DE3619536A1

DE3619536A1 - Verfahren zum reparieren eines metallgegenstandes, insbesondere einer labyrinthdichtung

Info

Publication number: DE3619536A1
Application number: DE19863619536
Authority: DE
Inventors: Bertrand Gerard Marysville Wash. Robins
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1986-12-18
Also published as: IT8620721A0; GB8612456D0; IT1190006B; NL8601474A; FR2583326A1; IT8620721A1; US4657171A; JPS6233067A; FR2583326B1; GB2177038A; BE904920A; GB2177038B; CA1287073C

Description

9841.7-13DV-08784 General Electric Company

Verfahren zum Reparieren eines Metallgegenstands, inssondere einer Labyrinthdichtung

Die Erfindung bezieht sich auf die Reparatur eines Metallteils, das einen Vorsprung aufweist, und insbesondere auf die Reparatur eines solchen Teils in Form einer Dichtung, die aus einem Werkstoff hergestellt ist, der relativ schlechte Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften hat.

Eine Vielfalt von stationären und umlaufenden Dichtungen, bei denen es sich allgemein um Labyrinthdichtungen handelt, werden in verschiedenen Teilen eines Gasturbinentriebwerks benutzt. Bei der Herstellung, im Betrieb, bei der Wartung, usw. können derartige Dichtungen, die einen oder mehrere Vorsprünge, Zähne oder Stege aufweisen, welche mit einer Tragvorrichtung verbunden sind, verschleissen oder beschädigt werden.

Es ist üblich, gewisse Arten von solchen Dichtstegen oder -vorsprüngen auf relativ kostengünstige Weise zu reparieren, indem der beschädigte Teil des Steges zuerst entfernt wird. Derselbe Werkstoff des Steges wird dann wieder aufgebracht, beispielsweise durch Schweißen mit einem

Schweißdraht, wobei überschüssiger zusätzlicher Werkstoff entfernt wird, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, um den Steg wiederherzustellen. Verfahren und Vorrichtungen zum Ausführen einer solchen Reparatur sind in den US-PS 4 159 410 und 4 4 41 012 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Gemäß den Angaben in diesen US-Patentschriften wird ein Schweißzusatzwerkstoff in Drahtform in ein Schweißbad, das durch eine Wärmequelle, wie beispielsweise einen elektrischen Lichtbogen, erzeugt wird, hineinbewegt und aus demselben herausbewegt .

In einigen Fällen können wegen der schlechten Schweißbarkeit einschließlich schlechter Schweißfließeigenschaften und Rißempfindlichkeit des Metalls, aus dem der Vorsprung oder Steg besteht, die Dichtstege nicht auf praktische Weise repariert werden. Das teuere Teil kann demgemäß, wenn es beschädigt ist, nachgeformt werden, um an anderer Stelle in dem Triebwerk benutzt zu werden, oder ersetzt statt repariert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Reparieren eines Teils zu schaffen, das einen Vorsprung hat, wobei wenigstens der Vorsprung aus einem Metall hergestellt ist, das relativ schlechte Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften aufweist.

Weiter soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Reparieren einen solchen Teils in Form einer Dichtung, die wenigstens einen Steg oder Zahn hat, geschaffen werden.

Ferner soll durch die Erfindung ein Dichtteil geschaffen werden, das einen als Schichtkörper aufgebauten Vorsprung

oder Dichtsteg hat.

Das Verfahren nach der Erfindung beinhaltet in einer Ausgestaltung das Reparieren eines Metallgegenstands mit einem Trag«¹" und einem Vorsprung, der eine Arbeitshöhe und -form hat und von einer Oberfläche des Trägers vorsteht. Der Vorsprung, und im allgemeinen auch der Träger, besteht aus einem ersten Metall, das durch relativ schlechte Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften gekennzeichnet ist. Allgemein beinhaltet das Verfahren das Entfernen wenigstens eines Teils des Vorsprungs und das Ersetzen des entfernten Teils durch zusätzlichen Werkstoff.

