DE2510286C3

DE2510286C3 - Process for the production of a blade-disk connection for turbomachines

Info

Publication number: DE2510286C3
Application number: DE19752510286
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DipL-Ing 8060 Dachau; Roßmann Axel 8047 Karlsfeld Weiler
Original assignee: Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1978-02-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufel-Scheibenverbindung für Strömungsmaschinen, wobei die Radscheibe überwiegend aus Stahl, die Schaufeln überwiegend aus Titan gefertigt sind.The invention relates to a method for producing a blade-disk connection for Turbomachines, with the wheel disk predominantly made of steel and the blades predominantly made of titanium are made.

Im Strömungsmaschinenbau wurden bereits Versuche durchgeführt, um überwiegend aus Stahl bzw. Stahllegierungen bestehende Bauteile mit aus Titan bzw. Titanlegierungen bestehenden Bauteilen innig zu verbinden, und zwar durch Löten, Elektronenstrahlschweißen, Diffusionsschweißen oder Reibschweißen.Tests have already been carried out in fluid-flow machine construction to produce predominantly steel or Steel alloys are closely related to components made of titanium or titanium alloys connect, namely by soldering, electron beam welding, diffusion welding or friction welding.

In allen Fällen zeigte sich, daß eine haltbare Verbindung nicht möglich war, meist fielen die Bauteile unmittelbar nach dem SchweiOvorgang von selbst wieder auseinander.In all cases it turned out that a durable connection was not possible, mostly the components fell apart again by themselves immediately after the welding process.

Dies wird in erster Linie auf die Bildung spröder Phasen im Schweißnahtbereich zurückgeführt. Weiter dürften die beim Schweißen auftretenden Wärniedehnungsunterschiede eine nicht unerhebliche Rolle spielen. This is primarily attributed to the formation of brittle phases in the weld seam area. Continue the differences in thermal expansion occurring during welding are likely play a not insignificant role.

Es wurde weiter festgestellt, daß mit Hilfe des Sprengschweißverfahrens einwandfreie flächige Verbindungen zwischen relativ dünnen Stahl- und Titanplatten miöglich sind, z. B. beim Plattieren im chemischen Apparatebau. Offensichtlich treten hierbei die negativen Erscheinungen der eingangs genannten Schweißverfahren wegen des anderen Schweißmechanismus und der extrem kurzen Schweißzeit nicht auf.It was also found that with the help of the explosion welding process, perfect two-dimensional connections between relatively thin steel and titanium plates are possible, e.g. B. in plating in chemical Apparatus construction. Obviously, the negative phenomena mentioned at the beginning appear here The welding process does not work because of the different welding mechanism and the extremely short welding time.

Das Sprengschweißverfahren eignet sich jedoch nicht bei relativ dickwandigen Bauteilen, wie sie z. B. bei einer Schaufel-Scheibenverbindung für Strömungsmaschinen gegeben sind, da die Schweißkräfte nicht ausreichend beherrscht und somit die Fertigungstoleranzen nicht genau eingehalten werden können und weiter die Form der Bauteile den für das Sprengschweißen geeigneten Anordnungen entgegensteht.However, the explosion welding process is not suitable for relatively thick-walled components, as they are, for. B. at a Blade-disk connection for turbo machines are given, since the welding forces are not sufficient controlled and thus the manufacturing tolerances can not be adhered to exactly and further the shape of the components is contrary to the arrangements suitable for explosion welding.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von Stahl bzw. eine Stahllegierung als Bauteilwerkstoff einerseits und Titan bzw. einer Titanlegierung als Bauteilwerkstoff andererseits, eine dauerhafte, geschweißte Schaufel-Scheibenverbindung zu erzielen.The invention is based on the object using steel or a steel alloy as Component material on the one hand and titanium or a titanium alloy as component material on the other hand, a to achieve permanent, welded blade-disc connection.

