DE3627779A1 - Renovated turbine component - Google Patents

Renovated turbine component

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/007—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only additive methods, e.g. build-up welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Renovation and repair of worn and damaged components of heat engines by electrochemical deposition (electrodeposition) or firmly adhering, thick surface layers which are not susceptible to cracks. The renovated component may have, in particular, a casing of one or more of the elements Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W. In addition, carbides of the elements Cr, Si may be incorporated.

Description

Technisches GebietTechnical field

Erneuerung und Reparatur von abgenutzten und beschädigten Bauteilen thermischer Maschinen, insbesondere von Dampf- und Gasturbinenschaufeln. Auftragen von dicken Schichten auf die Bauteile.Renewal and repair of worn and damaged Components of thermal machines, especially steam and gas turbine blades. Applying thick layers on the components.

Die Erfindung bezieht sich auf die Wiederherstellung der ursprünglichen Form eines Bauteils einer thermischen Maschine, welches im Betrieb eine nicht mehr zulässige Form durch Abnutzung, Erosion, Korrosion, Oxydation, mechanische Beschädigung usw. angenommen hat.The invention relates to restoration the original shape of a component of a thermal Machine that is no longer permitted in operation Shape due to wear, erosion, corrosion, oxidation, mechanical damage, etc.

Insbesondere betrifft sie ein erneuertes Turbinenbauteil, bestehend aus einem in Form, Größe und Werkstoffzusammensetzung einem gebrauchten, beschädigten oder erodierten Bauteil entsprechenden Kern und einer in ihrer Werkstoffzusammensetzung dem gebrauchten Bauteil ähnliche Hülle.In particular, it relates to a renewed turbine component, consisting of one in shape, size and material composition a used, damaged or eroded Component core and one in their material composition shell similar to the used component.

Stand der TechnikState of the art

Das Aufbringen von Oberflächenschichten jedwelcher Art auf Maschinenbauteile spielt in der modernen Technik, insbesondere beim Bau und Betrieb thermischer Maschinen, eine wichtige Rolle.The application of surface layers of any kind plays on machine components in modern technology,  especially in the construction and operation of thermal machines, an important role.

Es ist bekannt, daß bei gebrauchten oder beschädigten Turbinenteilen - wie Gehäuse, Schaufeln usw. - die erodierten oder abgebröckelten Stellen mit einem dicken Auftrag von Metallen oder metallähnlichem Material erneuert werden.It is known that when used or damaged Turbine parts - such as housings, blades, etc. - the eroded or crumbled areas with a thick Application of metals or metal-like material renewed will.

Solche Reparaturen wurden bis jetzt je nach der Art der Belastung - sei es durch Temperatur, Korrosion oder Erosion - mit Hilfe von Schweißen, Spritzen oder Kleben durchgeführt. Das Aufbringen von dicken Schichten durch diese erwähnten Verfahren kann in relativ kurzer Zeit ausgeführt werden. Die Qualität von solchen Beschichtungen bringt aber sehr oft Mängel in bezug auf die Haftung zum Grundmaterial sowie Strukturänderungen durch miteingebaute Eigenspannungen (Rißbildung) mit sich.Such repairs have so far been made depending on the type of Stress - be it due to temperature, corrosion or Erosion - with the help of welding, spraying or gluing carried out. Applying thick layers through These mentioned procedures can be done in a relatively short time be carried out. The quality of such coatings but very often brings deficiencies in terms of liability to the basic material as well as structural changes built-in residual stresses (crack formation).

