DE102019206433A1 - Verschließen von Durchgangslöchern mit Basismaterial und Lotmischung oben drauf - Google Patents

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Abstract

Durch die Verwendung eines Basismaterials entsprechend dem Substrat (4), das in das Loch (13) mit einem Binder, vorzugsweise einem Binder, eingebracht wird und das Verschließen des mit dem Basismaterial aufgefüllten Loches durch ein Lot (19) oder eine Lotmischung (19) durchgeführten Wärmebehandlung wird das Loch einfach und sicher verschlossen.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Verschließen von Durchgangslöchern wie bei Kühlluftlöchern bei Turbinenbauteilen, bei denen das Durchgangsloch mit einem Basismaterial verschlossen wird und eine Lotmischung oben drauf gebracht wird.
  • Bei der Reparatur von Turbinenleitschaufeln aus dem Heißgaspfad werden häufig Risse, die von den Kühlluftbohrungen ausgehen, detektiert, die in der Regel über eine Lötreparatur verschlossen werden. Für eine Reparatur dieser Risse ist es sinnvoll, die gesamten Kühlluftbohrungen zu verschließen und anschließend wieder neu einzubringen. Diese sog. Flight Repair bietet weiterhin die Möglichkeit, ein neues Bohrungsmuster von Kühlluftbohrungen einzubringen und somit ein Upgrade der Schaufel während der Reparatur zu ermöglichen. Eine solche Flight Repair ist jedoch nur sinnvoll, sofern sichergestellt werden kann, dass eine strukturelle Lötung im Bereich der Bohrungen vorliegt, die mechanische Eigenschaften auf dem Niveau der Grundwerkstoffe aufweist.
  • Bislang gibt es verschieden Ansätze, eine solche Flight Repair durchzuführen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Bohrungen vollständig mit einer Paste aus Lot und Grundwerkstoffpulver zu verschließen. In diesem Fall konnte jedoch häufig beobachtet werden, dass die Bohrungen nicht vollständig verschlossen werden konnten. Eine andere Variante ist das Auffüllen der Bohrungen mit Grundwerkstoffpulver (gemischt mit Binder) und das anschließende Auflegen eines PSPs über den gesamten Bereich der Kühlluftbohrungen (z.B. die Druckseite der Leitschaufel). In diesem Fall wurde zwar ein vollständiges Verfüllen der Kühlluftbohrungen erreicht; allerdings entsteht ein erheblicher Nachbearbeitungsaufwand beim nachträglichen Rekontourieren der Schaufel. Darüber hinaus konnte beobachtet werden, dass sich das flüssige Lot aus dem PSP während des Lötens unkontrolliert über die gesamte Komponente verteilt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • 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 wird ein alternativer Prozess zur Durchführung der sogenannten „Flight Repair“ vorgeschlagen. Hierbei wird ein Basismaterial (je nach Komponente) als Pulver mit einem möglichst geringen Binderanteil (5Gew.% - 10Gew.%) in die Durchgangslöcher, insbesondere Kühlluftlöcher, gedrückt, so dass diese vollständig verschlossen sind. Dieser Prozess findet vorzugsweise auch automatisiert statt.
  • Anschließend wird auf jedes Durchgangsloch eine zusätzliche Kappe als Auftrag aus Lot oder Lot/Basismaterial gesetzt, der ebenfalls vorzugsweise mit Binder versetzt ist. Der Lotanteil in dieser Mischung beträgt vorzugsweise je nach Werkstoff (25 Gew.% - 60 Gew.%).
  • Der lokale zusätzliche Lot-/Basismaterial-Auftrag kann vorzugsweise zusätzlich mit einem Ring aus Stopp-off Paste versehen werden, so dass sich überflüssiges Lot nicht auf der Oberfläche verteilen kann. Weiterhin bietet der Ring aus Stopp-off Paste den Vorteil, dass das flüssige Lot im Bereich des Durchgangslochs bleibt und zur Infiltrierung der Bohrung zur Verfügung steht.
  • Nach der Lötfahrt kann die getrocknete Stopp-off Paste mit einer Bürste entfernt werden oder fällt alleine ab. Die Reste der Aufbauten sind nach der Infiltration der Bohrung so klein, dass das Rekontourieren der Schaufeln wenig Aufwand erfordert.
  • Die lokalen mechanischen Eigenschaften innerhalb der Kühlluftlöcher liegen auf dem Niveau des Basismaterials. Daher kann mit diesem Ansatz auch ein neues Bohrungsbild in die Komponente eingebracht werden.
  • Der oben beschriebene Prozess der Flight Repair ist vollständig neu und bietet gegenüber den alternativen Methoden folgende Vorteile:
    • - Geringerer Aufwand beim Rekonturieren, dadurch geringere Reparaturkosten
