DE102014220164A1 - Method for integrally fastening a presintered compact to a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Befestigen eines vorgesinterten Presslings (4), der einen metallischen Presslingwerkstoff und ein Lotmaterial aufweist, an einem einen metallischen Bauteilwerkstoff aufweisenden Bauteil (1), indem der vorgesinterte Pressling (4) in Kontakt mit dem Bauteil (1) angeordnet und das Lotmaterial aufgeschmolzen wird, wobei der metallische Presslingwerkstoff und der metallische Bauteilwerkstoff eine Schmelztemperatur aufweisen, die höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgesinterte Pressling (4) vor dem Aufschmelzen des Lotmaterials zumindest teilweise mit einer Trägerschicht (5) abgedeckt wird, die einen metallischen Trägerschichtwerkstoff aufweist, dessen Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist, wodurch ein schichtartiger Aufbau erzielt wird, und dass beim Aufschmelzen des Lotmaterials der vorgesinterte Pressling (4), das Bauteil (1) und die Trägerschicht (5) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for materially securing a presintered compact (4) comprising a metallic compact material and a solder material to a component (1) having a metallic component material, in which the presintered compact (4) is in contact with the component (1). arranged and the solder material is melted, wherein the metallic pressed material and the metallic component material have a melting temperature which is higher than the melting temperature of the solder material, characterized in that the pre-sintered compact (4) before the melting of the solder material at least partially with a carrier layer (5 ), which has a metallic carrier layer material whose melting temperature is higher than the melting temperature of the solder material, whereby a sheet-like structure is achieved, and that in the melting of the solder material of the presintered compact (4), the component (1) and the carrier layer (5) are connected to one another in a material-locking manner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Befestigen eines vorgesinterten Presslings, der einen metallischen Presslingwerkstoff und ein Lotmaterial aufweist, an einem einen metallischen Bauteilwerkstoff aufweisenden Bauteil, indem der vorgesinterte Pressling in Kontakt mit dem Bauteil angeordnet und das Lotmaterial aufgeschmolzen wird, wobei der metallische Presslingwerkstoff und der metallische Bauteilwerkstoff eine Schmelztemperatur aufweisen, die höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist. The present invention relates to a method for integrally bonding a presintered compact comprising a metallic compact material and a solder material to a metal component material component by placing the presintered compact in contact with the component and melting the solder material, the metallic compact material and the metallic component material has a melting temperature that is higher than the melting temperature of the solder material.

Verfahren der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. So beschreibt beispielsweise die Druckschrift EP 2 305 412 A2 ein Verfahren, bei dem in einer Turbinenkomponente vorhandene Löcher unter Verwendung von vorgesinterten Presslingen abgedichtet werden. Zum Abdichten eines Loches wird ein vorgesinterter Pressling in das Loch eingesetzt, woraufhin das in dem vorgesinterten Pressling enthaltene Lotmaterial mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls aufgeschmolzen wird, wodurch der vorgesinterte Pressling und die Turbinenkomponente stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Druckschrift WO 2011/098507 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer mit Kühlkanälen versehenen Heißgaskomponente. Bei diesem Verfahren wird ein metallisches Substrat, das an seiner Oberseite mit Kühlkanälen versehen ist, mit einem schichtförmigen vorgesinterten Pressling abgedeckt. Die so erzeugte Anordnung wird in einem Vakuumofen derart erhitzt, dass das in dem vorgesinterten Pressling enthaltene Lotmaterial aufgeschmolzen wird, wodurch das Substrat und der vorgesinterte Pressling unter Beibehaltung der Kühlkanäle stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Methods of the type mentioned are already known in the art. For example, the document describes EP 2 305 412 A2 a method in which holes present in a turbine component are sealed using pre-sintered compacts. To seal a hole, a pre-sintered compact is inserted into the hole, whereupon the solder material contained in the pre-sintered compact is melted by means of a laser or electron beam, whereby the pre-sintered compact and the turbine component are bonded together. The publication WO 2011/098507 A1 describes a method of manufacturing a hot gas component provided with cooling channels. In this method, a metallic substrate, which is provided on its upper side with cooling channels, covered with a layer-shaped pre-sintered compact. The arrangement thus produced is heated in a vacuum furnace in such a way that the solder material contained in the presintered compact is melted, whereby the substrate and the presintered compact are bonded together in a material-locking manner while maintaining the cooling channels.

