DE1915532B2

DE1915532B2 -

Info

Publication number: DE1915532B2
Application number: DE1915532A
Authority: DE
Inventors: John Windsor Skipton Yorkshire Jones (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-03-27
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1980-02-21
Also published as: FR2004807A1; GB1224521A; FR2077495A1; US3656222A; DE1915532A1; DE1915532C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Herstellung von Turbinenschaufeln für Gasturbinenstrahltriebwerke, die hohen Temperaturen und gleichzeitig hohen Drücken ausgesetzt sind, ist eine Kühlung des Schaufelblattes und der Schaufelblattformen zur Vermeidung einer Überhitzung notwendig. Um dem unterschiedlichen Temperaturverlauf längs der Schaufeloberfläche gerecht zu werden, müssen diese vom Triebwerkskompressor mit Kühlluft gespeisten Kanäle oft relativ komplizierte Formen aufweisen, die durch Bohren auch auf elektrolytischem Wege nicht hergestellt werden können. Aus

diesem Grunde ist es häufig erforderlich, derartige Turbinenschaufeln aus zwei Schaufelhälften herzustellen, in deren Trennebene die Kühlluftkanäle zu liegen kommen sollen. Die Kühlluftkanäle können dann als Nuten in eine oder beide der zu verbindenden oberflächen der Schaufelhälften eingebracht werden und es ist dann erforderlich, die Schaufelhälften unlösbar miteinander zu verbinden, so daß sich ein einheitlicher Schaufelaufbau ergibt, der den mechanisehen Belastungen selbst bei den auftretenden hohen Temperaturen widerstehen kann.

Diese Verbindung durch Hartverlötung erfolgte bisher in einem Arbeitsgang, welcher der weiteren Bearbeitung der Schaufel vorgeschaltet war. Hiermit suchte man einen einstückigen Schaufelrohling zu erhalten, der als Ausgangswerkstück jenen Schaufelrohlingen entsprach, die von Haus aus einstückig gefertigt waren und entweder keine Kühlluftkanäle benötigten, oder bei denen die Kühlluftkanäle auf andere Weise eingeformt werden konnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer ursprünglich aus zwei Schaufelrohlingshälften bestehenden Schaufel zu vereinfachen, die Herstellung zu beschleunigen und die Herstellungskosten zu senken.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe verfahrensmäßig durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung beruht demgemäß auf der Erkenntnis, daß die bisher üblichen Schritte der Verlötung und der Glühbehandlung der Schaufel zusammengefaßt werden können, so daß eine getrennte Aufheizung für den Hartlötvorgang entfallen kann. Während der Verlötung wird demgemäß gleichzeitig das erforderliche Lösungsglühen durchgeführt und es werden Spannungen abgebaut. Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine noch bessere Verlötung erreicht wird als dies bisher möglich war. Die Gründe hierfür sind noch nicht restlos erforscht, scheinen jedoch darin zu liegen, daß wenn die zu verlötenden Schaufelteile beispielsweise bei Temperaturen von 1000° C arbeiten, diese Teile während der Herstellung irgendwann einmal einer Wärmebehandlungunterworfen werden müssen, um diese Temperatür aushalten zu können. Wenn die Teile somit während der normalen Wärmebehandlung, d.h. beim Lösungsglühen verlötet werden, dann widerstehen die Teile und die verlötete Zone den Arbeitstemperaturen, da durch das Lösungsglühen auch die Verlötungszone mit erfaßt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich gleichbleibend reproduzierbar gute Ergebnisse erzielen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Schaufelrohlings,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Rohlings nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 2 gemäß Fig. 1 betrachtet,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, wobei jedoch die beiden Teile des Rohlings voneinander getrennt sind,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines der Teile

in Richtung des Pfeiles 4, gemäß Fig. 3 betrachtet.

In Fig. 1 ist ein Schaufelrohling 10 dargestellt, aus dem eine stromlinienförmig gestaltete Schaufel 11 hergestellt werden soll, die in Fig. 2 strichliert angedeutet ist. Die Schaufel 11 ist beispielsweise eine Turbinenrotorschaufel einer Hochdruckturbine eines Gasturbinenstrahltriebwerks.

