DE202018002644U1 - Apparatus for connecting a gas turbine blade with a gas turbine blade root - Google Patents

Apparatus for connecting a gas turbine blade with a gas turbine blade root Download PDF

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Abstract

Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens zum Verbinden eines Gasturbinenschaufelblatts (100), im Folgenden als Schaufelblatt (100) bezeichnet, mit einem Gasturbinenschaufelfuß (200), im Folgenden als Schaufelfuß (200) bezeichnet, wobei das Schaufelblatt (100) und der Schaufelfuß (200) aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind, mit den folgenden Schritten:- Bereitstellen eines Schaufelblatts (100) und eines Schaufelfußes (200),- Anordnen zum Verbinden des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) in einer Fügezone (5) zu einer Gasturbinenschaufel (300),- Vorwärmen des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) wenigstens in der Fügezone (5), wobei die Vorwärmtemperatur größer als die Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang der Materialien des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) ist,- Verbinden des Schaufelblatts (100) mit dem Schaufelfuß (200) unter Ausbildung einer in der Fügezone (5) umlaufenden gasdichten Schweißnaht (1) durch Schmelzschweißen, und- Diffusionsschweißen durch heißisostatisches Pressen des Verbundes aus dem Schaufelblatt (100) mit dem Schaufelfuß (200).Apparatus configured to carry out a method for connecting a gas turbine blade (100), hereinafter referred to as blade (100), with a gas turbine blade root (200), hereinafter referred to as blade root (200), wherein the blade (100) and the blade root (100) 200) are made of non-fusion-weldable materials, comprising the following steps: - providing a blade (100) and a blade root (200), - arranging for connecting the blade (100) and the blade root (200) in a joining zone (5) a gas turbine blade (300), preheating the airfoil (100) and the blade root (200) at least in the joining zone (5), wherein the preheating temperature is greater than the temperature for the brittle-ductile phase transition of the materials of the airfoil (100) and the Blade root (200), - connecting the blade (100) to the blade root (200) to form a circumferential in the joint zone (5) n gas-tight weld (1) by fusion welding, and diffusion welding by hot isostatic pressing of the composite of the airfoil (100) with the blade root (200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens zum Verbinden eines Gasturbinenschaufelblatts, im Folgenden als Schaufelblatt bezeichnet, mit einem Gasturbinenschaufelfuß, im Folgenden als Schaufelfuß bezeichnet, wobei das Schaufelblatt und der Schaufelfuß aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device configured to carry out a method for connecting a gas turbine blade, hereinafter referred to as a blade, with a gas turbine blade root, hereinafter referred to as blade root, wherein the blade and the blade root are made of non-meltable materials, according to the preamble of Claim 1.

Gasturbinen können Gasturbinenschaufeln und angrenzende Bauteile aufweisen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Beispielsweise können das Schaufelblatt, der Schaufelfuß, der Rotorgrundkörper und/oder andere Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden. Dies kann dadurch begründet sein, dass beispielsweise ein Schaufelblatt sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, ein Schaufelfuß und ein Rotorgrundkörper dagegen bei relativ niedrigeren Temperaturen für bestimmte hohe mechanische Belastungen ausgelegt wird. Für die unterschiedlichen Werkstoffe, zu denen Titanlegierungen, Nickellegierungen und andere Legierungen zu zählen sind, stehen verschiedene Fertigungsverfahren zur Verfügung. Hier sind insbesondere das Feingießen sowie das Schmieden aus dem Stand der Technik bekannt. Viele hoch beanspruchte Gasturbinenbauteile, wie zum Beispiel die Schaufeln für einen Verdichter, sind oft Schmiedeteile. Laufschaufeln und Leitschaufeln der Turbine können hingegen als Feingussteile ausgeführt werden.Gas turbines may include gas turbine blades and adjacent components made of different materials. For example, the blade, the blade root, the rotor body and / or other components can be made of different materials. This may be due to the fact that, for example, an airfoil is exposed to very high temperatures, a blade root and a rotor base body, however, is designed at relatively lower temperatures for certain high mechanical loads. Different materials are available for the different materials, which include titanium alloys, nickel alloys and other alloys. Here, in particular, the investment casting and forging from the prior art are known. Many highly stressed gas turbine components, such as the blades for a compressor, are often forgings. Blades and vanes of the turbine, however, can be executed as precision castings.

Eine Gasturbinenschaufel mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, kann als Hybridschaufel bezeichnet werden. Die Herstellung dieser Hybridschaufel, beispielsweise aus verschiedenen Titanlegierungen, ist in der Regel nur fügetechnisch möglich. Als mögliche Verfahren zum Fügen des Schaufelfußes aus einer ersten Titanlegierung mit einem Schaufelblatt aus einer zweiten Titanlegierung kann ein lineares oder ein orbitales Reibschweißen, oder alternativ ein additives Fertigungsverfahren angewendet werden. Zu den additiven Fertigungsverfahren sind beispielsweise das Elektronenstrahlschmelzen (engl.: Electron Beam Melting, abgekürzt EBM), das Selektive Laserschmelzen (engl.: Selective Laser Melting, abgekürzt SLM) oder das Laserauftragsschweißen (engl.: Laser Metal Deposition, abgekürzt LMD) zu zählen. Diese Fügetechnologien können jedoch eine aufwendige Vorwärmung bei dem Reibschweißen erfordern, oder mögliche Bindefehler in dem mittels additiver Fertigung hergestellten Bauteil verursachen. Derartige Bindefehler sind durch eine abschließende zerstörungsfreie Materialprüfung nur schwer nachweisbar. Trotz dieser Nachteile kann es aus strukturmechanischen Gründen notwendig sein, bestimmte Materialkombinationen für eine Gasturbinenschaufel zu verwenden.A gas turbine blade having an airfoil and a blade root made of different materials may be referred to as a hybrid blade. The production of this hybrid blade, for example, from different titanium alloys, is usually possible only by joining technology. As a possible method of joining the blade root of a first titanium alloy with a blade of a second titanium alloy, a linear or an orbital friction welding, or alternatively an additive manufacturing method may be used. For example, the electron beam melting (EBM), the Selective Laser Melting (abbreviated SLM) or the Laser Metal Deposition (abbreviated LMD) can be counted among the additive manufacturing processes , However, these joining technologies may require elaborate preheating in the friction welding, or cause potential bonding defects in the component made by additive manufacturing. Such binding errors are difficult to detect by a final non-destructive material testing. Despite these disadvantages, it may be necessary for structural mechanical reasons to use certain combinations of materials for a gas turbine blade.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die konfiguriert ist zur Ausführung eines Verfahrens zum Verbinden eines Schaufelblatts mit einem Schaufelfuß, wobei das Schaufelblatt und der Schaufelfuß aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind.An object of the present invention is to propose a device configured to carry out a method of joining a blade with a blade root, wherein the blade and blade root are made of non-fusion weldable materials.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is achieved by a device having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung beansprucht, die konfiguriert ist zur Ausführung eines Verfahrens zum Verbinden eines Schaufelblatts mit einem Schaufelfuß, wobei das Schaufelblatt und der Schaufelfuß aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind. Das Verfahren umfasst als ersten Schritt ein Bereitstellen eines Schaufelblatts und eines Schaufelfußes. Der zweite Schritt des Verfahrens umfasst ein Anordnen zum Verbinden des Schaufelblatts und des Schaufelfußes in einer Fügezone zu einer Gasturbinenschaufel. Die Fügezone kann als Kontaktbereich bezeichnet werden. Der dritte Schritt des Verfahrens umfasst ein Vorwärmen des Schaufelblatts und des Schaufelfußes wenigstens in der Fügezone, wobei die Vorwärmtemperatur größer als die Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang der Materialien des Schaufelblatts und des Schaufelfußes ist. Die Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang kann als Phasenübergangstemperatur bezeichnet werden. Diese Bedingung für die Vorwärmtemperatur kann mittels der folgenden Gleichung dargestellt werden: T V ,Min > Max ( T Spröd-Duktil ,Werkstoff Schaufelblatt ,  T Spröd-Duktil ,Werkstoff Schaufelfuß )

