drahtherstellung geeigneten Nickelbasis-Superlegierung (z.B. Inconel 625 oder einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung) gefertigt. Die chemische Zusammensetzung wird dabei so angepasst, dass nach dem Abschmelzen von Fülldrahtmantel und Fülldrahtkern die gewünschte chemische Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs erzielt wird. Je nach Einstellung der Parameter des Schweißverfahrens kann der Grundwerkstoff aufgepanzert oder auflegiert werden. Auch können einzelne Spuren als auch ganze Flächen durch die Verbindung von Laserstrahl und Fülldraht hergestellt werden. The invention overcomes the above-mentioned technological disadvantage of using a nickel base superalloy wire filler having a high content of intermetallic phase, in particular γ'-phase for welding, in particular electron beam welding with filler material. According to the invention, the electron beam welding using filler material made of a nickel-based superalloy with a high content of intermetallic gamma prime phase is now possible. In this case, a conventional system for electron beam welding can be used. As a filler material, a cored wire is used, which is composed of a Fülldrahtmantel and a Fülldrahtkern. The cored wire jacket is made from a wire-base suitable nickel base superalloy (e.g., Inconel 625 or similar chemical composition). The chemical composition is adjusted so that after the melting of Füllwrahtmantel and cored wire core, the desired chemical composition of the filler material is achieved. Depending on the setting of the parameters of the welding process, the base material can be coated or alloyed. Also, individual tracks as well as entire surfaces can be produced by the combination of laser beam and flux cored wire.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen. In the dependent claims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in order to achieve further advantages.
Bevorzugt wird der Fülldrahtmantel aus einem Gehalt an intermetallischer Phase mit unter 10 Gew.-% gebildet. Dadurch ist noch eine Ziehbarkeit bzw. Knetbarkeit des Drahtwerkstoffes möglich. In bevorzugter Ausgestaltung wird der Fülldrahtkern aus einem Gehalt an intermetallischer Phase mit über 30 Gew.-% gebildet. Insbesondere ist die intermetallische Phase eine γ’-Phase. Diese wird besonders bei einem Einsatz mit hohen Temperaturen z.B. im Gasturbinenbereich verwendet. Preferably, the Fülldrahtmantel is formed from a content of intermetallic phase with less than 10 wt .-%. As a result, a drawability or kneadability of the wire material is still possible. In a preferred embodiment, the cored wire core is formed from a content of intermetallic phase with over 30 wt .-%. In particular, the intermetallic phase is a γ'-phase. This is especially useful when used at high temperatures, e.g. used in the gas turbine sector.
Bevorzugt wird der Fülldrahtkern aus einem Pulver gebildet. Dieses weist dann einen hohen Gehalt an γ’-Phase auf. In bevorzugter Ausgestaltung wird die Superlegierung als Nickelbasis-Superlegierung ausgebildet. Preferably, the cored wire core is formed from a powder. This then has a high content of γ'-phase. In a preferred embodiment, the superalloy is formed as a nickel-base superalloy.
Bevorzugt wird als Schweißverfahren das Elektronenstrahlschweißen angewendet. Auch kann jedes andere geeignete Schweißverfahren angewendet werden. Preferably, electron beam welding is used as the welding method. Also, any other suitable welding method can be used.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Energiequelle zum Schweißen oszillierend gegenüber der Oberfläche des Grundwerkstoffs bewegt. Bevorzugt wird die Energiequelle oszillierend in horizontaler und/oder vertikaler Richtung zur Oberfläche bewegt. Durch eine oszillierende Bewegung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung sowie in der Variation der Laserstrahlung verändert sich die Erstarrungsfront ständig, so dass eine oszillierende Erstarrungsform realisiert wird. Durch eine sich ständig verändernde Erstarrungsfunktion wird das Kornwachstum während der Erstarrung der Schmelze unterbrochen und das Gefüge erstarrt einkörnig. Dadurch werden Risse in der Schweißnaht oder in der Schweißraupe oder zwischen denen vermieden. Auch kann durch die Anwendung eines Fülldrahts nun eine beliebig schnelle Auslenkung des Elektronenstrahls erfolgen. In a preferred embodiment, the energy source for welding is oscillated relative to the surface of the base material moves. The energy source is preferably moved in an oscillating manner in the horizontal and / or vertical direction to the surface. By an oscillating movement in the horizontal and / or vertical direction and in the variation of the laser radiation, the solidification front changes constantly, so that an oscillating solidification is realized. Due to a constantly changing solidification function, the grain growth is interrupted during the solidification of the melt and the structure solidifies one-grain. As a result, cracks in the weld or in the weld bead or between them are avoided. Also can be done by the application of a cored wire now an arbitrarily fast deflection of the electron beam.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Laserstrahlung als Energiequelle verwendet. In bevorzugter Ausgestaltung wird der Fülldraht vorgeheizt. Dadurch wird die Energieaufwendung, die zum Aufschmelzen des Drahtes durch z.B. den Laser benötigt wird, reduziert. Auch wird eine homogenere Aufschmelzung des Drahtes durch z.B. den Laser erzielt. In a preferred embodiment, a laser radiation is used as the energy source. In a preferred embodiment, the filler wire is preheated. This reduces the energy required to melt the wire by e.g. the laser is needed, reduced. Also, a more homogeneous reflow of the wire is achieved by e.g. achieved the laser.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch: Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures. In it show schematically:
Das Verfahren ist nicht beschränkt auf Elektronenschweißverfahren, sondern gilt auch für Laserschweißverfahren und andere Schweißverfahren wie Plasmaschweißverfahren oder auch andere additive Fertigungsverfahren. The method is not limited to electron welding, but also applies to laser welding and other welding processes such as plasma welding or other additive manufacturing processes.
Die Erfindung betrifft das Elektronenstrahlschweißen unter Verwendung von Zusatzwerkstoff aus einer Nickelbasis-Superlegierung mit großem Gehalt an intermetallischer γ’-Phase. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anlage können Reparaturverfahren von Bauteilen aus schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen vorgenommen werden. Dadurch können Neubauteile eingespart werden. The invention relates to electron beam welding using filler metal of a nickel-base superalloy containing a large amount of γ'-intermetallic phase. With the method according to the invention and the system according to the invention, repair methods of components made of hard-to-weld nickel-base superalloys can be carried out. As a result, new components can be saved.
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DE102014205002.2A DE102014205002A1 (en) | 2014-03-18 | 2014-03-18 | Method and arrangement for welding |
Publications (1)
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DE102014205002.2A Withdrawn DE102014205002A1 (en) | 2014-03-18 | 2014-03-18 | Method and arrangement for welding |
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Citations (3)
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JPH07251293A (en) * | 1994-03-14 | 1995-10-03 | Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd | Method for hard facing by welding onto aluminum alloy surface |
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2014
- 2014-03-18 DE DE102014205002.2A patent/DE102014205002A1/en not_active Withdrawn
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