    • - Verbesserte Möglichkeiten der Qualitätskontrolle (Basismaterial- und Lotmenge können für jede Komponente und Bohrung festgelegt werden, so dass immer eine optimale Verfüllung erreicht wird)
    • - Erweiterung des Reparaturumfangs.
  • Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur zeigt eine Anordnung 1, die ein Substrat 4 aufweist.
  • Das Substrat 4 weist als Basismaterial vorzugsweise ein metallisches Material auf und weist insbesondere eine kobalt- oder nickelbasierte Superlegierung als Basismaterial auf.
  • In dem Substrat 4 ist ein Durchgangsloch 13 von einer äußeren Oberfläche 7 zu einer hinteren Fläche 10, die auch eine Innenfläche sein kann, vorhanden. Die Anordnung des Durchgangslochs 13 ist hier nur schematisch dargestellt, d.h., das Loch 13 kann senkrecht zu einer Oberfläche 7 verlaufen, in einem Winkel zu einer Oberfläche 7 verlaufen oder an einer Oberfläche 7 ein Diffusor aufweisen, wie sie bei Filmkühllöchern verwendet werden.
  • Die Idee wirkt auch bei einem Sackloch.
  • Das Durchgangsloch 13 wird verschlossen mit einem Pulver 16 aus dem Basismaterial des Substrats 4, insbesondere unter Verwendung von Binder.
  • Auf der Höhe der einen Oberfläche 7 wird ein Lot 19, insbesondere eine Mischung aus einem Lotmaterial 19 und einem Basismaterial, vorzugsweise ebenfalls mit Binder, in Form einer Kappe 20 aufgebracht, wobei das Lot 19 oder das Lot der Lotmischung 19 einen um mindestens 10K, insbesondere um mindestens 20K niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das Basismaterial.
  • Es kann auch ein anderes, artgleiches Basismaterial verwendet werden, welches aber auch einen entsprechend höheren Schmelzpunkt als ein Lot 19 aufweist.
  • Dadurch können als Lote 19 Nickel- oder Kobalt-Basislegierungen mit Schmelzpunkterniedriger: Bor (B) und Silizium (Si) und/oder Germanium (Ge) und/oder Mangan (Mn) verwendet werden, aber auch Lote 19 ohne diese Schmelzpunkterniedriger.
  • Je nach Viskosität kann auch ein Stopp-off 22 um das Lot 19 oder die Lotmischung 19 aufgebracht werden.
  • Dann wird eine Lötbehandlung durchgeführt.
  • Abschließend wird die Kappe 20 aus dem restlichen Lot 19 oder der restlichen Lotmischung 19 und ggf. dem Stopp-off 22 entfernt.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Verschließen von einem Durchgangsloch (13), bei dem ein Substrat (4) mit dem Durchgangsloch (13) ein Basismaterial aufweist, wobei zuerst ein Pulver (16) aus dem oder einem Basismaterial, vorzugsweise mit einem Binder, in das Durchgangsloch (13) eingebracht wird und das Durchgangsloch (13) ausgefüllt wird, insbesondere vollständig ausgefüllt wird, dann ein Lot (19) oder eine Lotmischung (19) aus einem Lot und dem oder einem Basismaterial, insbesondere mit Binder, auf der Höhe einer äußeren Oberfläche (7) des Substrats (4) über das ausgefüllte Durchgangsloch (13) als Kappe (20) aufgebracht wird, wobei das Lot (19) oder das Lot der Lotmischung (19) einen um mindestens 10K, insbesondere um mindestens 20K niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das Basismaterial, Durchführung einer Wärmebehandlung, Entfernen der Reste der Kappe (20).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Stopp-off-Material (22), das das Wegfließen des Lots verhindert, um die Kappe (20) herum aufgebracht ist, wobei das Stopp-off-Material (22) vorzugsweise eine Keramik aufweist.
  3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Lot (19) einen Anteil (in Gew.-%) von 25% bis 60% in der Lotmischung (19) aufweist, insbesondere 40% - 50%.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der Binderanteil 5% bis 10% beträgt (in Gew.-%).
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lot (19) eine Nickel- oder Kobalt-Basislegierungen mit Schmelzpunkterniedriger darstellt: Bor (B) und Silizium (Si) und/oder Germanium (Ge) und/oder Mangan (Mn), oder eine Nickel- oder Kobalt-Basislegierung ohne diese Schmelzpunkterniedriger darstellt.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0653904A2 (de) * 1993-11-17 1995-05-17 International Business Machines Corporation Zusammensetzungen zum Füllen von Durchkontaktierungslöchern zur direkten Befestigung von Vorrichtungen und Verfahren zu ihrer Anbringung
WO2009065753A1 (de) * 2007-11-20 2009-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum löten weiter spalte

Patent Citations (2)

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