In der Technik sind zahlreiche Verfahren bekannt, Oberflächenschichten auf galvanischem (elektrolytischem, elektrochemischem) Wege auf ein meist metallisches oder zuvor in geeigneter Weise vorbehandeltes (metallisiertes) Substrat aufzubringen. Dabei handelt es sich meistens um verhältnismäßig dünne, von Bruchteilen von Mikrometern bis zu einigen Zehntelmillimetern reichende Schichten. Zufolge ihrer beschränkten Dicke zeichnen sich derartige Schichten meistens durch gute Haftfestigkeit und genügende Abriebfestigkeit gegenüber ihrer Unterlage (Substrat) aus. Andererseits ist ihre Verwendbarkeit auf diejenigen Fälle beschränkt, wo ihre begrenzte Dimension senkrecht zur Oberfläche den betrieblichen Anforderungen genügt und wo nicht Veränderungen oder gar Zerstörungen durch Diffusionsvorgänge während des Betriebes zu befürchten sind.Numerous methods are known in the art Surface layers on galvanic (electrolytic, electrochemical) in a mostly metallic or previously suitably pretreated (metallized) Apply substrate. This is usually the case relatively thin, from fractions of a micrometer layers reaching up to a few tenths of a millimeter. Due to their limited thickness, such are distinguished Layers mostly through good adhesive strength and sufficient abrasion resistance against their base (Substrate). On the other hand, their usability limited to those cases where their limited Dimension perpendicular to the surface of the operational Requirements are sufficient and where changes or not  Destruction through diffusion processes during operation are to be feared.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen und Mittel anzugeben, wie ein gebrauchtes, durch Abnutzung, Erosion, Korrosion, Oxydation, mechanische Beschädigung in seiner Form, insbesondere seiner Oberflächengestalt im Verlaufe des Betriebes verändertes Turbinenbauteil erneuert, repariert und in den voll funktionsfähigen Zustand gebracht werden kann. Dabei soll sich die neu aufzubringende Oberflächenschicht durch feste Haftung und gute chemisch-physikalische Verträglichkeit gegenüber dem vorhandenen Kern (Substrat) auszeichnen. Ferner soll sich das erneuerte Bauteil durch Freiheit von Rißanfälligkeit und schädlichen, im Betrieb zu unerwünschten chemisch-physikalischen (metallurgischen) Veränderungen führenden Diffusionen auszeichnen.The invention has for its object a way to point out and to indicate means, like a used one, by Wear, erosion, corrosion, oxidation, mechanical Damage in its shape, especially its Surface shape changed in the course of operation Turbine component renewed, repaired and in the full functional condition can be brought. In doing so the new surface layer to be applied firm adhesion and good chemical-physical Compatibility with the existing core (substrate) award. Furthermore, the renewed component should go through Freedom from crack susceptibility and harmful, in operation undesirable chemical-physical (metallurgical) Characterize changes leading diffusions.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das eingangs erwähnte erneuerte Turbinenbauteil außer dem besagten vorhandenen Kern eine zusammenhängende, dicke Oberflächenschicht aufweist, die elektrolytisch auf den Kern aufgebracht ist.This problem is solved in that the beginning mentioned renewed turbine component in addition to said existing core a coherent, thick surface layer has applied electrolytically to the core is.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is based on the following embodiment explained.

AusführungsbeispielEmbodiment

Eine während 30 000 h im Betrieb befindliche, gebrauchte, stark abgenutzte Gasturbinenschaufel wurde aus der Maschine ausgebaut und durch galvanische Auftragung dicker Metallschichten erneuert. Das Schaufelblatt hatte folgende Abmessungen:A used, used, for 30 000 h Heavily worn gas turbine blade was removed from the machine expanded and thicker by galvanic application  Metal layers renewed. The airfoil had the following Dimensions:

Länge= 120 mm Breite=  40 mm Größte Profildicke=  12 mmLength = 120 mm Width = 40 mm Largest profile thickness = 12 mm

Die Schaufel wurde zunächst durch Sandstrahlen gereinigt. Die nicht beschädigten, nicht abgenutzten Stellen der Schaufeloberfläche, welche keinen zusätzlichen Metallauftrag benötigten, wurden zunächst mit Hilfe von Klebband und Abdecklack elektrisch isoliert. Dann wurde die Schaufel in eine geeignete Vorrichtung (Halterung, Gestell) eingebaut.The shovel was first cleaned by sandblasting. The undamaged, not worn areas of the Blade surface, which no additional metal application needed, were first with the help of adhesive tape and masking lacquer electrically insulated. Then the Shovel into a suitable device (holder, Frame) installed.