Bei dem verbesserten Verfahren nach der Erfindung wird wenigstens ein Teil der Arbeitshöhe des Vorsprungs beseitigt, wodurch üblicherweise ein Vorsprungsockel geschaffen wird. Es wird ein zusätzlicher Werkstoff aus einem zweiten Metall, vorzugsweise in Drahtform zum Schweißen, benutzt, das durch gute Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften gekennzeichnet ist, wenn es mit dem ersten Metall verdünnt ist, und durch eine Alterungswärmebehandlung alterungshärtbar ist, durch die das erste Metall ebenfalls alterungshärtbar ist. Das zweite Metall wird als zusätzlicher Werkstoff mit dem Träger oder dem Vorsprungsockel oder beiden metallurgisch verbunden, beispielsweise durch Schmelzen und Verschmelzen des schmelzflüssigen Werkstoffes mit dem Träger oder dem Vorsprungsockel oder beiden. Wenn der zusätzliche Werkstoff verbunden ist, d.h. erstarrt und abgekühlt ist, ist er im wesentlichen in dem Zustand einer festen Lösung. Das ergibt ein Reparatur-Träger/Vorsprung-Vorformteil. Das Vorformteil wird dann der Alterungswärmebehandlung unterzogen, woraufhin ein Teil des zusätzlichen Werkstoffes abgetragen wird, um den Vorsprung in seiner Arbeitshöhe und -form wiederherzustellen.

Weiter schafft die Erfindung eine umlaufende Labyrinthdichtung, die einen Träger und wenigstens einen angeformten Dichtsteg als Vorsprung hat. Der Vorsprung ist ein Schichtkörper aus dem oben beschriebenen ersten Metall, vorzugsweise in Form eines Stegsockels, das mit dem oben beschriebenen zweiten Metall metallurgisch verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Pig. 1 eine schematische Folge von Schritten unter Verwendung eines gegenwärtig praktizierten Verfahrens zum Reparieren von Labyrinthdichtstegen an einer Dichtung aus einer Metallegierung, die im Handel als Legierung IN718 erhältlich ist und relativ gute Schweißbarkeitseigenschaften hat,

Fig. 2 eine schematische Folge von Schritten bei dem

Versuch, ein gegenwärtig praktiziertes Verfahren zum Reparieren von LabyrinthdichtStegen an einer Dichtung aus einer Metallegierung zu benutzen, die als Legierung A286 im Handel erhältlich ist und relativ schlechte Schweißbarkeitseigenschaften hat,

Fig. 3 eine schematische Folge von Schritten bei Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung zum Reparieren von Labyrinthdichtstegen aus der schwierig schweißbaren Legierung A286, und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Mikrohärte quer über einen Dichtsteg, der durch das Verfahren

nach der Erfindung repariert worden ist, und zwar in dem Zustand, wie er geschweißt worden ist, sowie im wärmebehandelten Zustand nach der Schweißung.

JA Ein modernes Gasturbinentriebwerk, wie es beispielsweise in einem Flugzeug benutzt wird, enthält eine Vielfalt von Dichtungen, von denen einige umlaufende Labyrinthdichtungen sind. Beispiele solcher Dichtungen sind in der US-PS 4 471 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. In solchen Dichtungen wirken wenigstens ein Zahn, Steg oder Vorsprung und im allgemeinen mehrere Zähne, Stege oder Vorsprünge mit einer gegenüberliegenden Oberfläche zusammen, die durchgehend oder porös sein kann oder eine offenzellige Struktur, wie beispielsweise Wabenmaterial, haben kann. In einigen Fällen drehen sich die Stege oder VorSprünge mit umlaufenden Triebwerksteilen; in anderen Fällen dreht sich die gegenüberliegende Oberfläche, beispielsweise einer Welle, in bezug auf die feststehenden Stege oder Vorsprünge. Weil verschiedene Teile eines Gasturbinentriebwerks, die den zusammenwirkenden Dichtteilen zugeordnet sind, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten während des Betriebes ausdehnen, kann es zu einer gegenseitigen Beeinflussung kommen, die zur Beschädigung des Steges oder Vorsprungs führen kann. In anderen Fällen kann der Steg oder Vorsprung durch Teilchen aus der Luft, die auf den Steg aufprallen, erodiert werden. In noch weiteren Fällen können die Stege während der Herstellung, der Montage oder der Wartung der Dichtung oder des Triebwerks beschädigt werden. In jedem Fall ist es häufig notwendig, solche Stege oder Vorsprünge zu reparieren.

Ein Verfahren zum Durchführen einer solchen Reparatur ist in der oben erwähnten US-PS 4 159 410 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird der beschädigte Teil des Steges abgetragen, und ein Schweißdraht wird in ein Schweißbad eingeführt, das aus dem Steg durch eine Wärmequelle, wie beispielsweise einen Schweißbrenner, erzeugt wird. Auf diese Weise wird, im allgemeinen in mehreren Durchläufen über den Steg, zusätzlicher Werkstoff mit dem Steg bis zu einer geeigneten Höhe metallurgisch verbunden. Dann wird

der Werkstoff abgetragen, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, um den Steg wiederherzustellen.