Figure DE202018002644U1_0001

  • T v, Min - Mindest-Vorwärmtemperatur
  • T Spröd-Duktil, Werkstoff Schaufelblatt - Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang des Schaufelblatt-Werkstoffs
  • T Spröd-Duktil, Werkstoff Schaufelfuß - Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang des Schaufelfuß-Werkstoffs
According to the invention, a device is claimed which is configured to carry out a method for connecting a blade with a blade root, wherein the blade and the blade root are made of non-fusion-weldable materials. The method comprises, as a first step, providing an airfoil and a blade root. The second step of the method includes arranging to connect the airfoil and the blade root in a joining zone to a gas turbine blade. The joining zone can be referred to as contact area. The third step of the method includes preheating the airfoil and the blade root at least in the joint zone, wherein the preheat temperature is greater than the brittle-to-ductile phase transition temperature of the blade and blade root materials. The temperature for the brittle-ductile phase transition can be referred to as the phase transition temperature. This preheat temperature condition can be represented by the following equation: T V , min > Max ( T Brittle-ductile , Material airfoil . T Brittle-ductile , Material blade root )
Figure DE202018002644U1_0001
  • T v, Min - minimum preheat temperature
  • T brittle ductile, material airfoil - temperature for the brittle-ductile phase transition of the airfoil material
  • T brittle ductile, material blade root - temperature for the brittle-ductile phase transition of the blade root material

Der vierte Schritt des Verfahrens umfasst ein Verbinden des Schaufelblatts mit dem Schaufelfuß unter Ausbildung einer in der Fügezone umlaufenden gasdichten Schweißnaht durch Schmelzschweißen. Das Verbinden kann als Fügen bezeichnet werden. Der fünfte Schritt des Verfahrens umfasst ein Diffusionsschweißen durch heißisostatisches Pressen (abgekürzt HIP) des Verbundes aus dem Schaufelblatt mit dem Schaufelfuß. The fourth step of the method comprises bonding the airfoil to the blade root to form a gas-tight weld seam circulating in the joint zone by fusion welding. The joining can be called joining. The fifth step of the method comprises a diffusion welding by hot isostatic pressing (abbreviated HIP) of the composite of the airfoil with the blade root.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.Advantageous developments of the present invention are the subject of subclaims and embodiments.

Erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen, sofern eine, oder die, konkrete Kombination für den Fachmann nicht als offenkundig technisch unmöglich erkennbar ist. Auch die Gegenstände der Unteransprüche geben jeweils erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen an.Exemplary embodiments according to the invention may have one or more of the following features in any combination, provided that one or the concrete combination is not apparent to the person skilled in the art as obviously technically impossible. The subject matters of the dependent claims in each case according to the invention, exemplary embodiments.

Bei allen oben gemachten und unten folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen erläutern.In all of the statements made above and below, the use of the term "may be" or "may have" etc. is synonymous with "preferably" or "preferably", etc., and is intended to illustrate exemplary embodiments of the invention.

Wann immer hierin Alternativen mit „und/oder“ eingeführt werden, so versteht der Fachmann das darin enthaltene „oder“ vorzugsweise als „entweder oder“ und vorzugsweise nicht als „und“.Whenever alternatives are introduced herein with "and / or", those skilled in the art will understand the "or" contained therein as preferably "either or" and preferably not "and".

Hierin genannte Ausführungsformen sind als erfindungsgemäße, rein exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, die nicht als beschränkend zu verstehen sind.Embodiments referred to herein are to be understood as being purely exemplary embodiments of the present invention, which are not to be considered as limiting.

