DE2319994A1

DE2319994A1 - Schweissverfahren zur befestigung von schaufeln auf turbinenscheiben

Info

Publication number: DE2319994A1
Application number: DE2319994A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hofmueller; Axel Rossmann; Franz Dr Ing Schreiber
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1974-11-07
Also published as: FR2226241A1; IT1006488B

Description

Schweißverfehren zur Befestigung von Schaufeln auf Turbinenscheiben

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißverfahren zur Befestigung von Schaufeln auf Turbinenscheiben, insbesondere aus Ni- oder Co-Legierungen.

Die Vorteile der Herstellung von Turbinenrädern durch Verschweißen von vorher gefertigten Radscheiben mit den Schaufeln, die gegenüber einem einstückig hergestellten Turbinenlaufrad vor allem darin liegen, daß die Aueschußrate bei der Herstellung um ein Vielfaches geringer ist, sind hinreichend bekannt, und es ist deshalb versucht worden auch solche Turbinenlaufräder durch Aufschweißen der Schaufeln auf Laufradscheiben herzustellen, die besonders hohe Temperaturen und Drehzahlen aushalten müssen. Schweißverbindungen dieser Art wurden durch Elektronenstrahlschweißen, Schutzgasschweißen und Reibschweißen hergestellt.

T-387

409845/0488

Eb hat sich Jedoch gezeigt, daß diese Schweißverfahren keine befriedigenden Lösungen darstellen, weil bei der Anwendung dee Elektronenstrahlschweißverfahrens die zu verschweißenden Grenzflächen eine Peinbearbeitung erfordern, die sehr teuer ist, und wegen des Schmelz prozesses Mikrorisse auftreten. Beim Reibschweißen treten sehr hohe mechanische Kräfte an den zu verschweißenden Teilen auf ₇ die oft bei dünnwandigen Konstruktionen nicht eingeleitet werden können, darüber hinaus entsteht ein eingekerbter Schweißwulst der abgearbeitet werden muß. Schließlich wird bei der herkömmlichen Schutzgasschweißung keine ausreichende Schweißnahtfestigkeit erreicht, und zwar deshalb nicht, weil insbesondere bei der Abkühlung nach der Schweißung an der Verbindungsstelle Mikrorisse auftreten, die eine starke Herabsetzung der Festigkeit des Laufrades verursachen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Schweißverfahren für die Befestigung von Schaufeln auf Turbinenscheiben zu schaffen, wobei einerseits hochlegierte Materialien insbesondere Ki- oder Co-Legierungen für die Turbinenscheiben zur Anwendung kommen sollen, andererseits Mikrorisse bei der Abkühlung der Schweißung mit absoluter Sicherheit vermieden werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgab· wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zu verschweißenden Teil· im Vakuum- oder unter Schutzgas durch Anlegen je eines Pole« einer Stromquelle an je ein

18.4.1973 409845/0488-

- 3 - 2319894

!Teil mittels elektrischer Wider Standserhitzung en den Grenzflächen auf eine Temperatur T^ dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes erhitzt werden und in dem dabei erreichten teigigen Zustand mit leichtem Druck P^·aufeinandergepreßt werden.

Beim ßtromdurchgang heizen sich' aufgrund des Übergangswiderstandes der Anlageflächen der zu verschweißenden Teile diese besonders leicht auf und werden dann durch den leichten Druck zum Verschweißen gebracht. Die inerte Atmosphäre verhindert bei der Aufheizung eine Oxydation der ßchweißflachen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß wegen des relativ geringen Anpreßdruckes der entstehende Schweißwulst nur die Porm einer leichten Katerialverdickung aufweist und somit eine nachträgliche mechanische Abarbeitung entfallen kann. Aufgrund der Erhitzung nur bis unterhalb des Schmelzpunktes wird die Elüssigphase des Metalls nicht erreicht, was zur Folge hat, daß die Ausbildung von Mikrorissen vermieden wird.

Auch der Anpreßdruck P^ zwischen den beiden verschweißten Teilen ist dazu geeignet bei der Abkühlung die Ausbildung von Mikroriesen zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil dieses Schweißverfahrene besteht darin, daß vor der Verschweißung die Oberflächen nicht feinbearbeitet verden müssen, sondern lediglich oxydfrei zu halten sind.