Der Schaufelrohling 10 ist aus zwei Teilen 12 und 13 zusammengesetzt, die mit benachbarten konkaven bzw. konvexen, paßgerecht aneinanderfügbaren Oberflächen 14,15 versehen ist. Wie in Fig. 3 angedeutet, besitzen die Oberflächen 14, 15 keine genau zylindrische Gestalt und sie können sich daher nicht relativ zueinander drehen. Die Oberfläche 14 weist einen Abschnitt 16 auf, der exakt zylindrisch ist, und einen Krümmungsradius r aufweist, jedoch geht der Abschnitt 16 glatt in einen flachen Abschnitt 17 über, der tangential hierzu verläuft. Der Abschnitt 17 ist in einem Winkel 0 von z. B. 60° gegen die Normale 18 an den Seiten des Schaufelrohlings 10 angestellt.

Statt dessen könnten die Schaufelteile 12, 13 auch mit einem in der Mitte liegenden zylindrischen Abschnitt 16 und flachen tangentialen Abschnitten 17 auf beiden gegenüberliegenden Seiten ausgestattet sein.

Die Oberflächen 15 sind komplementär geformt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Oberfläche 14 mit Kühlluftnuten 20, 21, 22 ausgstattet und gleiche Kühlluftnuten können auf die ersteren ausgerichtet in der Oberfläche 15 vorgesehen werden. Die Oberfläche 14 und die Kühlluftnuten 20, 21, 22 darin sind durch elektrische Bearbeitungsverfahren in dem entsprechenden Schaufelteil ausgearbeitet, z. B. durch Funkenbearbeitung.

Der Schaufelteil kann aus einer Stange hergestellt werden, indem diese gedreht und aufgeteilt wird, bevor die Kühlluftkanäle eingeformt werden. Der Schaufelteil 12 kann vor der Funkenbearbeitung geschmiedet werden und die Oberfläche 14 kann mit einem Endschliff versehen werden, z. B. durch ein elektrolytisches Schleifverfahren, bei welchem eine Graphitschleifscheibe benutzt wird.

Die Schaufelteile 12,13 werden dann entgratet und miteinander hart verlötet, so daß ein vollständiger Schaufelrohling 10 gebildet wird, wobei ein Blatt 23 aus Lötmaterial zwischen die Oberflächen 14, 15 der Schaufelteile 12, 13 gelegt wird.

Der Lötwerkstoff des Blattes 23 besteht aus einer Mischung einer Legierung und einem synthetischen Kunstharzmaterial, welches verdampft. Das Lötmaterial geht mit dem Werkstoff der Schaufelteile 12, 13 eine Diffusionsverbindung ein. Die Schaufelteile 12, 13 können aus einer Nickellegierung folgender Zusammensetzungen (in Gewichtsprozenten) hergestellt sein.

Elemente Nickellegierung

Nr. 1

Nickellegierung

Nr. 2

Elemente	Nickellegierung	Nickellegierung
	Nr. 1	Nr. 2
C	0,12	0,12
	max	0,20
Si	1,0	1,0
	max	max
Cu	0,2	0,2
	max	max
Fe	1,0	1,0
	max	max
Mn	1,0	1,0
	max	max

Cr	5	Ti	1 5	Zr	14,0	14,0
		15,7	16,0
Al	Pb	0,9	3,5
		1,5	4,5
H) CO	20 S	4,5	4,5
		4,9	5,5
Mo	Ni	18,0	13,0
	22,0	15,5
B	4,5	3,0
5,5	5,0
0,003	0,010
0,010	0,025
0,15	0,15
max	max
0,0015	0,0015
max	max
0,015	0,015
max	max
Rest	Rest

Bei Verwendung dieser Nickellegierungen kann ein Lötmaterial benutzt werden, welches zu 60% aus einer Nickellegierung und zu 40% aus Acrylharz besteht. Die Nickellegierung hat dabei vorzugsweise folgende nominelle Zusammensetzung:

C bis 0,7%, Si 4,5%, Cr 14%, B 3,5%, Fe 4,5%, Ni Rest.

Das Blatt 23 kann z. B. hergestellt werden, indem gesinterte Pillen einer Mischung von Legierung und Kunstharz hergestellt werden, woraus dann das Blatt 23 durch Pressen dieser Pillen zwischen erhitzten Paletten hergestellt wird.

Das Blatt 23 wird auf den Schaufelteil 13 mit einem Acrylglaskleber aufgebracht und es werden dann in der Zeichnung nicht dargestellte Schlitze in dem Blatt 23 angebracht, nachdem es auf dem Schaufelteil 13 aufgelegt ist. Die Schlitze weisen eine den Nuten 20 bis 22 entsprechende Gestalt auf und sind auf diese ausgerichtet.