Der Begriff Schmelzschweißverfahren bzw. Schmelzschweißen kann verschiedene Schweißverfahren zum Verbinden von Bauteilen umfassen, welche unter Einwirkung von Wärme bzw. von Hitze ausgeführt werden. Im Gegensatz zu den Pressschweißverfahren sind beim Schmelzschweißverfahren in der Regel keine großen Kräfte notwendig, um die Verbindung strukturmechanisch stabil ausführen. Zu den Schmelzschweißverfahren sind das Feuerschweißen, das Widerstandsschmelzschweißen, das Gasschmelzschweißen (z. B. das Autogenschweißen) und das Strahlschmelzschweißen zu zählen. Beim Strahlschmelzschweißen wird in der Regel der Strahl, insbesondere ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, eingesetzt, um das zu verbindende Material bzw. Bauteil lokal in einem sehr kleinen Bereich von beispielsweise einigen Zehntelmillimetern zu verflüssigen. Die Intensität des Laserstrahls kann an den Schmelzpunkt des Materials angepasst werden.The term fusion welding may include various welding methods for joining components which are carried out under the action of heat or heat. In contrast to the pressure welding process, in the fusion welding process usually no large forces are necessary to perform the compound structurally stable. Fusion welding methods include fire welding, resistance melt welding, gas fusion welding (eg, autogenous welding), and beam fusion welding. In beam fusion welding, the beam, in particular a laser beam or an electron beam, is generally used in order to liquefy the material or component to be connected locally in a very small range of, for example, a few tenths of a millimeter. The intensity of the laser beam can be adjusted to the melting point of the material.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Schaufelblatt ein Schaufelblatt-Rohteil und der Schaufelfuß ein Schaufelfuß-Rohteil. Das Schaufelfuß-Rohteil kann quaderförmig, oval mit abgerundeten Eckbereichen für eine bessere Wärmeverteilung, oder eine andere Form aufweisen. Die stirnseitige Gegenfläche des Schaufelblatt-Rohteils kann die entsprechende Gegenfläche der Schaufelfuß-Rohteilform aufweisen, um eine stufenlose Schweißnaht zu ermöglichen.In some embodiments of the invention, the airfoil is an airfoil blank and the blade root is a blade root stock. The blade root blank may be cuboid, oval with rounded corner areas for better heat distribution, or other shape. The front-side mating surface of the blade bladed blank may have the corresponding mating surface of the blade root blank mold to allow a stepless weld.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens eines Strahlschmelzverfahrens als Schmelzschweißverfahren auf, wobei das Strahlschmelzverfahren ein Laserstrahl-Schmelzschweißverfahren oder ein Elektronenstrahl-Schmelzschweißverfahren sein kann.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method comprises the further step of using a jet fusion process as a fusion welding process, wherein the jet fusion process may be a laser beam fusion welding process or an electron beam fusion welding process.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen beträgt die Streckenenergie beim Schmelzschweißen maximal 15 kJ/m auf. Die Streckenenergie kann weiterhin maximal 10 kJ/m, insbesondere ca. 6 kJ/m betragen. Die Streckenenergie kann als das Verhältnis aus einerseits der Leistung des Laserstrahls oder des Elektronenstrahls und andererseits der Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls bzw. Elektronenstrahls beschrieben und definiert werden.In some embodiments according to the invention, the energy per unit area during fusion welding amounts to a maximum of 15 kJ / m. The path energy can continue to be at most 10 kJ / m, in particular about 6 kJ / m. The energy per unit length can be described and defined as the ratio of on the one hand the power of the laser beam or the electron beam and on the other hand the feed speed of the laser beam or electron beam.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens von Elektronenstrahlen und/oder von Laserstrahlen und/oder eines induktiven Verfahrens zum Vorwärmen auf. In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method includes the further step of using electron beams and / or laser beams and / or an inductive preheating method.

Insbesondere beim Laserstrahlschmelzschweißen kann die Vorwärmung induktiv durchgeführt werden.In particular, in laser beam welding, the preheating can be performed inductively.

Bei einer Strahlerwärmung kann der Strahl defokussiert eingestellt werden, sodass der Strahlfokus nicht direkt auf die zu erwärmende Fläche eingestellt ist. Damit kann vorteilhaft eine Punkterwärmung oder zumindest eine lokal sehr eng begrenzte Erwärmung, die zu lokalen Überhitzungen führen kann, vermieden werden. Dieser defokussierte Strahl kann den Vorwärmbereich beispielsweise durch mehrmaliges Oberflächenerwärmen bzw. Überstreichen der Fügezone zunehmend bis zu einer gewünschten Solltemperatur erwärmen. Die Solltemperatur kann als Vorwärmtemperatur bezeichnet werden. Die Wärmemessung zur Überprüfung eines Erreichens der Vorwärmtemperatur kann durch berührungslose Messverfahren erfolgen, beispielsweise durch eine Wärmebildkamera.If the heater is heated, the beam can be set in a defocused position so that the beam focus is not set directly on the surface to be heated. This can advantageously a point warming or at least a locally very limited heating, which can lead to local overheating, avoided become. This defocused beam can increasingly heat the preheating area to a desired setpoint temperature by, for example, heating the surface several times or sweeping over the joining zone. The setpoint temperature can be referred to as the preheat temperature. The heat measurement for checking that the preheating temperature has been reached can be effected by non-contact measuring methods, for example by a thermal imaging camera.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens einer Schutzgaskammer zum Verbinden von dem Schaufelblatt mit dem Schaufelfuß unter Ausbildung einer Schweißnaht durch Schmelzschweißen auf. Insbesondere beim Laserstrahlschmelzschweißen kann eine geschlossene Schutzgaskammer, die als sogenannte Glove Box bezeichnet werden kann, eingesetzt werden. Als Schutzgas kann beispielsweise Argon oder Helium verwendet werden. Das Elektronenstrahlschmelzschweißen wird in der Regel in einem Hochvakuum-Druckbereich durchgeführt, sodass eine gesonderte Schutzgaskammer nicht notwendig ist. Das Hochvakuum wird vorteilhaft dafür eingesetzt, um eine Versprödung der zu verbindenden Werkstoffe zu vermeiden bzw. auszuschließen.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method includes the further step of using a shield gas chamber to connect the airfoil to the blade root to form a weld by fusion welding. In particular, in laser beam welding, a closed protective gas chamber, which can be referred to as a so-called glove box, are used. As protective gas, for example, argon or helium can be used. The electron beam fusion welding is usually carried out in a high vacuum pressure range, so that a separate protective gas chamber is not necessary. The high vacuum is advantageously used to avoid embrittlement of the materials to be joined or excluded.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Überwachens der Vorwärmtemperatur mittels einer Wärmebildkamera auf. Eine Wärmebildkamera kann als bildgebendes Gerät bezeichnet werden, das eine Infrarotstrahlung zur Temperaturmessung empfängt.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method includes the further step of monitoring the preheat temperature using a thermal imaging camera. A thermal imaging camera may be referred to as an imaging device that receives infrared radiation for temperature measurement.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens einer Vorwärmtemperatur auf, die größer ist als die Summe aus der Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang der Materialien des Schaufelblatts und des Schaufelfußes und einer Temperaturspanne Delta T (ΔT), die einer Abkühlung nach der Beendigung der Vorwärmung und vor dem Beginn des Schmelzschweißens entspricht. Die Temperaturspanne Delta T (ΔT) kann als Temperaturdifferenz zwischen der Beendigung der Vorwärmung und dem Beginn des Schmelzschweißens bezeichnet werden. Diese Bedingung fiir die Vorwärmtemperatur kann mittels der folgenden Gleichung dargestellt werden: T V > T V ,Min + Δ T