Es sind Versuche gemacht worden, diese Art von Verfahren bei Gasturbinentriebwerksdichtstegen anzuwenden, die aus einem Metall bestehen, von welchem bekannt ist, daß es schlechte Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften hat, beispielsweise eine Eisenlegierung, von welcher ein Typ im Handel als Legierung A286 erhältlich ist und welche gewichtsmäßig eine Nennzusammensetzung aus etwa 15% Cr, 25% Ni, 1,3% Mo, 2,2% Ti, 0,006% B, 0,3% V, Rest Fe, hat. Es ist bekannt, daß eine solche Legierung ein schwierig schweißbarer Werkstoff ist, zum Teil wegen seiner schlechten Fließeigenschaften im schmelzflussigen Zustand und zum Teil wegen seiner Neigung zur Rißbildung, insbesondere in der wärmebeeinflußten Zone. Diese Eigenschaften, die als schlechte Schweißbarkeitseigenschaften bezeichnet werden, reduzieren sehr die Schweißbarkeit dieses Werkstoffes durch das in der genannten US-Patentschrift beschriebene Verfahren. Beispielsweise sind anfängliche Einschmelzdurchläufe, die im allgemeinen als ein früher Schritt in dem Verfahren ausgeführt werden, unbeständig und von sehr schlechter Qualität. Dieser Zustand bringt große Schwierigkeiten beim Aufbringen von anschließenden Schweißschichten mit sich und ist daher die Ursache für schlechte Reparaturschweißbarkeitseigenschaften.

Die oben beschriebene Folge von Schritten, bei der das bekannte Verfahren benutzt wird, ist in Fig. 1 in schematischen, fragmentarischen, perspektivischen, sequentiellen Ansichten dargestellt. Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht eines Dichtsteges 10 in dem Zustand, wie er empfangen wird, wobei der Dichtsteg einen Vorsprung darstellt und den verschlissenen oder beschädigten Spitzenteil 12 aufweist. Die Arbeitshöhe des Steges, d.h. die Höhe, mit der

der Steg ursprünglich hergestellt worden ist, ist mit H bezeichnet, und die ursprüngliche Form des Steges ist gestrichelt dargestellt. Fig. 1B zeigt eine Querschnittansicht des Dichtsteges 10 nach dem Abtragen des Spitzenteila 12. Der abgetragene Teil ist gestrichelt dargestellt. Dieser Schritt wird manchmal als maschinelle Vorschweißbearbeitung bezeichnet.

Wenn der Dichtsteg 10 aus einem Werkstoff hergestellt ist, der durch relativ gute Schweißbarkeit und Reparaturschweißbarkeit gekennzeichnet ist, wobei ein Beispiel eines solchen Werkstoffes die im Handel erhältliche Legierung IN718 ist, die eine gewichtsmäßig Nennzusammensetzung aus etwa 0,05% C, 19% Cr, 18% Fe, 3% Mo, 5% Cb und Ta, 1% Ti, 0,5% Al, Rest Ni, hat, können die übrigen Schritte der in Fig.1 dargestellten Folge ohne nennenswerte Schwierigkeit ausgeführt werden. Es ist bekannt, daß die Legierung IN718 gute Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften hat.

Fig. 1C zeigt einen Querschnitt des Steges 10 nach einem Autogeneinschmelzduchgang. In diesem Schritt wird der maschinell bearbeitete Oberflächenteil des Steges, der gestrichelt gezeigt ist, mit Wärme beaufschlagt, ohne daß Schweißzusatzwerkstoff hinzugefügt wird, und im allgemeinen mit konstanter Stromstärke, um den äußeren Teil des Steges zu schmelzen und diesen Teil für anschließende Arbeiten vorzubereiten. Fig. 1D ist ein Querschnitt, der zusätzlichen Schweißdrahtwerkstoff. 14a aus der Legierung IN718 zeigt, der unter Verwendung des US-PS 4 159 410 beschriebenen Verfahrens hinzugefügt wird. Ebenso zeigt Fig. 1E anschließend hinzugefügten Werkstoff 14b, 14c und 14d bis zu einer bestimmten Höhe, die größer ist als die Höhe H und ab der ein Steg durch spanabhebende Bearbeitung wiederhergestellt werden kann. Fig. 1F zeigt den fertig-

