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Abstract

Durch die ringförmige Umschließung eines Energiestrahls, der zum Umschmelzen verwendet wird, werden Druckspannungen zwischen dem äußeren Ring (26) und der inneren Zone (20) erzeugt, die dazu führen, dass eine rissfreie Umschmelzung stattfindet.The annular enclosure of an energy beam used for remelting creates compressive stresses between the outer ring (26) and the inner zone (20) which result in crack-free remelting.

Description

Die Erfindung betrifft das Umschmelzen von Rissen, insbesondere eines metallischen Substrats, wobei zur Erzeugung einer Druckspannung eine Druckringzone gleichzeitig mit erzeugt wird. The invention relates to the remelting of cracks, in particular of a metallic substrate, wherein a pressure ring zone is generated simultaneously with the generation of a compressive stress.

Die Erfindung betrifft die Erweiterung des Anwendungsbereiches des Auftragschweißens zur generativen Fertigung und Reparatur insbesondere von Heißgaskomponenten aus schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen. Beim sogenannten Laser Rastering Process wurden bisher vielversprechende Ergebnisse zum Laserstrahl-Auftragschweißen von schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen mit großem Anteil an intermetallischer Phase erzielt. The invention relates to the extension of the field of application of surfacing for the generative production and repair, in particular of hot gas components made of hard-to-weld nickel-base superalloys. In the so-called Laser Rastering Process, promising results have been achieved to date for laser-beam build-up welding of hard-to-weld nickel-based superalloys with a high proportion of intermetallic phase.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen. It is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problem.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2. The object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 2.

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.

Die bestehende Anlagentechnik könnte für einen Laserstrahl-Umschmelzprozess zur Schließung von Rissen oder zur gezielten Einbringung einer richtungsabhängigen lokalen Kornstruktur zur lokalen Verbesserung der thermo-mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. The existing plant technology could be used for a laser beam remelting process to close cracks or for the targeted introduction of a direction-dependent local grain structure for the local improvement of the thermo-mechanical properties.

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. The figures and the description represent only embodiments of the invention.

Es zeigen Show it

1 eine Vorrichtung, 1 a device

2 eine erfindungsgemäße Verfahrweise des Laserstrahls zur Druckerzeugung. 2 a method according to the invention of the laser beam for pressure generation.

Mit vorhandener Scannertechnologie kann aufgrund der sehr schnellen Ablenkung von Laserstrahlung (3 m/s) ein Umschmelzprozess zur Rissschließung an Oberflächen von Turbinenschaufeln oder lokalen Verbesserung der thermo-mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Dabei können durch die schnelle Ablenkung zwei verschiedene, insbesondere kreis- oder ringförmige Zonen mit unterschiedlicher Temperaturverteilung nahezu gleichzeitig erzeugt werden. Die Laserstrahlung wird in einer inneren Zone mit großer Laserleistung verfahren, so dass ein schmelzflüssiger Bereich erzielt wird. With existing scanner technology, a remelting process can be achieved for crack closure on turbine blade surfaces or local improvement of thermo-mechanical properties due to the very fast deflection of laser radiation (3 m / s). In this case, two different, in particular circular or annular zones with different temperature distribution can be generated almost simultaneously by the rapid deflection. The laser radiation is moved in an inner zone with high laser power, so that a molten area is achieved.

Um diese innere Zone wird eine äußere Ringzone abgescannt. Diese äußere Ringzone wird auf eine definierte Temperatur vorgewärmt, so dass schmelzflüssige Phasen vermieden werden. Die beiden abgescannten Zonen sind dabei vorzugsweise viel größer als der Laserstrahldurchmesser auf der Werkstückoberfläche. An outer ring zone is scanned around this inner zone. This outer annular zone is preheated to a defined temperature, so that molten phases are avoided. The two scanned zones are preferably much larger than the laser beam diameter on the workpiece surface.

Die beiden Zonen (innere Zone und äußere Ringzone) werden dabei vorzugsweise konzentrisch zueinander über die Oberfläche des Bauteils verfahren. Durch die schmelzflüssige innere Zone werden Bereiche mit Rissen umgeschmolzen, so dass die oberflächennahen, nicht durchgehenden Risse verschlossen werden. The two zones (inner zone and outer ring zone) are preferably moved concentrically with each other over the surface of the component. Due to the molten inner zone areas with cracks are remelted, so that the near-surface, non-continuous cracks are closed.

