DE3813157A1 - Verfahren zum verbinden und/oder instandstellen von bauteilen aus einer oxyddispersionsgehaerteten nickelbasis-superlegierung im zonengegluehten zustand grobkoerniger, laengsgerichteter stengelkristalle - Google Patents

Verfahren zum verbinden und/oder instandstellen von bauteilen aus einer oxyddispersionsgehaerteten nickelbasis-superlegierung im zonengegluehten zustand grobkoerniger, laengsgerichteter stengelkristalle

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DE3813157A1 DE3813157A DE3813157A DE3813157A1 DE 3813157 A1 DE3813157 A1 DE 3813157A1 DE 3813157 A DE3813157 A DE 3813157A DE 3813157 A DE3813157 A DE 3813157A DE 3813157 A1 DE3813157 A1 DE 3813157A1
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Description

Technisches Gebiet
Oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen auf der Basis von Nickel, welche dank ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beim Bau thermisch und mechanisch hochbeanspruchter Bauteile für thermische Maschinen Verwendung finden. Bevorzugtes Gebiet: Schaufelwerkstoffe für Gasturbinen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung und Erweiterung des Verwendungsbereichs schwerumformbarer, schwerlötbarer, im allgemeinen nicht schweißbarer, vergleichsweise spröder oxyddispersionsgehärteter Superlegierungen höchster Warmfestigkeit, welche primär als monolithisches Vormaterial mit gerichteter grobkörniger Stengelstruktur der Kristallite vorliegen. Besondere Beachtung finden kompliziert geformte Bauteile (Turbinenschaufeln) und deren Verhalten im Betrieb (Abnutzung, Beschädigung).
Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Verbinden und/oder Instandstellen von Bauteilen aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung im zonengeglühten Zustand grobkörniger, längsgerichteter Stengelkristalle.
Stand der Technik
Oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen auf Nickelbasis haben verlockende mechanische Hochtemperatureigenschaften und erlauben es, die Arbeitsmitteltemperaturen thermischer Maschinen gegenüber nichtdispersionsgehärteten Nickelbasis- Superlegierungen um weitere 100 bis 150°C zu steigern. Dies ist im Sinne einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Energieumsetzung höchst wünschenswert. Um jedoch diese Legierungen voll ausnutzen zu können, müssen die daraus gefertigten Werkstücke in grobkristallinem Zustand vorliegen. Für ein schaftartiges Bauteil mit ausgeprägter Längsachse bedeutet dies, daß der Werkstoff in Form von längsgerichteten Stengelkristallen vorliegen muß. Nur so lassen sich hohe Zeitstandfestigkeiten bei höchsten Einsatztemperaturen erzielen.
Oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen werden durch mechanisches Legieren pulvermetallurgisch hergestellt. Das vorverdichtete Material wird in der Regel durch Strangpressen bis zum dichten, porenfreien Halbzeug verarbeitet und anschließend zur Erzeugung längsgerichteter Stengelkristalle einem Zonenglühprozeß unterworfen.
Die Fertigung von Werkstücken komplizierter Form (beispielsweise hohle, gekühlte Gasturbinenschaufeln) bedingt, daß diese aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt werden müssen. Dies erfordert wiederum brauchbare Verbindungstechnologien. Dabei bieten sich an: Hartlöten mit einem Hochtemperaturlot, Diffusionsfügen ohne Zusatzwerkstoff und Schmelzschweißen. Zahlreiche Nickelbasis-Superlegierungen lassen sich mit diesen Verfahren nur unter gewissen Voraussetzungen verbinden. Bei den oxyddispersionsgehärteten Legierungen waren bis jetzt nur das Hochtemperaturlöten und das Diffusionsfügen unter Einhaltung sehr enger Verfahrensparameter erfolgreich.