Ein Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, dass eine sichere Befestigung eines vorgesinterten Presslings an einem Bauteil nicht gewährleistet werden kann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem vorgesinterten Pressling und dem Bauteil filigran ist beziehungsweise durch eine Wand mit geringer Wandstärke gebildet wird. A disadvantage of the known methods is that a secure attachment of a presintered compact to a component can not be ensured if the contact surface between the presintered compact and the component is filigree or is formed by a wall with a small wall thickness.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auch dann eine sichere Befestigung eines vorgesinterten Presslings an einem Bauteil gewährleistet werden kann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem vorgesinterten Pressling und dem Bauteil filigran ist beziehungsweise durch eine Wand mit geringer Wandstärke gebildet wird. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an alternative method of the type mentioned, in which a secure attachment of a presintered compact can be ensured on a component, even if the contact surface between the presintered compact and the Component is filigree or is formed by a wall with a small wall thickness.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der vorgesinterte Pressling vor dem Aufschmelzen des Lotmaterials zumindest teilweise mit einer Trägerschicht abgedeckt wird, die einen metallischen Trägerschichtwerkstoff aufweist, dessen Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist, wodurch ein schichtartiger Aufbau erzielt wird, und dass beim Aufschmelzen des Lotmaterials der vorgesinterte Pressling, das Bauteil und die Trägerschicht stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Eine solche Trägerschicht stützt den vorgesinterten Pressling, wodurch eine durchgehend sichere Befestigung gewährleistet ist. To achieve this object, the present invention provides a method of the type mentioned above, which is characterized in that the pre-sintered compact is at least partially covered with a carrier layer before the melting of the solder material, which has a metallic carrier layer material whose melting temperature is higher than the melting temperature of Solder material is, whereby a layer-like structure is achieved, and that when melting the solder material of the pre-sintered compact, the component and the carrier layer are firmly bonded together. Such a carrier layer supports the pre-sintered compact, whereby a continuous secure attachment is ensured.

Bevorzugt berühren das Bauteil, der vorgesinterte Pressling und die Trägerschicht des schichtartigen Aufbaus einander jeweils flächig. Auf diese Weise werden nach dem Aufschmelzen des Lotmaterials eine gute und großflächige Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten und damit ein stabiler Gesamtaufbau erzielt. Preferably, the component, the pre-sintered compact and the carrier layer of the layer-like structure each contact each other areally. In this way, a good and large-scale connection between the individual components and thus a stable overall structure are achieved after the melting of the solder material.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Trägerschicht aus einem oxidationsresistenten metallischen Trägerschichtwerkstoff hergestellt, wie beispielsweise aus CM247, IN738, IN939 oder Rene80 um nur einige Beispiele zu nennen. Derartige Werkstoffe sind insbesondere für den Einsatz in Heißgasumgebungen geeignet. According to one embodiment of the present invention, the carrier layer is made of an oxidation-resistant metallic carrier layer material, such as CM247, IN738, IN939 or Rene80, to name just a few examples. Such materials are particularly suitable for use in hot gas environments.

Bevorzugt entspricht der metallische Presslingwerkstoff dem metallischen Bauteilwerkstoff. Entsprechend wird ein homogener Aufbau erzielt. The metallic pressed material preferably corresponds to the metallic component material. Accordingly, a homogeneous structure is achieved.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der schichtartige Aufbau Bereiche auf, in denen der vorgesinterte Pressling und die Trägerschicht auswärts von dem Bauteil vorstehen. Bei einer solchen Ausgestaltung kommt die stützende Wirkung der Trägerschicht besonders zum Tragen. According to one aspect of the present invention, the layered structure has portions in which the presintered compact and the backing layer project outwardly from the component. In such an embodiment, the supporting effect of the carrier layer comes especially to fruition.