Figure DE202018002644U1_0002

  • TV - Vorwärmtemperatur
  • TV, Min - Mindest-Vorwärmtemperatur
  • ΔT - Temperaturdifferenz zwischen der Beendigung der Vorwärmung und dem Beginn des Schmelzschweißens
In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method includes the further step of using a preheat temperature that is greater than the sum of the brittle-to-ductile phase transition temperature of the airfoil and blade root materials and a temperature span Delta T (ΔT), which corresponds to a cooling after the completion of preheating and before the start of fusion welding. The temperature span delta T (ΔT) may be referred to as the temperature difference between the completion of preheating and the start of fusion welding. This condition for the preheat temperature can be represented by the following equation: T V > T V , min + Δ T
Figure DE202018002644U1_0002
  • T V - preheating temperature
  • T V, Min - minimum preheat temperature
  • ΔT - temperature difference between the completion of preheating and the beginning of fusion welding

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens eines Wärmeleitungsschweißprozesses zum Schmelzschweißen auf. Die Einschweißtiefe kann zwischen 0,05 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 mm betragen. Ein Wärmeleitungsschweißprozess kann als ein Schweißprozess beschrieben werden, bei dem der Strahl zum Schmelzschweißen, beispielsweise ein Laserstrahl, die zu fügenden Bauteile entlang der Fügestelle aufschmilzt. Die Schmelzen können ineinander fließen und zur Schweißnaht erstarren. Die Energie kann beim Wärmeleitungsschweißen nur durch Wärmeleitung in das Werkstück gelangen. Die Eindringtiefe kann weniger als ein Zehntelmillimeter bis zu ca. 1 bis 2 mm betragen. Die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs kann die maximale Eindringtiefe, die als Nahttiefe bezeichnet werden kann, begrenzen.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method includes the further step of using a thermal conduction welding process for fusion welding. The welding depth can be between 0.05 mm and 2 mm, in particular between 0.1 mm and 1 mm. A thermal conduction welding process may be described as a welding process in which the fusion welding beam, such as a laser beam, melts the components to be joined along the joint. The melts can flow into one another and solidify into a weld. The energy can pass through the heat conduction welding in the workpiece only by heat conduction. The penetration depth can be less than a tenth of a millimeter up to about 1 to 2 mm. The thermal conductivity of the material can limit the maximum penetration depth, which can be called the seam depth.

Der Schritt des Verwendens eines Wärmeleitungsschweißprozesses zum Schmelzschweißen ermöglicht vorteilhaft eine rissfreie Schweißung. Die Schweißung kann als Einschweißung bezeichnet werden. Das Vermeiden von Oberflächenrissen kann eine wichtige Voraussetzung für eine Gasdichtigkeit der Schweißnaht und damit des nachfolgenden Diffusionsschweißprozesses durch ein heißisostatisches Pressen HIP sein. Oberflächenrisse können beispielsweise durch eine Farbeindring-Prüfung detektiert werden.The step of using a heat conduction welding process for fusion welding advantageously allows a crack-free weld. The weld can be called weld-in. The avoidance of surface cracks can be an important prerequisite for a gas tightness of the weld seam and thus of the subsequent diffusion welding process by hot isostatic pressing HIP. Surface cracks can be detected, for example, by a dye penetration test.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verbreiterns der Schweißnaht senkrecht zur Vorschubrichtung der Schweißnaht und parallel zur Oberfläche des Schaufelblatts und des Schaufelfußes mittels einer periodischen Strahlauslenkung auf. In some embodiments of the invention, the apparatus configured to perform a method comprises the further step of widening the weld perpendicular to the feed direction of the weld and parallel to the surface of the airfoil and the blade root by means of periodic beam deflection.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Verwendens einer Temperatur zwischen 900°C und 1200°C und einem Druck zwischen 1000 bar und 5000 bar für eine Zeitdauer zwischen 30 min und 600 min bei dem Verfahrensschritt des heißisostatisches Pressens des Verbundes aus dem Schaufelblatt mit dem Schaufelfuß auf.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to carry out a method comprises the further step of using a temperature between 900 ° C and 1200 ° C and a pressure between 1000 bar and 5000 bar for a period of between 30 minutes and 600 minutes Process step of hot isostatic pressing of the composite from the blade with the blade root.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Werkstoff für das Schaufelblatt und/oder für den Schaufelfuß eine Titan-Aluminium-Legierung oder weist einen solchen Werkstoff auf.In some embodiments of the invention, the material for the airfoil and / or for the blade root is a titanium-aluminum alloy or comprises such a material.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens, den weiteren Schritt eines Endbearbeitens einer Gasturbinenschaufel, die mittels eines Schaufelblatt-Rohteils und/oder eines Schaufelfuß-Rohteils hergestellt wurde, mittels eines spanabhebenden Verfahrens und/oder eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens auf.In some embodiments of the invention, the apparatus configured to carry out a method comprises the further step of finishing a gas turbine blade made by means of an airfoil blank and / or a blade root blank by means of a metal cutting process and / or an electrochemical machining process ,

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Gasturbinenschaufel als Laufschaufel einer Gasturbine ausgebildet.In some embodiments of the invention, the gas turbine blade is configured as a blade of a gas turbine.

Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.Some or all embodiments according to the invention may have one, several or all of the advantages mentioned above and / or below.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorteilhaft ein Schmelzschweißverfahren als Fügeverfahren zum Verbinden eines Gasturbinenschaufelblatts mit einem Gasturbinenschaufelfuß angewendet werden, wobei das Schaufelblatt und der Schaufelfuß aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Nachteile bisher angewendeter Verfahren, insbesondere eine aufwendige Vorwärmung bei einem linearen oder einem orbitalen Reibschweißen, oder mögliche Bindefehler im Material bei einem additiven Fertigungsverfahren vermieden werden.By means of the device according to the invention can be advantageously used a fusion welding method as a joining method for connecting a gas turbine blade with a gas turbine blade root, wherein the blade and the blade root are made of non-meltable materials. With the device according to the invention, the disadvantages of previously used methods, in particular a costly preheating in a linear or an orbital friction welding, or possible binding errors in the material in an additive manufacturing process can be avoided.

Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt des Diffusionsschweißens durch ein heißisostatisches Pressen (HIP) des Verbundes aus dem Schaufelblatt mit dem Schaufelfuß in einer HIP-Anlage ermöglicht vorteilhaft, die HIP-Anlage gleichzeitig mit mehreren Bauteilen, also einer Vielzahl von Gasturbinenschaufeln, zu beladen. Es können, je nach Größe der HIP-Anlage, über 100 Gasturbinenschaufeln gleichzeitig beladen werden. Weiterhin ermöglicht die HIP-Anlage vorteilhaft, eine optionale und oft notwendige, nachgeschaltete Wärmebehandlung der Gasturbinenschaufeln in der HIP Anlage durchzuführen, ohne einer erneuten Beladung oder Umladung.The inventive step of diffusion welding by hot isostatic pressing (HIP) of the composite of the blade with the blade root in a HIP system advantageously allows to load the HIP system simultaneously with a plurality of components, ie a plurality of gas turbine blades. Depending on the size of the HIP system, more than 100 gas turbine blades can be loaded simultaneously. Furthermore, the HIP plant advantageously allows to carry out an optional and often necessary, downstream heat treatment of the gas turbine blades in the HIP plant without a renewed loading or reloading.

Die Qualität der durch das heißisostatische Pressen entstandenen Diffusionsschweißung kann vorteilhaft einfach durch beispielsweise eine berührungslose Ultraschallprüfung der Gasturbinenschaufeln überprüft werden. Optional werden Schaufelblatt-Rohteile mit Schaufelfuß-Rohteilen zu einer Gasturbinenrohschaufel miteinander verbunden, die in der gleichen Art und Weise durch eine berührungslose Ultraschallprüfung überprüft werden kann.The quality of the diffusion welding produced by the hot isostatic pressing can advantageously be checked simply by, for example, a contactless ultrasonic testing of the gas turbine blades. Optionally, airfoil blanks are joined together with blade root blanks to form a gas turbine bladed blade that can be inspected in the same manner by non-contact ultrasonic testing.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorteilhaft durch eine geringe Einschweißtiefe beim Strahlschweißprozess ein erforderliches Aufmaß im stirnseitigen Fußbereich der Gasturbinenschaufel gering gehalten werden.By means of the device according to the invention can be kept low by a small welding depth during the beam welding process a required allowance in the frontal foot region of the gas turbine blade.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den stark schematisch vereinfachten Figuren gilt:

  • 1 zeigt ein Gasturbinenschaufelblatt-Rohteil, ein Gasturbinenschaufelfuß-Rohteil, eine Schweißnaht und einen vorgewärmten Bereich an einer Fügezone des Schaufelblatt-Rohteils und des Schaufelfuß-Rohteils; und
  • 2 zeigt die erfindungsgemäßen Schritte eines Verfahrens zum Verbinden des Schaufelblatts mit dem Schaufelfuß in einer Fügezone zu einer Gasturbinenschaufel.
The present invention will be explained in the following with reference to the accompanying drawings, in which identical reference numerals designate identical or similar components, by way of example. In the highly simplified schematic figures:
  • 1 shows a gas turbine blade blank, a gas turbine blade root, a weld and a preheated area at a joining zone of the airfoil blank and the blade root blank; and
  • 2 shows the inventive steps of a method for connecting the airfoil with the blade root in a joining zone to a gas turbine blade.

1 zeigt schematisch stark vereinfacht ein Gasturbinenschaufelblatt-Rohteil 100, ein Gasturbinenschaufelfuß-Rohteil 200, eine Schweißnaht 1 und einen vorgewärmten Bereich 3 an einer Fügezone 5 des Schaufelblatt-Rohteils 100 und des Schaufelfuß-Rohteils 200. Das Schaufelblatt-Rohteil 100 und das Schaufelfuß-Rohteil 200 sind aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt, beispielsweise aus Titan-Aluminium-Legierungen, insbesondere aus unterschiedlichen Titan-Aluminium-Legierungen für das Schaufelblatt-Rohteil 100 und das Schaufelfuß-Rohteil 200. Um die Nachteile des bekannten Fügeverfahren Reibschweißen und von additiven Fertigungsverfahren zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Schmelzschweißverfahren angewendet. Damit die beiden nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen dennoch mittels des Schmelzschweißverfahrens miteinander fügetechnisch verbunden werden können, werden die zur 2 im Detail beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt. 1 schematically shows a gas turbine blade bladed greatly simplified 100 , a gas turbine blade-blank 200 , a weld 1 and a preheated area 3 at a joining zone 5 of the airfoil blank 100 and the blade root blank 200 , The Airfoil blank 100 and the blade root stock 200 are made of non-melt-weldable materials, such as titanium-aluminum alloys, in particular of different titanium-aluminum alloys for the blade blank 100 and the blade root stock 200 , In order to avoid the disadvantages of the known joining method of friction welding and of additive manufacturing methods, a fusion welding method is used according to the invention. In order that the two materials that are not suitable for fusion welding can nevertheless be joined by means of the fusion welding process, the 2 performed in detail process steps.

Das Schaufelfuß-Rohteil 200 ist quaderförmig ausgestaltet. Die entsprechende Gegenfläche des Schaufelblatt-Rohteils 100 weist eine Rechteckform auf, sodass die beiden Bauteile mittels der Schweißnaht 3 miteinander verbunden bzw. zusammengefügt werden können, ohne eine Stufe oder eine Absatz überbrücken zu müssen. Optional können die Ecken der Rechteckform abgerundet sein. Die Ecken der Rechteckform können Radien aufweisen.The blade root blank 200 is designed cuboid. The corresponding mating surface of the blade blank 100 has a rectangular shape, so that the two components by means of the weld 3 be joined or joined together without having to bridge a step or a paragraph. Optionally, the corners of the rectangle shape may be rounded. The corners of the rectangular shape may have radii.

Zur Endbearbeitung werden die beiden miteinander verbundenen Rohteile 100, 200 weiterbearbeitet, beispielsweise mittels eines spanabhebenden Verfahrens oder eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens. Daran anschließend kann die Gasturbinenschaufel 300, beispielsweise als ein Gasturbinenschaufelsegment, mit einem Rotorgrundkörper verbunden und zu einem Gasturbinenschaufelkranz zusammengesetzt bzw. montiert werden.To finish the two interconnected blanks 100 . 200 further processed, for example by means of a machining process or an electrochemical machining process. Thereafter, the gas turbine blade 300, for example, as a gas turbine blade segment, connected to a rotor body and assembled or assembled to a gas turbine blade ring.

