DE102014207619A1

DE102014207619A1 - Elektronenstrahlschweißen mit Fülldraht und Flussmittel

Info

Publication number: DE102014207619A1
Application number: DE102014207619.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Burbaum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Durch die Verwendung von einem Fülldraht (1) mit Flussmittel im Innern und Elektronenstrahlschweißen können sehr gute Schweißergebnisse mit ansonsten schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auftragsschweißverfahren mittels Elektronenstrahlung, bei dem ein Fülldraht mit Flussmittel verwendet wird.
Beim sogenannten Laser Rastering Process wurden bisher vielversprechende Ergebnisse zum Laserstrahl-Auftragsschweißen von schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen mit großem Anteil an intermetallischer Phase erzielt. Dazu wird ein Schweißzusatzpulver (Flussmittel) dem eigentlichen artgleichen pulverförmigen Zusatzwerkstoff beigemischt, auf dem Substratwerkstoff vorplatziert und ähnlich dem Selective Laser Melting (SLM) mittels Laserstrahlung umgeschmolzen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem ein Auftragsschweißen von schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen vereinfacht und verbessert werden kann.
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.
Es zeigen:
1, 2 ein verwendeter Fülldraht,
3 eine Apparatur zur Durchführung des Elektronenstrahlschweißens,
4 eine Liste von Superlegierungen
Die Figuren und die Beschreibung stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Vorgeschlagen wird ein Elektronenstrahlschweißen unter Verwendung von einem Zusatzwerkstoff aus einer Nickelbasis-Superlegierung mit großem Anteil an intermetallischer γ‘-Phase. Dabei wird eine herkömmliche Anlage für das Elektronenstrahlschweißen eingesetzt.
Als Schweißzusatzwerkstoff wird ein Fülldraht 1 eingesetzt, der sich aus einem Mantel 4 und einem Fülldrahtkern 7 zusammensetzt. Der Mantel 4 wird aus einer für eine Drahtherstellung geeigneten ersten Nickelbasis-Superlegierung, insbesondere Inconel 625 oder ähnlicher chemischer Zusammensetzung, gefertigt.
Die chemische Zusammensetzung des Fülldrahtkerns 7 wird dabei insbesondere so angepasst, dass nach dem Abschmelzen von Mantel 4 und Fülldrahtkern 7 eine gewünschte chemische Zusammensetzung der Auftragsschweißung eine dritte Nickelbasis-Superlegierung, insbesondere Inconel 738, Alloy 247, erzielt wird.
Zusätzlich wird in den Fülldraht 1 Flussmittel (Flux) mit eingearbeitet. Der Anteil liegt insbesondere bei 40% bis 60%, insbesondere 50%.
Nach der Erstarrung der Schmelze nach der Auftragsschweißung muss das Flussmittel von der erstarrten Schmelzbadoberfläche entfernt werden. Die Flussmittelpartikel können durch die Elektronenstrahlen beschleunigt und damit entfernt werden.
1 zeigt im Längsschnitt einen Fülldraht 1, der einen Mantel 4 aus einer ersten Nickelbasis-Superlegierung aufweist und im Fülldrahtkern 7 gefüllt ist mit einer weiteren, zweiten Nickelbasis-Superlegierung mit einem deutlich höheren, d.h. mindestens 10% höheren γ´-Anteil, und Flussmittel.
In 2 ist ein radialer Querschnitt zu 1 bzw. des Fülldrahts 1 dargestellt.
3 zeigt eine Apparatur 10, mit der ein Auftragsschweißen durchgeführt wird.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Vakuumanlage 16, innerhalb der oder an der eine Elektronenstrahlkanone 13 vorhanden ist, die Elektronen in einem Elektronenstrahl 28 auf eine Schweißstelle 25 eines Substrats 19 richtet.
Innerhalb der Vakuumanlage 16 wird der Fülldraht 1 gemäß 1, 2 über eine Fülldrahtzuführung 22 hinzu geführt.
Das Substrat 19 ist eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung, insbesondere eine Legierung gemäß 4.
Das Material des Substrats 19 ist insbesondere verschieden von der ersten und/oder zweiten Nickelbasis-Superlegierung und insbesondere auch verschieden von dem Material der Auftragsschweißung, das sich aus den Anteilen des Mantels 4 und des Fülldrahtkerns 7 ergibt.
Verschieden bei den Nickelbasis-Superlegierungen bedeutet hier, dass zumindest ein Legierungsbestandteil um mindestens 10% größer ist.

Claims

Verfahren zum Auftragsschweißen mittels Elektronenstrahlen (28) und Fülldraht (1), bei dem Elektronen verwendet werden, um den Fülldraht (1) als ein Auftragsschweißmaterial (1) aufzuschmelzen, wobei der Fülldraht (1) einen Mantel (4) um einen Fülldrahtkern (7) aus einer ersten Nickelbasis-Superlegierung mit deutlich niedrigerem γ´-Anteil aufweist, dessen Fülldrahtkern (7) eine zweite Nickelbasis-Superlegierung mit höherem γ´-Anteil aufweist, ein Flussmittel, wobei der Fülldraht (1) über eine Fülldrahtzuführung (22) in den Bereich der Elektronenstrahlen (28) im Bereich eines Schweißpunktes (25) zugeführt und aufgeschmolzen wird, um eine Auftragsschweißung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der γ´-Anteil der zweiten Nickelbasis-Superlegierung des Fülldrahtkerns (7) des Fülldrahts (1) um mindestens 10% höher ist als der γ´-Anteil der ersten Nickelbasis-Superlegierung des Mantels (4).
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Anteile und Zusammensetzung der ersten Nickelbasis-Superlegierung des Mantels (4) und der zweiten Nickelbasis-Superlegierung des Fülldrahtkerns (7) eine dritte gewünschte Nickelbasis-Superlegierung ergeben.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das Material des Substrats (19) verschieden ist von den Materialien (4, 7) des Fülldrahts (1) und insbesondere auch verschieden von dem Material der Auftragsschweißung, das sich aus den Materialien des Mantels (4) und des Fülldrahtkerns (7) ergibt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fülldrahtkern (7) 40% bis 60% Flussmittel und 60% bis 40% einer Nickelbasis-Superlegierung aufweist, insbesondere 50%:50%.