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bearbeiteten Steg, wobei ein gestrichelt dargestellter Teil des hinzugefügten Schweißzusatzwerkstoffes durch spanabhebende Bearbeitung beseitigt worden ist. Es sei angemerkt, daß entweder ein positiver Stufenteil 16 oder ein negativer Stufenteil 18 (beide sind in Fig. 1F der Übersichtlichkeit halber übertrieben groß dargestellt) im allgemeinen als Ergebnis inhärenter Fehlanpassung beim Einstellen für die spanabhebende Bearbeitung verbleibt. Ein solcher Stufenteil befindet sich im allgemeinen in der metallurgischen Verbindungs- oder Schweißverbindungszone an der Schnittstelle zwischen dem spanabhebend bearbeiteten Schweißmetall und dem vorhandenen Stegteil und hat eine Größe, die bei der Verwendung der Legierung IN718 zulässig ist.

Die Anwendung eines solchen Reparaturverfahrens auf eine Legierung, wie beispielsweise die Legierung A286, die schlechte Schweißbarkeitseigenschaften hat und außerdem rißempfindlich ist, hat sich nicht als erfolgreich erwiesen. Beispielsweise gestatten die schlechte Schweißbarkeit und die Rißempfindlichkeit keinen ausreichenden Einschmelzschritt der in Verbindung mit Fig. 1C beschriebenen Art.

Fig. 2 ist eine schematische, fragmentarische, perspektivische Folge von Ansichten, die einen Versuch zeigt, das bekannte Verfahren, das in der Folge von Ansichten in Fig.1 dargestellt ist, bei einem Dichtsteg aus der Legierung A286 anzuwenden. In diesem Beispiel wurde die Dichtung nach Fig. 2A in die in Fig. 2B gezeigte Form gebracht, wie es oben in Verbindung mit den Fig. 1A und 1B beschrieben ist. Als jedoch der Versuch gemacht wurde, bei dem Autogeneinschmelzdurchgang den äußeren Stegteil für anschließende Arbeiten vorzubereiten, ergab sich ein unakzeptabler Zustand. Gemäß der Darstellung in Fig. 2C war der geschmolzene Teil in der Dicke und in der Form unregelmäßig, wie es bei

20 dargestellt ist, d.h. er hatte als Ergebnis der schlechten Schweißbarkeitseigenschaften der Legierung A286 Ausbauchungen und dünnere Teile. Weitere Reparaturarbeiten, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden sind, sind in einem Produktionsfall extrem schwierig und unakzeptabel .

Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt die Autogeneinschmelzprozedur und vermeidet die Erzeugung der Stufenteile 16 oder 18 nach Fig. 1F, indem es einen Ersatzsteg aus einem Werkstoff schafft, der bei anschließenden Reparaturarbeiten leichter repariert werden kann. Die Erfindung ist in einer Ausgestaltung in den schematischen, fragmentarischen, perspektivischen, sequentiellen Ansichten in Fig. zusammengefaßt, die jeweils Querschnitte zeigen. Fig. 3A zeigt wie Fig. 1A den Dichtsteg 10 in dem Zustand, wie er empfangen wird, d.h. mit dem an der Spitze gezeigten verschlissenen oder beschädigten Teil 12. Fig. 3B zeigt das Abtragen wenigstens eines Teils der Arbeitshöhe H des Steges oder Vorsprungs 10. Gemäß der Erfindung wird auf diese Weise eine Basis für anschließende Arbeiten geschaffen. Gemäß Fig. 3B verbleibt im allgemeinen ein Vorsprungsockel 22, es ist aber klar, daß der gesamte Steg 10 abgetragen (beispielsweise mit der Oberfläche 24 bündig gemacht) und durch zusätzlichen Werkstoff ersetzt werden kann, der mit dieser Basis metallurgisch verbunden wird. Im allgemeinen erstreckt sich der Vorsprungsockel in einem Bereich bis zu etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) von der ersten Oberfläche 24 des Trägers 26 aus. Im Vergleich mit der Schrittfolge nach Fig. 1 ist dieses Abtragen im allgemeinen sehr viel größer als bei dem bekannten Verfahren, damit sich eine Basis oder ein Vorsprungsockel von bis zu etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) weg von der Oberfläche 24 ergibt. Beispielshalber bei einem Produktionsteil, das aus der Legierung A286 bestand, betrug die Arbeitshöhe des Steges oder Vorsprungs 10 in Fig. 3A über der Ober-