Der eigentliche Verfahrensablauf gestaltete sich wie folgt:The actual procedure was like follows:

  • 1. Elektrochemisches Entfetten in alkalischer Lösung bei Raumtemperatur während einer Dauer von 2 min unter einer Stromdichte von 10 A/dm².1. Electrochemical degreasing in alkaline solution at room temperature for a period of 2 min under a current density of 10 A / dm².
  • 2. Spülen in kaltem Wasser.2. Rinse in cold water.
  • 3. Elektrochemisches Beizen in 1 : 1-verdünnter HCl bei Raumtemperatur während einer Dauer von 3 min unter einer Stromdichte von 10 A/cm².3. Electrochemical pickling in 1: 1 dilute HCl Room temperature for a period of 3 min below a current density of 10 A / cm².
  • 4. Spülen in kaltem Wasser.4. Rinse in cold water.
  • 5. Galvanisches Vernickeln der zu erneuernden Oberflächen bei Raumtemperatur während einer Dauer von 4 min unter einer Stromdichte von 4 A/dm² (Saures Nickelchloridbad). Dicke der Nickelschicht = 3 µm.5. Galvanic nickel plating of the parts to be renewed Surfaces at room temperature for a period of 4 min under a current density of 4 A / dm² (acid Nickel chloride bath). Thickness of the nickel layer = 3 µm.
  • 6. Spülen in kaltem Wasser. 6. Rinse in cold water.  
  • 7. Elektrochemisches Aufbringen einer Schicht folgender Zusammensetzung: Ni= 80 Gew.-% Co= 15 Gew.-% Zr=  5 Gew.-%Die Abscheidungsbedingungen des galvanischen Bades waren die folgenden:Zellenspannung= 6 V Temperatur= 40°C Stromdichte= 8 A/dm² Pulsstromfrequenz= 3 kHzBadzusammensetzung:pH=   3,5 Nickelsulfamat= 200 g/l Kobaltsulfamat=  50 g/l Borsäure=  30 g/l Nickelchlorid=   5 g/l Zirkonpartikel=  50 g/l (in Suspension)7. Electrochemical application of a layer of the following Composition: Ni = 80% by weight Co = 15% by weight Zr = 5% by weight The deposition conditions of the galvanic bath were the following: cell voltage = 6V Temperature = 40 ° C Current density = 8 A / dm² Pulse current frequency = 3 kHz Bath composition: pH = 3.5 Nickel sulfamate = 200 g / l Cobalt sulfamate = 50 g / l Boric acid = 30 g / l Nickel chloride = 5 g / l Zirconium particles = 50 g / l (in suspension)
  • 8. Spülen in kaltem Wasser.8. Rinse in cold water.
  • 9. Spülen in warmem Wasser.9. Rinse in warm water.
  • 10. Trocknen.10. Drying.
  • 11. Ausbauen aus der Haltevorrichtung und Reinigen des Bauteils (Gasturbinenschaufel).11. Remove from the holder and clean the Component (gas turbine blade).

Die Dicke der aufgetragenen Metallschicht betrug durchschnittlich 1,5 mm. The thickness of the applied metal layer was 1.5 mm on average.  

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Grundsätzlich können nahezu beliebige Legierungen von 2 bis 6 geeigneten Elementen auf das Bauteil aufgebracht werden.The invention is not based on the embodiment limited. Basically, almost any alloy can be used from 2 to 6 suitable elements on the component be applied.

Im allgemeinen kann die Hülle eines oder mehrere der Elemente Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W enthalten. Zusätzlich können auch einzelne oder mehrere Karbide der Elemente Cr, Si in die Oberflächenschicht eingelagert sein.In general, the shell can be one or more of the Contain elements Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W. In addition can also single or multiple carbides of the elements Cr, Si be embedded in the surface layer.