Der schichtartige Aufbau wird vorteilhaft vor dem Aufschmelzen des Lotmaterials vorfixiert, insbesondere mittels Heftschweißen oder Heftlöten. Entsprechend wird eine ordnungsgemäße relative Positionierung des Bauteils, des vorgesinterten Presslings und der Trägerschicht während des Aufschmelzens des Lotmaterials sichergestellt. The layered structure is advantageously prefixed before the soldering material melts, in particular by tack welding or stapling soldering. Accordingly, proper relative positioning of the component, the presintered compact and the backing layer during reflow of the solder material is ensured.

Das Aufschmelzen des Lotmaterials erfolgt bevorzugt in einem Lötofen, insbesondere in einem Vakuumlötofen. The melting of the solder material preferably takes place in a soldering oven, in particular in a vacuum soldering oven.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bauteil ein zu reparierendes Schaufelblatt, wobei der vorgesinterte Pressling und die Trägerschicht einen verschlissenen Bereich des Bauteils ersetzen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Verfahren um ein solches zur Reparatur eines Schaufelblattes. According to one embodiment of the method according to the invention, the component is an airfoil to be repaired, the pre-sintered compact and the carrier layer replacing a worn region of the component. In other words, the method is one for repairing an airfoil.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment of a method according to the invention with reference to the accompanying drawings. That's it

1 eine schematische perspektivische Teilansicht eines Hinterkantenbereichs eines Schaufelblattes im unbeschädigten Zustand; 1 a schematic perspective partial view of a trailing edge region of an airfoil in the undamaged state;

2 eine schematische perspektivische Teilansicht des Hinterkantenbereichs im beschädigten Zustand; 2 a schematic partial perspective view of the trailing edge region in the damaged state;

3 eine schematische perspektivische Teilansicht des Hinterkantenbereichs in einem Zustand nach einer mechanischen Bearbeitung sowie eines vorgesinterten Presslings und einer Trägerschicht, die zur Reparatur des Hinterkantenbereichs unter Einsatz eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen; und 3 a schematic partial perspective view of the trailing edge region in a state after a mechanical processing and a presintered compact and a carrier layer, which are used to repair the trailing edge region using a method according to an embodiment of the present invention; and

4 eine schematische perspektivische Teilansicht des Hinterkantenbereichs im reparierten Zustand. 4 a schematic perspective partial view of the trailing edge region in the repaired state.

1 zeigt einen Hinterkantenbereich eines intakten Bauteils 1, bei dem es sich vorliegend um ein Schaufelblatt handelt. Das Bauteil 1 ist aus einem metallischen Bauteilwerkstoff hergestellt und umfasst entlang seiner Hinterkante eine Mehrzahl von Vorsprüngen 2, die sägezahnartig von der Hinterkante des Bauteils 1 vorstehen. Die Vorsprünge 2 dienen dazu, die Geräuschentwicklung zu reduzieren und die Leistung zu erhöhen. 1 shows a trailing edge region of an intact component 1 , which in this case is an airfoil. The component 1 is made of a metallic component material and includes along its trailing edge a plurality of projections 2 Sawtooth-like from the trailing edge of the component 1 protrude. The projections 2 are used to reduce noise and increase performance.

2 zeigt den in 1 dargestellten Hinterkantenbereich mit verschlissenen Vorsprüngen 2. 2 shows the in 1 illustrated rear edge area with worn projections 2 ,