Alternativ kann ein solcher Prozess zur gezielten Einbringung einer richtungsabhängigen lokalen Kornstruktur eingesetzt werden. Dadurch werden lokal die thermo-mechanischen Eigenschaften in der Heißgaskomponente verbessert. Alternatively, such a process can be used for the targeted introduction of a direction-dependent local grain structure. This improves locally the thermo-mechanical properties in the hot gas component.

Durch den nicht schmelzflüssigen äußere Ring werden Eigenspannungen um das Schmelzbad im Inneren herum induziert, so dass mögliche Heißrisse im Übergangsbereich Schmelzbad und Grundwerkstoff vermieden („zugedrückt“) werden. The non-molten outer ring induces internal stresses around the molten bath in the interior, so that possible hot cracks in the transition area molten bath and base material are avoided ("pressed").

Vorteile sind die Ermöglichung zu Reparaturverfahren für Turbinenschaufeln aus schwer schweißbaren Nickelbasis-Superlegierungen, so dass artgleiche, strukturelle Reparaturen möglich sind sowie eine lokale Verbesserung der thermo-mechanischen Eigenschaften. Advantages are the ability to repair turbine blades made of hard-to-weld nickel-base superalloys, so that similar structural repairs are possible as well as a local improvement of the thermo-mechanical properties.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 mit einem Substrat 2 oder einem Bauteil 2 dargestellt, das Defekte 4 oder Risse 4 aufweist. Die Defekte 4 sollen umgeschmolzen werden. In 1 is a device 1 with a substrate 2 or a component 2 represented, the defects 4 or cracks 4 having. The defects 4 should be remelted.

Dies erfolgt mittels eines Energiestrahls 7, insbesondere eines Laserstrahls 7, der dann entsprechend durch einen Scanner-Verfahren 10 erzeugt wird. This is done by means of an energy beam 7 , in particular a laser beam 7 which is then done by a scanner procedure 10 is produced.

Das Verfahren kann insbesondere bei Turbinenschaufeln, Turbinenbauteilen, insbesondere auch bei nickel- oder kobaltbasierten Superlegierungen, angewendet werden. The method can be used in particular for turbine blades, turbine components, in particular also for nickel- or cobalt-based superalloys.

In 2 ist ein Querschnitt durch eine Laserstrahlverteilung dargestellt. Es ist eine innere Zone 20 vorhanden, die hinreichend stark bestrahlt wird, um eine schmelzflüssige Zone in dem Substrat 2 oder im Bauteil 2 zu erzeugen, um Defekte 4 umzuschmelzen. Der Laserstrahl 7 bzw. der Strahlfleck 5 gemäß 2 wird in einer Verfahrrichtung 23 verfahren und hat schon in einem bestimmten Bereich eine bereits umgeschmolzene Zone 32. Um die innere Zone 20 ist eine äußere Ringzone 26 vorhanden, die ebenfalls durch den Laserstrahl 7 erzeugt wird, die aber mit ihrer Laserleistung nicht hinreichend ist, um eine schmelzflüssige Zone zu erzielen. In 2 is a cross section through a laser beam distribution shown. It is an inner zone 20 which is sufficiently irradiated to form a molten zone in the substrate 2 or in the component 2 to generate defects 4 remelting. The laser beam 7 or the beam spot 5 according to 2 is in a travel direction 23 process and has already in a certain area an already remelted zone 32 , Around the inner zone 20 is an outer ring zone 26 present, also by the laser beam 7 is generated, but with their laser power is not sufficient to achieve a molten zone.

Der Unterschied der Laserleistung beträgt vorzugsweise mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%. Die äußere Ringzone 26 ist mit einem Abstand bzw. einer inneren Ringzone 29 zur inneren Zone 20 vorhanden. In dem Bereich zwischen äußerem Ring 26 und innerer Zone 20 findet keine Laserbeaufschlagung statt. The difference in the laser power is preferably at least 20%, in particular at least 40%. The outer ring zone 26 is with a distance or an inner ring zone 29 to the inner zone 20 available. In the area between outer ring 26 and inner zone 20 no laser application takes place.