fläche 24 des Trägers 26 etwa 3,302 mm (0,13 Zoll). Der Steg 10 hatte eine Querschnittsdicke von 0,254 mm (0,01 Zoll) und war mit der Oberfläche 24 durch einen Radius von etwa 1,27 mm (0,05 Zoll) verbunden. Bei der bekannten Reparatur betrug die Abmessung X in Fig. 1B 3,048 mm (0,12 Zoll), wogegen die Abmessung Y in Fig. 3B nicht größer als etwa 2,54 mm (0,10 Zoll) war. In einer Ausführungsform der Erfindung, die bei relativ großen Dichtstegen angewandt wird, vermeidet das Entfernen dieses Hauptteils des Steges mit den beschriebenen relativen Abmessungen das Erfordernis des Einschmelzens bei einem schwierig zu schweißenden Material wie der Legierung A286.

Gemäß der Erfindung wird nach der Vorschweißbearbeitung der Einschmelzvorgang eliminiert, und ein zusätzlicher Schweißzusatzwerkstoff wird dem Vorsprungsockel 22 hinzugefügt, wie es bei 28a in Fig. 3C gezeigt ist. Durch eine geeignete Anzahl von zusätzlichen sequentiellen Schritten, die in Fig. 3D dargestellt sind, wird ausreichend zusätzlicher Werkstoff bis zu einer Höhe metallurgisch verbunden, um das Wiederherstellen, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, eines Ersatzsteges bis zu dessen Arbeitshöhe H zu gestatten. In Fig. 3D sind die mehreren Durchgänge des Zusetzens von Schweißzusatzwerkstoff durch die Teile 28a, 28b, 28c und 28d dargestellt. Auf diese Weise wird das Reparatur-Träger/Vorsprung-Vorformteil geschaffen, das in Fig. 3D gezeigt ist. Der zusätzliche Werkstoff, der in Form der Teile 28a, 28b, 28c und 28d hinzugefügt wird, besteht aus einem Metall, das durch gute Schweißbarkeitsund Reparaturschweißbarkeitseigenschaften gekennzeichnet ist, wenn es mit dem Metall des Teils, das repariert wird, verdünnt ist, in diesem Beispiel der Legierung A286. Weiter ist der zusätzliche Werkstoff dadurch gekennzeichnet, daß er durch eine nach dem Schweißen ausgeführte Alterungswärmebehandlung alterungshärtbar ist, durch die das Konstruk-

tionsmetall, beispielsweise die Legierung A286, ebenfalls alterungshärtbar ist. In diesem besonderen Beispiel ist dieser zusätzliche Werkstoff, der mit dem Verfahren nach der Erfindung bei der Reparatur von Dichtstegen aus der Legierung A286 kompatibel und bei dem Verfahren verwendbar ist, die oben angegebene, im Handel erhältliche Legierung IN718. Diese Legierung ist, wenn sie mit der Legierung A286 metallurgisch verbunden wird, beispielsweise durch Schweißen, in einem Zustand, der in der Verbindungszone im wesentlichen eine feste Lösung darstellt. Wenn der zusätzliche Werkstoff durch Schweißen auf den Konstruktionswerkstoff des Dichtteils aufgebracht wird, wird ein Teil des Konstruktionswerkstoffes schmelzen und den zusätzlichen Werkstoff, der aufgebracht wird, verdünnen.

Nach dem Herstellen des Reparaturvorformteils, beispielsweise von dem in Fig. 3D gezeigten Typ, wird ein Teil des zusätzlichen Werkstoffes abgetragen, wie es in Fig. 3E gezeigt ist, und zwar etwa von dem Vorsprungsockel 22 aus und, wahlweise, ab der Oberfläche 24 des Trägers 26, um den Verbundvorsprung ohne einen der Stufenteile 16 oder 18 nach Fig. 1F wiederherzustellen. Die metallurgische Verbindungs- oder Schweißverbindungszone 30 in Fig. 3E ist von der Ausrundung zwischen dem Vorsprungsockel 22 und dem Träger 26 entfernt, an der während des Betriebes im allgemeinen höhere Spannun-.gen zu erwarten sind. Zum Vermeiden der Erzeugung der Stufenteile 16 oder 18 nach Fig. IF kann ein Teil der Oberfläche 24 des Trägers 26 durch spanabhebende Bearbeitung zusammen mit überschüssigem Zusatzwerkstoff, der in Fig. 3E gestrichelt dargestellt ist, abgetragen werden, um den Steg wiederherzustellen und eine neue Trägeroberfläche 24a gemäß Fig. 3E zu schaffen. Der wiederhergestellte Verbundvorsprung, der in Fig. 3E insgesamt mit 32 bezeichnet ist, hat einen äußeren Teil 34 entfernt von dem Träger 26 und besteht aus einem Metall, das durch gute Schweißbarkeits-