Im Rahmen der gestellten Aufgabe soll diese Verbindung weiter auf relativ einfache Weise herstellbar sein und einer gewichtlich leichten Ausführung eines beschaufelten Laufrads, insbesondere Verdichterlaufrads, weitestgehend entgegenkommen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß für die Verbindung zunächst ein plattenförmiger innerer Stahlteil mit einem plattenförmigen äußeren Titanteil durch Sprengschweißung miteinander verbunden werden, worauf dieses Verbundteil dann stahlseitig mit der Radscheibe und titanseitig mit den Schaufeln verschweißt wird.Within the scope of the task at hand, this connection should also be able to be produced in a relatively simple manner and should largely meet the requirements of a weightlessly light design of a bladed impeller, in particular a compressor impeller.
To solve the problem, the invention proposes that for the connection first a plate-shaped inner steel part with a plate-shaped outer titanium part are connected to one another by explosion welding, whereupon this composite part is then welded on the steel side to the wheel disc and titanium side to the blades.

Der besondere Vorteil der angegebenen Verbindungsart ergibt sich aus der vom übrigen Fertigungsprozeß gesonderten Herstellung des Verbundteils durch Sprengschweißung. Hinsichtlich der Wahl der jeweiligen Wandstärke des Verbundteils wäre lediglich darauf zu achten, daß mit Rücksicht auf die sich daran anschließenden Schmelzschweißvorgänge zur Verbindung mit der Radscheibe einerseits und den Laufschaufein andererseits, eine nennenswerte thermische Beeinflussung der Sprengschweißung ausgeschaltet istThe particular advantage of the specified type of connection results from that of the rest of the manufacturing process separate production of the composite part by explosion welding. With regard to the choice of the respective Wall thickness of the composite part would only have to be taken into account with consideration for it subsequent fusion welding processes for the connection with the wheel disc on the one hand and the rotor blade on the other hand, a significant thermal influence on the blast welding is eliminated

Die zunächst gesonderte Fertigung des VerbundteilsThe first separate production of the composite part

zwingt weiter nicht zur Einhaltung extrem genauer Fertigungstoleranzen, wie sie z. B. bei direktem Verschweißen von Laufschaufeln mit dem Laufrad erforderlich sind.further does not force compliance with extremely precise manufacturing tolerances, as z. B. with direct Welding of blades to the impeller are required.

Etwaige durch die Sprengschweißung verursachte Ungenauigkeiten des Verbundteils wären vor den übrigen Schweißvorgängen (Radscheibe, Schaufeln) zu beseitigen.Any inaccuracies in the composite part caused by the explosion weld would be before the Eliminate other welding processes (wheel disc, blades).

Bevorzugt im Interesse einer einfachen Herstellungsweise soll erfindungsgemäß weiter das Verbundteil aus einem äußeren Titanring und einem darin einsetzbaren Stahlring hergestellt werden.Preferably, in the interest of a simple method of manufacture, according to the invention, the composite part should also be made from an outer titanium ring and a steel ring insertable therein.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiter vorgesehen, daß das Verbundteil aus mehreren ringsegmentförmigen Bauteilen zusammengesetzt wird.In the context of the invention it is further provided that the composite part consists of several ring segment-shaped Components is assembled.

Eine derartige Ausführungsform kann vorteilhaft sein im Hinblick auf relativ hohe Wellendrehzahlen und dabei besonders von den Schaufelfliehkräften verursachte Materialspannungen im Bereich des äußeren Umfangs der Radscheibe.Such an embodiment can be advantageous with regard to relatively high shaft speeds and material stresses in the area of the outer surface caused particularly by the blade centrifugal forces Circumference of the wheel disc.