Vorstehendes gilt insbesondere für folgende Legierungsgruppen:The above applies in particular to the following alloy groups:

  • Ni/Co
    Ni/Co/Cr
    Ni/Co/Cr/Zr
    Ni/Co/Cr/Cr-Karbide
    Ni/Co/Cr/Zr/Cr-Karbide
    Ni/Co/Cr/Mo/Zr
    Ni/Co/Cr/W/Cr-Karbide
    Ni/Co/Cr/Si-Karbide    Ni / Co
    Ni / Co / Cr
    Ni / Co / Cr / Zr
    Ni / Co / Cr / Cr carbides
    Ni / Co / Cr / Zr / Cr carbides
    Ni / Co / Cr / Mo / Zr
    Ni / Co / Cr / W / Cr carbides
    Ni / Co / Cr / Si carbides

Besonders bewährt haben sich auch dicke Auftragsschichten aus einer Ni/Co/Cr/Mo/Zr-Legierung auf hochlegiertem Stahl als Kernmaterial (Substrat). Vorzugsweise wird daher zunächst eine dünne Nickelschicht (bis ca. 3 µm) auf den gereinigten, zu beschichtenden Kern galvanisch aufgebracht.Thick layers of coating have also proven particularly useful made of a Ni / Co / Cr / Mo / Zr alloy on high alloy Steel as the core material (substrate). Preferably therefore first a thin layer of nickel (up to approx. 3 µm) galvanically onto the cleaned core to be coated upset.

Claims (5)

1. Erneuertes Turbinenbauteil, bestehend aus einem in Form, Größe und Werkstoffzusammensetzung einem gebrauchten, beschädigten oder erodierten Bauteil entsprechenden Kern und einer in ihrer Werkstoffzusammensetzung dem gebrauchten Bauteil ähnlichen, eine zusammenhängende dicke Oberflächenschicht darstellenden, elektrolytisch auf den Kern aufgebrachten dichten Hülle.1. Renewed turbine component consisting of an in Shape, size and material composition all in one used, damaged or eroded component corresponding core and one in their material composition similar to the used component, a coherent thick surface layer representing densities applied electrolytically to the core Cover. 2. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle eines oder mehrere der Elemente Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W enthält.2. Renewed turbine component according to claim 1, characterized characterized in that the shell one or more which contains elements Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W. 3. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle zusätzlich eines oder mehrere Karbide der Elemente Cr, Si enthält.3. Renewed turbine component according to claim 2, characterized characterized in that the shell additionally one or contains several carbides of the elements Cr, Si. 4. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einer dünnen Nickelzwischenschicht und einer dicken, darüber gelagerten Oberflächenschicht aus einer Ni/Co/Cr/Mo/Zr-Legierung besteht.4. Renewed turbine component according to claim 1, characterized characterized in that the shell from a thin Nickel intermediate layer and a thick, superimposed Surface layer made of a Ni / Co / Cr / Mo / Zr alloy consists. 5. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einer der nachfolgenden Legierungsgruppen besteht:
  • Ni/Co
    Ni/Co/Cr
    Ni/Co/Cr/Zr
    Ni/Co/Cr/Cr-Karbide
    Ni/Co/Cr/Zr/Cr-Karbid
    Ni/Co/Cr/Mo/Zr
    Ni/Co/Cr/W/Cr-Karbide
    Ni/Co/Cr/Si-Karbide
5. Renewed turbine component according to claim 1, characterized in that the shell consists of one of the following alloy groups:
  • Ni / Co
    Ni / Co / Cr
    Ni / Co / Cr / Zr
    Ni / Co / Cr / Cr carbides
    Ni / Co / Cr / Zr / Cr carbide
    Ni / Co / Cr / Mo / Zr
    Ni / Co / Cr / W / Cr carbides
    Ni / Co / Cr / Si carbides
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