DE102014222055A1 - Vorrichtung zum Auftragsschweißen mit gekühltem Schutzgas und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Durch die Zuführung von gekühltem Schutzgas kann beim Auftragsschweißen die Keimbildung im aufgetragenen Material gefördert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragsschweißen, bei dem das Schutzgas gekühlt wird und ein Verfahren.
  • Beim Auftragsschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoff wird der Zusatzwerkstoff lagenweise aufgebaut in einer Form, dass je aufgebaute Lage eine maximale Korngröße in etwa der Lagenhöhe (ca. 200μm) entsteht. Die Ursache dafür liegt darin begründet, dass die einzelne Schweißraupe von unten an den Grundwerkstoff epitaktisch anwächst, oben jedoch in einer zufälligen kristallographischen Orientierung erstarrt. Bei der nächsten geschweißten Lage wird nur der obere Teil der zuletzt aufgetragenen Schicht angeschmolzen, so dass die neue Schicht mit einer anderen kristallographischen Orientierung erstarren sollte. Auf diese Weise lassen sich Heißrisse während des Schweißprozesses und der nachfolgenden Wärmebehandlung vermeiden. Die Körner werden jedoch epitaktisch über mehrere Lagen aufgebaut. Diese Struktur ist aber anfälliger für Heißrisse und führt zu Ausschuss bei reparierten Bauteilen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Vorgeschlagen wird ein kühleres Schutzgas für Schweißverfahren einzusetzen, um die Keimbildung an der Schmelzbadoberfläche zu fördern und damit den polykristallin erstarrten Bereich zu vergrößern. Dies hat zur Folge, dass der epitaktisch aufgewachsene Bereich kleiner ist und damit die Bedingungen für ein epitaktisches Wachstum der nächsten Schicht ungünstiger werden.
  • Als Temperatur für das Schutzgas wird vorzugsweise ein Bereich von 253K bis 233K vorgeschlagen. Bisher wird das Schutzgas mit einer Temperatur von Raumtemperatur zugeführt.
  • Die Vorteile sind ein stabilerer Schweißprozess für Turbinenschaufel aus Nickelbasis-Superlegierungen.
  • Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Auftragsschweißen mit Zufuhr von kaltem Schutzgas 13.
  • Durch einen Auftragsschweißprozess soll auf eine Oberfläche 21 eines Substrats 20 neues Material 23 aufgetragen werden.
  • Dabei wird ein Schweißmaterial 10 zugeführt und aufgeschmolzen, so dass ein Schmelzbad 26 auf dem Substrat 20 erzeugt wird und zur Auftragsschweißung führt.
  • Zum Auftragsschweißen können verschiedene Arten von Schweißverfahren verwendet werden, insbesondere ein Laserstrahlprozess, bei dem insbesondere ein Pulver aufgeschmolzen wird.
  • Dabei wird eine Düse 4 verwendet, aus der sowohl das Schweißmaterial 10 und vorzugsweise koaxial dazu Laserstrahlen 7 ausgesendet werden, die das Schweißmaterial 10 aufschmelzen.
  • Gleichzeitig wird um das Schweißmaterial 10, insbesondere Pulver, ganz insbesondere um das aufgeschmolzene Pulver eine Hülle aus einem Schutzgas 13 gelegt.
  • Das Schutzgas 13 wird vorzugsweise von der Düse 4 zugeführt.
  • Das Schutzgas 13 ist insbesondere Argon, Helium und/oder Stickstoff und kühler, das heißt, es weist eine um mindestens 10K niedrigere Temperatur als Raumtemperatur auf.
  • Die Kühlung kann vorzugsweise mittels einer Vorrichtung 30 erzielt werden, die das Schutzgas 13 runterkühlt.
  • Vorzugsweise wird das Schutzgas auf eine Temperatur unter 273K, insbesondere auf unter 253K, ganz insbesondere auf unter 233K runtergekühlt.

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zum Auftragsschweißen, die zumindest aufweist: eine Düse (4), aus der ein Schweißmaterial (10) zugeführt werden kann, und durch einen Energiestrahl (7) der Vorrichtung (1) aufgeschmolzen werden kann, Mittel zur Zuführung von Schutzgas (13) um die Schweißmaterialzuführung, wobei das Schutzgas (13) deutlich kühler ist als 293K und/oder gekühlt werden kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem ein Laser als Energiestrahl (7) verwendet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Pulver als Schweißmaterial (10) verwendet wird.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die Düse (4), eine Zuführung des Energiestrahls (7) und Zuführung des Schweißmaterials (10) koaxial zueinander angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem ein Kühlaggregat (30) vorhanden ist, das das Schutzgas (13) abkühlen kann.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem das Schutzgas (13) durch die Düse (4) zugeführt wird.
  7. Verfahren zum Auftragsschweißen, bei dem insbesondere eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 verwendet wird, bei dem ein Schutzgas (13) verwendet wird, das mindestens 10K kühler ist als die Umgebungstemperatur, und/oder bei dem das Schutzgas (13) gekühlt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Argon als Schutzgas (13) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Temperatur des Schutzgases (13) bei höchstens 273K, insbesondere höchstens bei 253K liegt.
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