Ein Ausfühirungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen erläutert; es zeigtAn exemplary embodiment of the invention is shown in Drawings explained; it shows

F i g. 1 ein die Herstellung eines beschaufelten Verdichterlaufrads in einer ersten Ausführungsform erläuterndes Schnittbild undF i g. 1 shows the manufacture of a bladed compressor impeller in a first embodiment explanatory sectional view and

F i g. 2 einen Abschnitt einer zweiten Verdichterlaufradführung in der Ansicht von vorn.
Für die Herstellung eines Verdichterlaufrads nach F i g. 1 (unten), werden zunächst ein äußerer Titanring 1 unH ein darin eingesetzter Stahlring 2 entlang der Linie 3 durch Sprengschweißung miteinander verbunden.F i g. 2 shows a section of a second compressor impeller guide in a view from the front.
For the production of a compressor impeller according to FIG. 1 (below), an outer titanium ring 1 and a steel ring 2 inserted therein are first connected to one another along line 3 by explosive welding.

Dieses Verbundteil 4 wird dann gemäß Pfeilrichtung V auf die aus Stahl gefertigte Laufradscheibe 5 aufgesetzt und durch ein Schmelzschweißverfahren (Schweißnähte) mit der Laufradscheibe 5 verbunden.This composite part 4 is then placed on the impeller disc 5 made of steel in the direction of arrow V and connected to the impeller disc 5 by a fusion welding process (weld seams).

Ebenfalls durch Schmelzschweißen (Schweißnaht 7) werden hierauf die aus Titan gefertigten Laufschaufeln 8 mit dem zum Verbundteil 4 gehörigen äußeren Titanring 1 verschweißt.The rotor blades 8 made of titanium are then welded (weld 7), likewise by fusion welding welded to the outer titanium ring 1 belonging to the composite part 4.

Das Ausführungsbeispiel und F i g. 2 weicht von demjenigen nach F i g. 1 lediglich dadurch ab, daß jeweils aus Ringsegmenten 9, 10 zusammengesetzte Verbundteile 11 zunächst durch Sprengschweißen hergestellt und dann einzeln nacheinander stahlseitig mit der Radscheibe 5 verschweißt werden.The exemplary embodiment and FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only from the fact that Composite parts 11, each composed of ring segments 9, 10, initially by explosion welding produced and then individually welded to the wheel disc 5 on the steel side one after the other.

Hierauf erfolgt dann das Verschweißen der jeweilsThis is then followed by the welding of the respective

aus Titan hergestellten Laufschaufeln 8 mit den jeweils äußeren Ringsegmenten 9 der Verbundteile 11.Rotor blades 8 made of titanium with the respective outer ring segments 9 of the composite parts 11.

Im übrigen gelten zu F i g. 2 die in F i g. 1 angegebenen Bezugszeichen.Otherwise apply to FIG. 2 the in F i g. 1 given reference numerals.

Für die Durchführung der Erfindung ist es selbstver ständlich, daß die Laufradscheiben S einschließlich des jeweils zugehörigen inneren Stahlrings 2 (Fig. 1) bzw. der zugehörigen inneren Ringsegmentc 10 aus einer Stahllegierung hergestellt sein können.For the implementation of the invention, it is self-evident that the impeller disks S including the corresponding inner steel ring 2 (Fig. 1) or the associated inner ring segments 10 can be made of a steel alloy.

Die Laufschaufeln 8 und der jeweils zugeordnete äußere Tita.nring 1 (F i g. 1), bzw. die den Laufschaufeln 8 zugeordneien äußeren Ringsegniente 9 (F i g. 2) können aus einer Ti tanlegierung gefertigt sein.The rotor blades 8 and the respectively assigned outer titanium ring 1 (FIG. 1) or that of the rotor blades 8 can be assigned to the outer ring segment 9 (FIG. 2) be made of a titanium alloy.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for producing a blade-disk connection for turbomachines, wherein the Wheel disc mainly made of steel, the blades are mainly made of titanium, thereby characterized in that a plate-shaped inner steel part is initially used for the connection a plate-shaped outer titanium part are connected to one another by explosion welding, whereupon this composite part is then on the steel side with the wheel disc and on the titanium side with the blades is welded.

Z method according to claim 1, characterized in that the composite part consists of an outer Titanium ring and a steel ring that can be used therein is produced.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the composite part consists of several ring segment-shaped components is put together.