4098Λ5/0Α88 ~ ⁴ ~

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens darin, daß Kraft- und Temperaturverlauf während des Schweißvorganges genau beobachtbar sind.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll der Druck P,. bei der Abkühlung der Schweißverbindung erhöht werden, wodurch erreicht wird, daß auch bei geringem Schweißdruck P^ die Ausbildung von Mikrorissen in der Abkühlphase vermieden wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen beide zu verschweißenden Teile Im Bereich der Verbindung zu den Grenzflächen hin eine Querschnittsverminderung aufweisen. Durch diese Einschnürung wird der sehr erwünschte Effekt erreicht, daß die Aufheizung im Bereich der Grenzflächen erheblich stärker ist als im übrigen Bereich der zu verschweißenden Teile.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen zum Zusammenpressen der Schweißteile Formbacken dienen, die gleichzeitig die Aufheizelektroden bilden.

Es wurde herausgefunden, daß eine optimale Verschweißung von Schaufelfuß und Laufradscheibe für eine Ni- oder Co-Legierung bei einer Aufheiztemperatur erreicht wird, die etwa 5 /*· unter der Schmelztemperatur liegt, bei einem Aufheizstrom mit 1o V Spannung und einer Stromdichte von 1o^ Amp./cm sowie einem

Schweißdruck von 5 -1ο kp/mm .

«09845/0488

-S- 231S994

Anhand ein«? sehematischen Zeichnung wird das erfindungegemäße ßchweißverfahren näher erläutert:

In der Zeichnung ist eine Turbinenscheibe 1 eines Turbinenlaufrades in eine rinnenartige Vorrichtung 8 eingelegt. An ihrem Außenumfeng ist die Turbinenscheibe 1 mit einer der Anzahl der zu befestigenden Schaufeln entsprechenden Zahl von Verbindungeflächen 2 versehen. Eine Turbinenschaufel 4 mit einem Fuß 3 ist auf eine der Verbindungsflächen 2 der Turbinenscheibe 1 aufgesetzt. Mit Hilfe von Formbacken 5» die gleichzeitig als Elektroden dienen, wird die Turbinenschaufel 4 beim Schweißvorgang mit einem Druck P^ auf die entsprechende Verbindungsfläche 2 der Turbinenscheibe 1 gepreßt. An die Formbacken 5 ist ein Pol einer Stromquelle "U angeschlossen, während der andere Pol dieeer Stromquelle U an die Turbinenscheibe 1 angelegt ist. Durch den Druck P^ bildet sich bei der Verschweißung der Turbinenschaufel 4 mit der Turbinenscheibe 1 an der Grenzfläche ein Schweißwulst 7 aus, der dazu geeignet ist, die Bildung von Hikrorissen zu vermeiden.

Sowohl für die Formbacken 5 als auch für die sonstigen Teile der Schweißvorrichtung kann eine nicht dargestellte Kühlung vorgesehen sein.

T-387
18.4.1973

Claims

ba/fr

münchen gmbh, j₀

München, den 18. April 1973

Patent ansprüche

1/ Schweißverfahren zur Befestigung von Schaufeln auf Turbinen-Bcheiben insbesondere aus einer Ni- oder Co-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Teile im Vakuum oder unter Schutzgas durch Anlegen je eines Poles einer Stromquelle an je ein Teil mittels elektrischer Widerstandserhitzung an den Grenzflächen auf eine Temperatur T^ dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes erhitzt werden und in dem dabei erreichten teigigen Zustand mit leichem Druck F.. aufeinandergepreßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck Pyj bei der Abkühlung der Schweißverbindung erhöht wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide zu verschweißende Teile im Bereich der Verbindung zu den Grenzflächen hin eine Querschnittsverminderung aufweisen.

T-387 - 2 -

4098 4 5/04 8 8

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zum Zusammenpressen der Schweißteile Formbacken dienen, die gleichzeitig die Aufheizelektroden bilden·

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verechweißung folgende Parameter zur Anwendung gelangen:

Aufheiztemperatur: etwa 5 % unter der Schmelztemperatur Aufheizspannung: ca. 1o Volt AufheizBtrom: ca. 1o^ Ampere/cm

Schweißdruck: 5 bis 1o kp/mm

T-387
18.4.1973

409845/0488

Leerseite