Claims (8)

Verfahren zum Umschmelzen von Rissen (4) oder Defekten (4), insbesondere in metallischen Substraten (2), mittels eines Energiestrahls (7), insbesondere mittels eines Laserstrahls (7), wobei ein Strahlfleck (5) mit zwei verschiedenen und voneinander getrennten Zonen (20, 26) erzeugt wird, bei dem eine innere Zone (20) vorhanden ist, die aufgrund höherer Energieleistung zur flüssigen Phase im Substrat (2) und Umschmelzung von Defekten (4) führt, und eine von der inneren Zone (20) beabstandete äußere Ringzone (26) mit geringer Energieleistung, so dass zwischen der äußeren Ringzone (26) und der inneren Zone (20) eine innere Ringzone (29) mit Druckspannungen erzeugt wird, in dem keine Bestrahlung mit einem Energiestrahl (7) erfolgt, wobei in der äußeren Ringzone (26) keine flüssige Phase erzeugt wird. Process for remelting cracks ( 4 ) or defects ( 4 ), especially in metallic substrates ( 2 ), by means of an energy beam ( 7 ), in particular by means of a laser beam ( 7 ), where a beam spot ( 5 ) with two distinct and separate zones ( 20 . 26 ), in which an inner zone ( 20 ), which due to higher energy output to the liquid phase in the substrate ( 2 ) and remelting of defects ( 4 ), and one from the inner zone ( 20 ) spaced outer annular zone ( 26 ) with low energy output, so that between the outer ring zone ( 26 ) and the inner zone ( 20 ) an inner ring zone ( 29 ) is generated with compressive stresses in which no irradiation with an energy beam ( 7 ), wherein in the outer ring zone ( 26 ) no liquid phase is generated. Vorrichtung (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, die eine Auflage oder eine Halterung für ein Substrat (2) eines Bauteils (2) aufweist, die einen Energiestrahl (7), insbesondere einen Laserstrahl (7), erzeugen kann, der einen Strahlfleck (5) mit zwei verschiedenen und voneinander getrennte Zonen (20, 26) erzeugen kann, und entsprechende Mittel, insbesondere einen Scanner (10), aufweist, der (10) eine innere Zone (20) mit hoher Energieleistung zur Erzeugung einer flüssigen Phase im Substrat (2) oder im Bauteil (2) und einer davon beabstandeten äußeren Ringzone (26) mit geringerer Energieleistung erzeugen kann. Contraption ( 1 ), in particular for carrying out a method according to claim 1, which comprises a support or a support for a substrate ( 2 ) of a component ( 2 ) having an energy beam ( 7 ), in particular a laser beam ( 7 ), which generates a beam spot ( 5 ) with two distinct and separate zones ( 20 . 26 ), and corresponding means, in particular a scanner ( 10 ), which ( 10 ) an inner zone ( 20 ) with high energy output for producing a liquid phase in the substrate ( 2 ) or in the component ( 2 ) and an outer annular zone spaced therefrom ( 26 ) can produce with lower energy output. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem oder bei der Turbinenteile bearbeitet werden. Method or device according to claim 1 or 2, are processed in or at the turbine parts. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem oder bei der nickel- oder kobaltbasierte Legierungen bearbeitet werden. Method or device according to one or more of claims 1, 2 or 3, in which or in the nickel or cobalt-based alloys are processed. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem die innere Zone (20) und/oder äußere Ringzone (26) kreis- oder ovalförmig ist. Method or device according to one or more of claims 1, 2, 3 or 4, in which the inner zone ( 20 ) and / or outer ring zone ( 26 ) is circular or oval-shaped. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem nur eine innere Zone (20) und nur eine äußere Ringzone (26) vorhanden sind. Method or device according to one or more of claims 1, 2, 3, 4 or 5, wherein only one inner zone ( 20 ) and only one outer ring zone ( 26 ) available. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem der Unterschied in der Laserleistung für die innere Zone (20) und der äußeren Ringzone (26) mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%, beträgt. Method or device according to one or more of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6, in which the difference in the laser power for the inner zone ( 20 ) and the outer ring zone ( 26 ) is at least 20%, in particular at least 40%. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem die beiden abgescannten Zonen (20, 26) größer sind als der Laserstrahldurchmesser auf der Oberfläche des Substrats (2), insbesondere mindestens 50% größer. Method or device according to one or more of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, in which the two scanned zones ( 20 . 26 ) are larger than the laser beam diameter on the surface of the substrate ( 2 ), in particular at least 50% larger.
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