2 zeigt die erfindungsgemäßen Schritte eines Verfahrens zum Verbinden eines Gasturbinenschaufelblatts 100, im Folgenden als Schaufelblatt 100 bezeichnet, mit einem Gasturbinenschaufelfuß 200, im Folgenden als Schaufelfuß 200 bezeichnet, wobei das Schaufelblatt 100 und der Schaufelfuß 200 aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind. Das Schaufelblatt 100 und der Schaufelfuß 200 können als Rohteile vorliegen und als Rohteile in den Verfahrensschritten S1 bis S5 bearbeitet werden. Das Schaufelblatt 100 kann dann als Schaufelblatt-Rohteil 100 und der Schaufelfuß 200 als Schaufelfuß-Rohteil 200 bezeichnet werden. 2 shows the inventive steps of a method for connecting a gas turbine blade 100 , hereinafter referred to as a blade 100 designated, with a gas turbine blade foot 200 , hereinafter referred to as blade root 200 designated, wherein the airfoil 100 and the blade foot 200 made of non-fusion-weldable materials. The blade 100 and the blade foot 200 can be present as blanks and processed as blanks in steps S1 to S5. The blade 100 can then be used as an airfoil blank 100 and the blade foot 200 as a blade footer blank 200 be designated.

Im Schritt S1 wird ein Schaufelblatt 100 und ein Schaufelfuß 200 bereitgestellt.In step S1, an airfoil 100 and a shovel foot 200 provided.

Im Schritt S2 werden das Schaufelblatt 100 und der Schaufelfuß 200 zum Verbinden zu einer Gasturbinenschaufel 300 in der Fügezone 5 angeordnet. Die Fügezone 5 kann als Kontaktbereich 5 bezeichnet werden. Die Anordnung erfolgt insbesondere derart, dass die zu verbindenden Flächen möglichst passgenau aneinander liegen, so dass an einer äußeren Umlaufkante im Bereich der Fügezone 5 die Schweißnaht 1 aufgebracht werden kann.In step S2, the airfoil 100 and the blade foot 200 for connecting to a gas turbine blade 300 in the joining zone 5 arranged. The joining zone 5 may be referred to as contact area 5. The arrangement is in particular such that the surfaces to be joined lie as accurately as possible against each other, so that at an outer peripheral edge in the region of the joining zone 5 the weld 1 can be applied.

Im nachfolgenden Schritt S3 wird das Schaufelblatt 100 und der Schaufelfuß 200 vorgewärmt. Die Vorwärmung erfolgt wenigstens in der Fügezone 5, kann sich jedoch über die lokal begrenzte Fügezone 5 hinaus erstrecken. Die Vorwärmung kann mittels einer Strahlerwärmung, mittels einer induktiven Erwärmung oder auf eine andere Art und Weise erfolgen. Bei einer Strahlerwärmung kann der Strahl defokussiert eingestellt werden, sodass keine Punkterwärmung oder zumindest lokal sehr eng begrenzte Erwärmung, die zu lokalen Überhitzungen führen kann, erfolgt. Dieser defokussierte Strahl kann den Vorwärmbereich 3 beispielsweise durch mehrmaliges Oberflächenerwärmen bzw. Überstreichen der Fügezone 5 zunehmend bis zu einer gewünschten Solltemperatur erwärmen.In the subsequent step S3, the airfoil 100 and the blade foot 200 preheated. The preheating takes place at least in the joining zone 5 , however, may be beyond the localized joining zone 5 extend beyond. The preheating can be done by means of a radiation heating, by means of inductive heating or in another way. In the case of spot heating, the beam can be set in a defocused position so that there is no point heating or at least locally very limited heating, which can lead to local overheating. This defocused jet can control the preheat area 3 for example, by repeated surface heating or sweeping the joining zone 5 increasingly heat up to a desired setpoint temperature.

Die Strahlen für eine Strahlerwärmung können Elektronenstrahlen, Laserstrahlen oder andere Strahlen sein.The rays for a radiation heating may be electron beams, laser beams or other rays.

Bei einem Schmelzschweißen von zwei nichtschmelzschweißgeeigneten Werkstoffen bzw. Bauteilen aus diesen Werkstoffen, wie dies hier vorliegend in Form der beiden Bauteile Schaufelblatt 100 und Schaufelfußes 200 der Fall ist, sollte die Temperatur im Fügebereich der Schweißnaht 1 ausreichend hoch sein, um eine Rissbildung der Bauteile zu vermeiden. Eine ausreichend hohe Temperatur ist erfindungsgemäß eine Temperatur oberhalb des sogenannten Spröd-Duktil-Phasenübergangs des jeweiligen Werkstoffs. Diese Temperatur kann als Phasenübergangstemperatur bezeichnet werden. Der Phasenübergang von einem spröden Werkstoffverhalten zu einem duktilen Werkstoffverhalten ist eine temperaturabhängige Werkstoffkenngröße, wobei vereinfachend hier konstanter Umgebungsdruck angenommen bzw. vorausgesetzt wird. Die Phasenübergange können als Phasenumwandlungen bezeichnet werden.In a fusion welding of two non-fusion weldable materials or components made of these materials, as here present in the form of the two components airfoil 100 and shovel foot 200 the case is, the temperature should be in the joint area of the weld 1 be sufficiently high to avoid cracking of the components. A sufficiently high temperature according to the invention is a temperature above the so-called brittle-ductile phase transition of the respective material. This temperature can be referred to as the phase transition temperature. The phase transition from a brittle material behavior to a ductile material behavior is a temperature-dependent material parameter, whereby simplifying here is assumed or assumed constant ambient pressure. The phase transitions may be referred to as phase transitions.

Zur Berücksichtigung einer Abkühlung des Vorwärmbereichs 3 in einer Zeitspanne zwischen der Beendigung der Vorwärmung und dem Beginn des Schmelzschweißvorgangs kann die Vorwärmtemperatur um eine Temperaturspanne Delta T (ΔT) erhöht werden.To take into account a cooling of the preheating area 3 in a period between the completion of the preheat and the start of the fusion welding operation, the preheat temperature may be increased by a temperature span delta T (ΔT).