Zur Reparatur der in 2 dargestellten Anordnung unter Einsatz eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die verschlissenen Vorsprünge 2 in einem ersten Schritt mechanisch entfernt, indem entlang der Hinterkante des Bauteils 1 eine Ausnehmung 3 erzeugt wird, beispielsweise mittels Schleifen oder Fräsen. Ferner werden ein vorgesinterter Pressling 4 und eine Trägerschicht 5 bereitgestellt, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen und deckungsgleich ausgebildet sind. Der vorgesinterte Pressling 4 und die Trägerschicht 5 sind derart bemessen, dass sie gemeinsam den verschlissenen und durch die Ausnehmung 3 abgetragenen Bereich des Bauteils 1 ersetzen. Der vorgesinterte Pressling weist einen metallischen Presslingwerkstoff und ein Lotmaterial auf. Der metallische Presslingwerkstoff entspricht bevorzugt dem metallischen Werkstoff des Bauteils 1. Alternativ können aber auch andere metallische Presslingwerkstoffe verwendet werden. Die Trägerschicht 5 umfasst einen metallischen Trägerschichtwerkstoff, bei dem es sich bevorzugt um einen oxidationsresistenten Trägerwerkstoff handelt, wie beispielsweise CM247, um nur ein Beispiel zu nennen. To repair the in 2 illustrated arrangement using a method according to an embodiment of the present invention, the worn projections 2 mechanically removed in a first step by passing along the trailing edge of the component 1 a recess 3 is generated, for example by means of grinding or milling. Furthermore, a pre-sintered compact 4 and a carrier layer 5 provided, which have substantially the same structure and congruent. The pre-sintered compact 4 and the carrier layer 5 are sized so that they together wear the worn and through the recess 3 worn area of the component 1 replace. The presintered compact comprises a metallic compact material and a solder material. The metallic pressed material preferably corresponds to the metallic material of the component 1 , Alternatively, however, other metallic molding materials can be used. The carrier layer 5 comprises a metallic carrier layer material, which is preferably an oxidation resistant carrier material, such as CM247, for example only.

In einem weiteren Schritt wird, wie es in 4 dargestellt ist, zunächst der vorgesinterte Pressling 4 in der Ausnehmung 3 angeordnet. Daraufhin wird die Trägerschicht 5 oberhalb des vorgesinterten Presslings 4 positioniert, so dass diese den vorgesinterten Pressling 4 abdeckt. Entsprechend stehen diejenigen Bereiche des vorgesinterten Presslings 4 und der Trägerschicht 5, welche die Vorsprünge 2 des Schaufelblattes 1 ersetzen, auswärts von der Hinterkante des Bauteils 1 vor. Der so erzeugte schichtartige Aufbau wird bevorzugt mittels Heftschweißen oder Heftlöten vorfixiert. Grundsätzlich kann auf ein solches Vorfixieren aber auch verzichtet werden. In einem weiteren Schritt wird der in 4 dargestellte schichtartige Aufbau einem Vakuumlötofen zugeführt, in dem das Lotmaterial des vorgesinterten Presslings 4 aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise werden das Bauteil 1, der vorgesinterte Pressling 4 und die Trägerschicht 5 stoffschlüssig miteinander verbunden. Nach dem Löten des schichtartigen Aufbaus im Vakuumlötofen können weitere Bearbeitungsschritte folgen, wie beispielsweise eine Wärmebehandlung oder eine mechanische Bearbeitung des schichtartigen Aufbaus. In a further step, as it is in 4 is shown, first the pre-sintered compact 4 in the recess 3 arranged. Then the carrier layer becomes 5 above the pre-sintered compact 4 positioned so that these are the pre-sintered compact 4 covers. Correspondingly, those areas of the presintered compact are available 4 and the carrier layer 5 which the projections 2 of the airfoil 1 replace, outward from the trailing edge of the component 1 in front. The layered structure thus produced is preferably prefixed by tack welding or stitch soldering. In principle, however, it is also possible to dispense with such prefixing. In a further step, the in 4 layered structure shown supplied to a vacuum brazing in which the solder material of the presintered compact 4 is melted. In this way, the component 1 , the pre-sintered compact 4 and the carrier layer 5 cohesively connected to each other. After soldering the layered structure in the vacuum brazing furnace, further processing steps may follow, such as, for example, a heat treatment or a mechanical processing of the layered structure.