und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften gekennzeichnet ist. Der Vorsprung kann anschließend repariert werden, falls sich die Notwendigkeit ergeben sollte, und zwar durch ein bereits vor der Erfindung benutztes Verfahren, wie es beispielsweise in Verbindung mit der Folge von Ansichten in Fig. 1 beschrieben worden ist.

Bei einem typischen Durchführungsbeispiel der Erfindung wurde eine Gasturbinentriebwerksdichtung, die aus der Legierung A286 bestand und beschädigte Labyrinthdichtstege hatte, zur Reparatur vorbereitet, indem sie in einer wässerigen Natriumhydroxidlösung gereinigt, anschließend mit Wasser gespült und mit Luft getrocknet wurde. Anschließend wurde sie unter Verwendung der durchdringenden Fluoreszenzprüftechnik geprüft, die üblicherweise benutzt wird, um festzustellen, ob in einem Gegenstand Risse vorhanden sind. Die Hauptabmessungen des Gegenstands waren folgende: die Dichtstege hatten einen Durchmesser von 302,26 mm (11,9 Zoll) und eine nominelle Dicke von 0,254 mm (0,01 Zoll) und einen Sockel mit einem Durchmesser von 297,18 mm (11,7 Zoll) sowie einen typischen Radius von 1,143 mm (0,045 Zoll) zwischen den Dichtstegen und dem Sockel. Dichtungen, die nicht mehr betriebsfähig, aber reparierbar waren, wurden dann in einer Drehmaschine befestigt und spanabhebend bearbeitet, um einen Teil des Dichtsteges oder VorSprungs abzutragen, wie es in Fig. 3B gezeigt ist. Nach der maschinellen Vorschweißbearbeitung verblieb der Sockel 22 nach Fig. 3B mit einer Höhe Y von nicht mehr als etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) . Nach der maschinellen Bearbeitung wurden der Sockel und die benachbarten Oberflächen gereinigt, und die Dichtung wurde auf einem sich drehenden Arbeitstisch gehalten, um zusätzlichen Werkstoff durch das oben beschriebene bekannte Verfahren gemäß der US-PS 4 159 410 aufzubringen.

Die besonderen Schweißparameter, die bei der Erfindung benutzt werden, werden für jede Gegenstandskdnfiguration besonders gewählt. Das Wählen erfolgt durch eine auf dem Schweißgebiet bekannte Weise derart, daß die Wärmezufuhr und die Eindringtiefe minimiert werden, um die schlechten Schweißbarkeitseigenschaften der Legierung A286 zu kompensieren und ein minimales Ausmaß an Verwindung in der Dichtung hervorzurufen. Wie erwähnt hat im allgemeinen die Legierung A286 eine schlechte Schweißbarkeit und eine schlechte Reparaturschweißbarkeit. Das Grundmetall am Fuß der Schweißung (an der Schnittstelle der Oberflächen des Grundmetalls und des Schweißmetalls) ist sehr rißempfindlich, ein Zustand, der bei der Auswahl der Schweißparameter berücksichtigt wird. Da die meisten Risse im allgemeinen zur Oberfläche des Grundmetalls hin offen sind, sind diese Risse durch die durchdringende Fluoreszenzprüfung leicht erkennbar. Gemäß der Erfindung sind Schweissungen hergestellt worden, die gänzlich frei von diesem charakteristischen Rißproblem der Legierung A286 sind.