Zur Vermeidung von Wärmestaus an Eckbereichen der zu erwärmenden Bauteile, die beispielsweise bei rechteckförmigen Rohteilen des Schaufelblatt 100 und des Schaufelfußes 200 auftreten können, kann es vorteilhaft sein, diese Eckbereiche zur besseren Wärmeverteilung abzurunden. Die Eckbereiche der rechteckförmigen Rohteile können daher beispielsweise Radien aufweisen.To avoid heat accumulation at the corners of the components to be heated, for example, in rectangular blanks of the airfoil 100 and the blade foot 200 can occur, it may be advantageous to round off these corner areas for better heat distribution. The corner regions of the rectangular blanks can therefore have, for example, radii.

Im nachfolgenden Schritt S4 wird das Schaufelblatt 100 mit dem Schaufelfuß 200 unter Ausbildung einer in der Fügezone 5 umlaufenden gasdichten Schweißnaht 1 mittels Schmelzschweißen verbunden. Dieses Verbinden kann als Fügen bezeichnet werden. Vorzugsweise wird ein Strahlschmelzverfahren eingesetzt, beispielsweise ein Laserstrahl-Schmelzschweißverfahren oder ein Elektronenstrahl-Schmelzschweißverfahren.In the following step S4, the airfoil becomes 100 with the blade foot 200 forming one in the joining zone 5 circumferential gas-tight weld 1 connected by fusion welding. This joining can be referred to as joining. Preferably, a beam melting method is used, for example a laser beam fusion welding method or an electron beam fusion welding method.

Das Schmelzschweißen wird vorzugsweise mit einer Streckenenergie von maximal 15 kJ/m, insbesondere von maximal 10 kJ/m, beispielsweise von ca. 6 kJ/m durchgeführt.The fusion welding is preferably carried out with a maximum energy of 15 kJ / m, in particular of at most 10 kJ / m, for example of about 6 kJ / m.

Die Schweißnaht kann mittels einer periodischen Strahlauslenkung senkrecht zur Vorschubrichtung der Schweißnaht und parallel zur Oberfläche des Schaufelblatts und des Schaufelfußes verbreitert werden, um eine sichere Spaltüberbrückung zwischen den zu fügenden Bauteilen zu erreichen.The weld can be widened by means of a periodic beam deflection perpendicular to the feed direction of the weld and parallel to the surface of the blade and the blade root in order to achieve a secure gap bridging between the components to be joined.

Der Verfahrensschritt S4 kann in einer Schutzgaskammer durchgeführt werden.The method step S4 can be carried out in a protective gas chamber.

Der Strahlschweißprozess wird bevorzugt als Wärmeleitungsschweißprozess durchgeführt. Die Eindringtiefe der Wärmeleitung in das zu verbindende Bauteil im Bereich der Fügezone 5 kann einige Zehntelmillimeter bis zu ca. 1 mm betragen.The beam welding process is preferably carried out as a heat conduction welding process. The penetration depth of the heat conduction into the component to be connected in the region of the joining zone 5 can be a few tenths of a millimeter up to about 1 mm.

Im darauf nachfolgenden Schritt S5 erfolgt der Verfahrensschritt des Diffusionsschweißens durch ein heißisostatisches Pressen des Verbundes aus dem Schaufelblatt 100 mit dem Schaufelfuß 200. Dabei wird im Anschluss an das Ausbilden der gasdichten Schweißnähte zwischen dem Schaufelblatt 100 und dem Schaufelfuß 200 der so gebildete Verbund einem Diffusionsschweißen durch heißisostatisches Pressen (abgekürzt HIP) unterzogen. Das heißisostatische Pressen kann als Prozess im Bereich der Fertigungstechnik beschrieben werden, bei der Pulver und Feststoffe, beispielsweise Metalle, gleichzeitig heiß gepresst und gesintert werden. Bedingt durch die sich beim heißisostatischen Pressen ausbildenden Diffusionsvorgänge im Metallgefüge kann dann eine kompakte, flächige Verbindung zwischen dem Schaufelblatt 100 und dem Schaufelfuß 200 entstehen. Beim Schmelzschweißen entstandene mögliche Risse können somit geschlossen werden. Dies kann als sogenanntes Ausheilen des Werkstoffs bzw. des Bauteils bezeichnet werden. Insbesondere kann vorteilhaft dadurch eine Nachbearbeitung nicht mehr oder zumindest nur in einem sehr begrenzten Umfang notwendig werden. Das heißisostatische Pressen wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 900 Grad Celsius (°C) und 1200 Grad Celsius (°C), bei einem Druck zwischen 1000 bar und 5000 bar, vorzugsweise in einer Schutzgasumgebung, beispielsweise mit Argon oder Helium als Schutzgas, und über eine Zeitspanne zwischen ca. 30 min und 600 min durchgeführt.In the subsequent step S5, the process step of diffusion welding is carried out by hot isostatic pressing of the composite from the airfoil 100 with the blade foot 200 , In this case, following the formation of the gas-tight welds between the airfoil 100 and the blade foot 200 the thus formed composite subjected to diffusion welding by hot isostatic pressing (abbreviated HIP). Hot isostatic pressing can be described as a process in the field of manufacturing technology in which powders and solids, for example metals, are simultaneously hot-pressed and sintered. Due to the diffusion processes in the metal structure forming during hot isostatic pressing, a compact, flat connection between the blade leaf 100 and the blade root can then be achieved 200 arise. Possible fissures created during fusion welding can thus be closed. This can be referred to as so-called annealing of the material or of the component. In particular, a post-processing can advantageously no longer be necessary or at least only to a very limited extent. The hot isostatic pressing is preferably carried out at a temperature between 900 degrees Celsius (° C) and 1200 degrees Celsius (° C), at a pressure between 1000 bar and 5000 bar, preferably in a protective gas environment, for example with argon or helium as protective gas, and a period of time between about 30 min and 600 min performed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Gasturbinenschaufelblatt-Rohteil; Schaufelblatt-Rohteil; SchaufelblattGas turbine airfoil blank; Blade-blank; airfoil
200200
Gasturbinenschaufelfuß-Rohteil; Schaufelfuß-Rohteil; SchaufelfußGasturbinenschaufelfuß-blank; Blade-blank; blade
300300
GasturbinenschaufelGas turbine blade
11
SchweißnahtWeld
33
vorgewärmter Bereichpreheated area
55
Fügezone; KontaktbereichJoining zone; contact area
S1 - S5S1 - S5
Verfahrensschrittesteps

Claims (14)