Das zuvor beschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Dank der Trägerschicht 5 trotz der Tatsache, dass die verschlissenen Vorsprünge 2 einen dünnwandigen Aufbau aufweisen, nach dem Lötvorgang ein insgesamt sehr stabiler Aufbau erzielt wird. The method described above is characterized in particular by the fact that thanks to the carrier layer 5 despite the fact that the worn projections 2 have a thin-walled construction, after the soldering an overall very stable construction is achieved.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2305412 A2 [0002] EP 2305412 A2 [0002]
  • WO 2011/098507 A1 [0002] WO 2011/098507 A1 [0002]

Claims (9)

Verfahren zum stoffschlüssigen Befestigen eines vorgesinterten Presslings (4), der einen metallischen Presslingwerkstoff und ein Lotmaterial aufweist, an einem einen metallischen Bauteilwerkstoff aufweisenden Bauteil (1), indem der vorgesinterte Pressling (4) in Kontakt mit dem Bauteil (1) angeordnet und das Lotmaterial aufgeschmolzen wird, wobei der metallische Presslingwerkstoff und der metallische Bauteilwerkstoff eine Schmelztemperatur aufweisen, die höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgesinterte Pressling (4) vor dem Aufschmelzen des Lotmaterials zumindest teilweise mit einer Trägerschicht (5) abgedeckt wird, die einen metallischen Trägerschichtwerkstoff aufweist, dessen Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur des Lotmaterials ist, wodurch ein schichtartiger Aufbau erzielt wird, und dass beim Aufschmelzen des Lotmaterials der vorgesinterte Pressling (4), das Bauteil (1) und die Trägerschicht (5) stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Method for integrally bonding a presintered compact ( 4 ), which comprises a metallic pressed material and a solder material, on a component having a metallic component material ( 1 ) by the pre-sintered compact ( 4 ) in contact with the component ( 1 ) and the solder material is melted, wherein the metallic pressed material and the metallic component material have a melting temperature that is higher than the melting temperature of the solder material, characterized in that the presintered compact ( 4 ) before the melting of the solder material at least partially with a carrier layer ( 5 ), which has a metallic carrier layer material whose melting temperature is higher than the melting temperature of the solder material, whereby a layer-like structure is achieved, and that during melting of the solder material of the presintered compact ( 4 ), the component ( 1 ) and the carrier layer ( 5 ) are materially interconnected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1), der vorgesinterte Pressling (4) und die Trägerschicht (5) des schichtartigen Aufbaus einander jeweils flächig berühren. Method according to claim 1, characterized in that the component ( 1 ), the pre-sintered compact ( 4 ) and the carrier layer ( 5 ) of the layered structure each touching each other surface. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (5) aus einem oxidationsresistenten Trägerschichtwerkstoff hergestellt ist. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier layer ( 5 ) is made of an oxidation-resistant carrier layer material. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (5) aus CM247, IN738, IN939 oder Rene80 hergestellt ist. Method according to claim 3, characterized in that the carrier layer ( 5 ) is made of CM247, IN738, IN939 or Rene80. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Presslingwerkstoff dem metallischen Bauteilwerkstoff entspricht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic pressed material corresponds to the metallic component material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtartige Aufbau Bereiche aufweist, in denen der vorgesinterte Pressling (4) und die Trägerschicht (5) auswärts von dem Bauteil (1) vorstehen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the layered structure comprises regions in which the presintered compact ( 4 ) and the carrier layer ( 5 ) away from the component ( 1 ) protrude. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtartige Aufbau vor dem Aufschmelzen des Lotmaterials vorfixiert wird, insbesondere mittels Heftschweißen oder Heftlöten. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the layered structure is prefixed before the melting of the solder material, in particular by tack welding or stapling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des Lotmaterials in einem Lötofen erfolgt, insbesondere in einem Vakuumlötofen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the melting of the solder material takes place in a brazing furnace, in particular in a vacuum brazing furnace. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein zu reparierendes Schaufelblatt ist, und dass der vorgesinterte Pressling (4) und die Trägerschicht (5) einen verschlissenen Bereich des Bauteils (1) ersetzen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 1 ) is an airfoil to be repaired, and that the presintered compact ( 4 ) and the carrier layer ( 5 ) a worn portion of the component ( 1 ) replace.
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