Dann werden die Schaufelteile 12, 13 mit dem dazwischen befindlichen Blatt 23 zusammen in einer nicht dargestellten Vorrichtung angeordnet. Diese Vorrichtung dient nur dazu, die Schaufelteile 12, 13 relativ zueinander in ihrer ordnungsgemäßen Lage zu haltern und es wird keine positive Druckkraft ausgeübt, um die Schaufelteile gegeneinander zu pressen. So wird während der weiter unten beschriebenen Wärmebehandlung, bei der der Schaufelteil 12 über dem Schaufelteil 13 liegt, keine Kraft ausgeübt, um ein solches Zusammenpressen zu bewirken, sondern es wirkt nur die Schwerkraft, so daß nur eine geringe Gefahr besteht, daß Lötmaterial seitlich ausgequetscht wird.

Die Vorrichtung wird dann in einen Ofen eingebracht, der unter erhöhter Temperatur gehalten wird, bis das Lötmaterial schmilzt. Die Wärmebehandlung wird im Vakuum durchgeführt und Wärme- und Vakuumbedingungen bewirken eine Entfernung des Acrylharzbinders des Blattes 23, was zur Folge hat, daß sich der Schaufelteil 12 unter Wirkung der Schwerkraft auf den Schaufelteil 13 hin bewegt.

Diese Hartverlötung wird während der normalen Wärmebehandlung des Materials der Schaufelteile 12, 13, d. h. während des Lösungsglühens bewirkt. Wenn z. B. die Schaufelteile aus einer Nickellegierung Nr. 1

hergestellt sind, dann wird die aus Schaufelteilen 12, 13 und Blatt 23 bestehende Einheit einem Lösungsglühen während vier Stunden bei 1150° C unterworfen und dann einer weiteren Behandlung bei 1050° C 16 Stunden lang, während dann, wenn die Schaufelteile 12,13 aus einer Nickellegierung Nr. 2 hergestellt sind, die Wärmebehandlung IV₂ Stunden bei 1190° C dauert, wobei eine Abkühlung von 119O⁰C auf 1000° C erfolgt und danach eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur bewirkt wird.

Vor der Wärmebehandlung kann jede der Nuten 20, 22 mit einem Überzugsmaterial ausgestattet sein, das eine Adhäsion von Lötmaterial verhindert. So kann das Überzugsmaterial beispielsweise eine Sus-

pension von Chromoxid in einem organischen Träger sein. Während der Verlobung verkohlt die Farbe und es ergibt sich ein schwarzer Staub, über den die Lötlegierung nicht fließt.

Am Ende der Wärmebehandlung sind die beiden Schaufelteile 12, 13 durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden. So wird ein zweiteiliger Schaufelrohling geformt, dessen Verbindung bei Schaufelbetriebstemperaturen so fest ist, wie die Legierung aus der sie bestehen, so daß bei einer relativ niedrigen Temperatur keine Gefahr des Schmelzens besteht. Aus diesem Schaufelrohling kann die fertige Schaufel 11 danach durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hartlötung von Schaufel- oder Schaufelrohlingsteilen, von denen wenigstens der eine in seiner Lötfläche mit Kühlluftkanälen versehen ist, unter Verwendung eines zwischen den Lötflächen eingefügten Hartlotes, das durch Erhitzung der zu verlötenden Teile eine Diffusionsbindung zwischen diesen herstellt, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Schaufelteile (12,13) mit einem dazwischen gefügten Blatt (23) aus Lötmaterial aneinandergefügt werden,

b) daß jedes Blatt (23) mit wenigstens einem Schlitz versehen ist, der in Breite und Gestalt auf den entsprechenden Kühlkanal ausgerichtet ist, und

c) daß die Hartverlötung der Schaufelteile oder der Schaufelrohlingsteile (12, 13) während der normalen Lösungsglühbehandlung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (23) aus Lötmaterial aus einer Mischung einer Legierung und eines synthetischen Kunstharzmaterials besteht, welch letzteres während der Wärmebehandlung verdampft.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in dem Blatt (23) eingebracht werden, nachdem das Blatt (23) auf dem mit den Kühlmittelkanälen ausgestattetem Teil aufgeklebt ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verlötung die Kühlmittelkanäle (20, 21, 22) mit einem Uberzugsmaterial überzogen werden, das während der Verlötung verkohlt und das Lötmittel abstößt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen (14, 15) mit gekrümmten Abschnitten (16) und anschließend flachen Abschnitten (17) derart versehen werden, daß beim Übereinanderfügen keine Relativverdrehung erfolgen kann, und daß die Teile während der Verlötung nur durch Schwerkraft übereinander liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen im Vakuum erfolgt.