In diesem Beispiel war der zusätzliche Werkstoff oder Schweißzusatzwerkstoff, der benutzt wurde und gute Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften hatte sowie durch eine Alterungswärmebehandlung, durch die die Legierung A286 alterungshärtbar ist, nach der Schweißung alterungshärtbar war, die oben beschriebene, im Handel erhätliche Legierung IN718, die auch als Legierung AMS5832 bezeichnet wird. Sie wurde wie erwähnt gewählt, weil die Legierung IN718, wenn sie mit der Legierung A286 verdünnt ist, gute Schweißbarkeitseigenschaften hat und das Schweißverfahren erleichtert. Außerdem sprechen die beiden Legierungen IN718 und A286 günstigerweise auf dieselbe Alterungswärmebehandlung nach der Schweißung an. Das erlaubt das Wiederherstellen der mechanischen Eigenschaften

nach der Schweißung, ohne daß die Dichtung einer vollen Lösungsglühbehandlung unterzogen zu werden braucht. Darüber hinaus ist die Legierung IN718 als ein Ersatzdichtsteg sehr gut schweißbar und kann später durch Schweißen durch herkömmlichere Schweißverfahren, wie beispielsweise dem in der oben erwähnten US-PS 4 159 410 beschriebenen, erneut repariert werden kann.

In diesem Beispiel wurde der zusätzliche Werkstoff in Form der Legierung IN718 in dem Bereich von 3-10 Durchgangsschritten von jeweils 0,762 mm (0,03 Zoll) Dicke aufgebracht, um auf dem Dichtungsträger ein Reparatur-Träger/Vor sprung-Vorformteil zu erzeugen, das in Fig. 3D gezeigt ist. Das Vorformteil wurde dann durch einen Vakuumwärmehandlungszyklus wärmebehandelt, der für Gasturbinentriebwerkslaufschaufeln aus der Legierung A286, die mit aufgeschweißten Spitzen aus der Legierung IN718 repariert worden waren, entwickelt worden war. Die Behandlung bestand aus dem Evakuieren der Kammer auf etwa 0,067 Pa (0,5 microns Hg) oder weniger, woraufhin das Teil auf etwa 759 ⁰C (1400⁰F) für etwa zwei Stunden erhitzt wurde. Anschließend wurde das Teil auf etwa 620 ⁰C (1150⁰F) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 55,5⁰C (100⁰F) pro Stunde abgekühlt und dann für etwa vier Stunden auf 620 ⁰C (1150⁰F) gehalten, woraufhin es durch Füllen der Kammer mit einem Inertgas abgekühlt wurde.

Die Verwendung dieser Art von Alterungswärmebehandlung statt einer Lösungsglüh- und Alterungswärmebehandlung wird durch die Verwendung des Typs von Verfahren der in der oben erwähnten US-PS 4 159 410 beschriebenen Art erleichtert. Durch die Verwendung dieses Verfahrens ist das aufgebrachte Schweißmetall, das mit dem Substratwerkstoff metallurgisch verbunden wird, nach der Erstarrung und Abkühlung im wesentlichen im Lösungszustand. Der Grad des Selbstalterns, der

sich ergibt, wenn die Schweißschritte (-durchgänge) aufeinander aufgebracht werden, wie es in Fig. 3D gezeigt ist, ist wegen der kurzen Zeiten, in denen das Metall auf Alterungstemperaturen ist, vernachlässigbar. Die wärmebeeinflußte Zone besteht aus demjenigen Teil des Grundmetalls, der aufgrund der Schweißhitze metallurgisch gealtert worden ist. Der überwiegende Bereich der wärmebeeinflußten Zone ist derjenige Teil, der in den Lösungszustand gebracht wurde. Dieser Lösungsbereich spricht auf die kurze Alterungswärmebehandlung an, die oben beschrieben worden ist, und zwar gleichermaßen sowohl die Legierung IN718 als auch das Grundmetall aus der Legierung A286. Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Mikrohärte quer über einen Dichtsteg, und zwar sowohl im Zustand nach dem Schweißen als auch im Zustand nach der Wärmebehandlung anschließend an das Schweißen. Bezüglich der Härtedaten bedeutet "R_c" in Fig. 4 "Rockwell C", und "VHN" bedeutet "Vickers Härtezahl".

Nach der Wärmebehandlung wurde das Vorformteil spanabhebend bearbeitet, um die Dichtstege oder Vorsprünge wieder in ihre Arbeitshöhe und -form zu bringen. In diesem Beispiel wurde ein Teil des zusätzlichen Werkstoffes, der in Fig. 3D gezeigt ist, abgetragen, wie es in Fig. 3E gestrichelt gezeigt ist. Darüber hinaus wurde ein kleiner Teil der Oberfläche 24 des Trägers 26 abgetragen, um jeden aufgebrachten zusätzlichen Werkstoff an der Ausrundung des Dichtsteges zu beseitigen und die Schmelzlinie 30 in Fig. 3E von der Basis des Radius zwischen dem Dichtsteg und dem Träger 26 wegzubewegen.