Vorrichtung, konfiguriert zur Ausführung eines Verfahrens zum Verbinden eines Gasturbinenschaufelblatts (100), im Folgenden als Schaufelblatt (100) bezeichnet, mit einem Gasturbinenschaufelfuß (200), im Folgenden als Schaufelfuß (200) bezeichnet, wobei das Schaufelblatt (100) und der Schaufelfuß (200) aus nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen hergestellt sind, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Schaufelblatts (100) und eines Schaufelfußes (200), - Anordnen zum Verbinden des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) in einer Fügezone (5) zu einer Gasturbinenschaufel (300), - Vorwärmen des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) wenigstens in der Fügezone (5), wobei die Vorwärmtemperatur größer als die Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang der Materialien des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) ist, - Verbinden des Schaufelblatts (100) mit dem Schaufelfuß (200) unter Ausbildung einer in der Fügezone (5) umlaufenden gasdichten Schweißnaht (1) durch Schmelzschweißen, und - Diffusionsschweißen durch heißisostatisches Pressen des Verbundes aus dem Schaufelblatt (100) mit dem Schaufelfuß (200).Device configured to carry out a method for connecting a gas turbine blade (100), hereinafter referred to as blade (100), with a gas turbine blade root (200), hereinafter referred to as blade root (200), wherein the blade (100) and the blade root (100) 200) are made of non-fusion-weldable materials, comprising the following steps: - providing an airfoil (100) and a blade root (200), - Arranging for connecting the airfoil (100) and the blade root (200) in a joining zone (5) to a gas turbine blade (300), preheating the airfoil (100) and the blade root (200) at least in the joining zone (5) Preheating temperature is greater than the temperature for the brittle-ductile phase transition of the materials of the airfoil (100) and the blade root (200), - connecting the airfoil (100) to the blade root (200) to form one in the joint zone (5) gas-tight weld (1) by fusion welding, and - diffusion bonding by hot isostatic pressing of the composite from the airfoil (100) with the blade root (200). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaufelblatt (100) ein Schaufelblatt-Rohteil (100) und der Schaufelfuß (200) ein Schaufelfuß-Rohteil (200) ist.Device after Claim 1 wherein the airfoil (100) is an airfoil blank (100) and the blade root (200) is a blade root blank (200). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden eines Strahlschmelzverfahrens als Schmelzschweißverfahren, wobei das Strahlschmelzverfahren ein Laserstrahl-Schmelzschweißverfahren oder ein Elektronenstrahl-Schmelzschweißverfahren ist.Device after Claim 1 or 2 with the further step of: - using a jet melting process as a fusion welding process, wherein the jet melting process is a laser beam fusion welding process or an electron beam fusion welding process. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Streckenenergie beim Schmelzschweißen maximal 15 kJ/m beträgt.Device according to one of the preceding claims, wherein a path energy during fusion welding is a maximum of 15 kJ / m. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden von Elektronenstrahlen und/oder von Laserstrahlen und/oder eines induktiven Verfahrens zum Vorwärmen.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Using electron beams and / or laser beams and / or an inductive method for preheating. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden einer Schutzgaskammer zum Verbinden von dem Schaufelblatt (100) mit dem Schaufelfuß (200) unter Ausbildung einer Schweißnaht (1) durch Schmelzschweißen.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Using a protective gas chamber for connecting the airfoil (100) with the blade root (200) to form a weld (1) by fusion welding. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Überwachen der Vorwärmtemperatur mittels einer Wärmebildkamera.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Monitoring the preheating temperature by means of a thermal imaging camera. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden einer Vorwärmtemperatur, die größer ist als die Summe aus der Temperatur für den Spröd-Duktil-Phasenübergang der Materialien des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) und einer Temperaturspanne Delta T, die einer Abkühlung nach der Beendigung der Vorwärmung und vor dem Beginn des Schmelzschweißens entspricht.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Using a preheating temperature, which is greater than the sum of the temperature for the brittle-ductile phase transition of the materials of the airfoil (100) and the blade root (200) and a temperature span Delta T, the cooling after the completion of preheating and before corresponds to the beginning of fusion welding. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden eines Wärmeleitungsschweißprozesses zum Schmelzschweißen, wobei die Einschweißtiefe zwischen 0,05 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 mm beträgt.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Using a heat conduction welding process for fusion welding, wherein the welding depth between 0.05 mm and 2 mm, in particular between 0.1 mm and 1 mm. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verbreitern der Schweißnaht (1) senkrecht zur Vorschubrichtung der Schweißnaht (1) und parallel zur Oberfläche des Schaufelblatts (100) und des Schaufelfußes (200) mittels einer periodischen Strahlauslenkung.Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Widening of the weld (1) perpendicular to the feed direction of the weld (1) and parallel to the surface of the blade (100) and the blade root (200) by means of a periodic beam deflection. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: - Verwenden einer Temperatur zwischen 900°C und 1200°C und einem Druck zwischen 1000 bar und 5000 bar für eine Zeitdauer zwischen 30 min und 600 min bei dem Verfahrensschritt des heißisostatisches Pressens des Verbundes aus dem Schaufelblatt (100) mit dem Schaufelfuß (200).Device according to one of the preceding claims, with the further step: - Using a temperature between 900 ° C and 1200 ° C and a pressure between 1000 bar and 5000 bar for a period of time between 30 min and 600 min in the process step of hot isostatic pressing the composite of the airfoil (100) with the blade root (200) , Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Werkstoff für das Schaufelblatt (100) und/oder für den Schaufelfuß (200) eine Titan-Aluminium-Legierung ist oder einen solchen Werkstoff aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the material for the airfoil (100) and / or for the blade root (200) is a titanium-aluminum alloy or comprises such a material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, mit dem weiteren Schritt: - Endbearbeiten einer Gasturbinenschaufel (300), die mittels eines Schaufelblatt-Rohteils (100) und/oder eines Schaufelfuß-Rohteils (200) hergestellt wurde, mittels eines spanabhebenden Verfahrens und/oder eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens.Device according to one of Claims 2 to 12 with the further step of: - finishing a gas turbine blade (300) produced by means of an airfoil blank (100) and / or a blade root blank (200) by means of a machining method and / or an electrochemical machining method. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gasturbinenschaufel (300) eine Laufschaufel einer Gasturbine ist. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the gas turbine blade (300) is a gas turbine blade.
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DE (1) DE202018002644U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021002876A1 (en) 2020-06-06 2021-12-09 VauQuadrat GmbH Procedure for energy redistribution through voluntary preheating in metal fusion welding processes as a remedy for welding problems

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