Nach der spanabhebenden Bearbeitung wurde der Gegenstand auf Verwindung geprüft. Es zeigte sich, daß die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eine minimale

Verwindung erzeugt hatte, die innerhalb der zulässigen Grenzen des Teils lag.

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Reparieren eines Metallgegenstands mit einem Träger und einem Vorsprung, der eine Arbeitshöhe und -form hat und von einer ersten Oberfläche des Trägers vorsteht/ wobei der Vorsprung aus einem ersten Metall besteht, das durch relativ schlechte Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften sowie schlechtes Schweißfließverhalten und Rißempfindlichkeit gekennzeichnet ist, wobei wenigstens ein Teil des Vorsprungs abgetragen und der abgetragene Teil durch zusätzlichen Werkstoff ersetzt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Abtragen wenigstens eines Teils der Arbeitshöhe des Vorsprungs ;

Einsetzen eines zusätzlichen Werkstoffes aus einem zweiten Metall, das durch gute Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften gekennzeichnet ist, wenn es mit dem ersten Metall verdünnt ist, und durch eine Alterungswärmebehandlung alterungshärtbar ist, durch die das erste Metall ebenfalls alterungshärtbar ist; metallurgisches Verbinden des zusätzlichen Werkstoffes in einer Verbindungsζone, um wenigstens den abgetragenen Teil zu ersetzen, wobei der zusätzliche Werkstoff nach dem Verbinden in einem Zustand ist, welcher im wesentlichen eine feste Lösung darstellt, um ein Reparatur-Träger/Vorsprung-Vorformteil zu schaffen;

Alterungswärmebehandeln des Vorformteils; und anschließend

Abtragen eines Teils des zusätzlichen Werkstoffes, um den Vorsprung in der Arbeitshöhe und -form wiederherzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß es sich bei dem Vorsprung um einen Dichtsteg handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall die Legierung A286 und das zweite Metall die Legierung IN718 ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,

daß ein Teil der Arbeitshöhe des Vorsprungs abgetragen wird, um einen Vorsprungsockel zu schaffen, der sich in einem Bereich bis zu etwa 2,5 mm (0,1 Zoll) weg von der ersten Oberfläche erstreckt;

daß der zusätzliche Werkstoff mit dem Vorsprungsockel metallurgisch verbunden wird; und

daß der zusätzliche Werkstoff ab etwa dem Vorsprungssockel abgetragen wird, um die Arbeitshöhe und -form des Vorsprungs wiederherzustellen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der ersten Oberfläche nahe dem Vorsprungsockel zusammen mit zusätzlichem Werkstoff abgetragen wird, um die Verbindungszone in eine von dem Träger weiter entfernte Position zu bringen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vorsprung an dem Träger angeformt ist und von diesem an einer Ausrundung an der ersten Oberfläche vorsteht, wobei der

Vorsprung und der Träger aus dem ersten Metall bestehen, dadurch gekennz e i chnet,

daß ein Hauptteil des Vorsprungs abgetragen wird, um den Vorsprungsockel herzustellen;

daß der zusätzliche Werkstoff in Drahtform eingesetzt wird; und

daß der zusätzliche Werkstoff durch Schmelzen des Drahtes und Verschmelzen des schmelzflüssigem Drahtwerkstoffes mit dem Vorsprungsockel aufgebracht wird, um das Reparatur-Träger/Vor sprung-Vorformteil herzustellen.

7. Labyrinthgasdichtung mit einem Träger und wenigstens einem Dichtsteg, der von einer Oberfläche des Trägers vorsteht, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (10) ein Schichtkörper aus einem ersten Metall in Form eines Stegsockels (22) ist, der an dem Träger (26) angeformt ist und von einer Oberfläche (24) desselben aus in einem Bereich bis zu etwa 2,5* mm (0,1 Zoll) vorsteht, und aus einem zweiten Metall, das mit dem Stegsockel (22) metallurgisch verbunden ist; und

daß das erste Metall relativ schlechte Schweißbarkeitsund Reparaturschweißbarkeitseigenschaften und das zweite Metall gute Schweißbarkeits- und Reparaturschweißbarkeitseigenschaften hat, wenn es mit dem ersten Metall verdünnt ist, und durch eine Alterungswärmebehandlung alterungshärtbar ist, durch die das erste Metall ebenfalls alterungshärtbar ist.

8. Labyrinthgasdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall die Legierung A286 und das zweite Metall die Legierung IN718 ist.