Von wesentlicher wirtschaftlicher Bedeutung ist heute - in Anbetracht der hohen Kosten für Totalersatz und Betriebsausfall wegen langen Stillstandzeiten - die Instandstellung (Reparatur, Erneuerung) von gebrauchten, beschädigten und durch Erosion abgenutzten Gasturbinenschaufeln aus Superlegierungen. Auf die Problematik der Schweißbarkeit bereits der nichtdispersionsgehärteten Superlegierungen wurde in verschiedenen Veröffentlichungen hingewiesen (vgl. W. Elsner, "Möglichkeiten der Schweißreparatur an Gasturbinenschaufeln", Der Maschinenschaden 53, 1980, Heft 5, Seiten 192-197). Auf die Möglichkeiten der Schweißbarkeit von oxyddispersionsgehärteten Superlegierungen wurde nicht einmal hingewiesen. Diese befanden sich noch in Entwicklung und galten grundsätzlich als nicht schweißbar.
Verschiedene Verbindungstechnologien für oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen sind eingehend untersucht worden. Dabei wurde allgemein auf die Problematik hingewiesen und die Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren einander gegenübergestellt. Grundsätzlich kommen in Frage: Hochtemperaturlöten, Diffusionslöten (Auftreten flüssiger Phasen, welche mit dem Grundwerkstoff reagieren, feste Phasen bilden, durch Diffusion Ausgleich bewirken), Diffusionsfügen (eine Art Preß-Schweißen im festen Zustand), klassisches Schmelzschweißen durch Lichtbogen, Elektronenstrahl, Laserstrahl, Plasmabrenner (vgl. B. Jahnke and A. R. Nicoll, "Joining and coating of oxide dispersion strengthened superalloys", Proceedings of second international conference on oxide dispersion strengthened superalloys by mechanical alloying, London, May 22-25, 1083, Edited by John S. Benjamin and Raymond C. Bann, Inco Alloys International, Seiten 190-222). Über das Schmelzschweißen wurde praktisch nichts bekannt. Wegen der großen Sprödigkeit und geringen Scherfestigkeit der oxyddispersionsgehärteten Superlegierungen insbesondere im Zustand grober längsgerichteter Stengelkristalle erwiesen sich die Werkstücke derart rißanfällig, daß von einer für die Praxis brauchbaren Schmelz-Schweißbarkeit nicht die Rede war.
Es besteht daher ein Bedürfnis, nach Mitteln und Wegen zu suchen, die bestehenden Verfahren zum Verbinden von Bauteilen und zur Erneuerung von gebrauchten Bauteilen aus oxyddispersionsgehärteten Superlegierungen zu erweitern und zu ergänzen und der Möglichkeit der Schweißbarkeit vermehrt Beachtung zu schenken.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden und/oder Instandstellen von Bauteilen aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung im zonengeglühten Zustand grobkörniger, längsgerichteter Stengelkristalle anzugeben, welches bei größtmöglicher Einfachheit und Wirtschaftlichkeit möglichst in einem einzigen Arbeitsgang rißfreie Werkstücke liefert, die nicht einer kostspieligen und aufwendigen Nachbehandlung bedürfen. Das Verfahren soll sich insbesondere für die Herstellung und Reparatur von Gasturbinenschaufeln eignen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein schematisches metallographisches Schliffbild (Querschnitt und Längsschnitt) durch eine Probe mit Auftragsschweißung,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Probe mit Verbindungsschweißung (V-Naht),
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung (teilweise Ätzbild) des Kopfendes/Schaftes des Schaufelblattes einer erneuerten Gasturbinenschaufel,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt/Aufriß durch das Kopfende des Schaufelblattes und die Deckplatte einer Gasturbinenschaufel.
In Fig. 1 ist ein schematisches metallographisches Schliffbild durch eine Probe mit Auftragsschweißung im Querschnitt und im Längsschnitt dargestellt. 1 ist ein Plättchen aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung mit längsgerichteten groben Stengelkristallen. 2 ist ein Stengelkristall in der Längsrichtung und 3 ein ebensolcher in der Querrichtung geschnitten. 4 stellt den Zusatzwerkstoff in Form einer Schweißraupe im Querschnitt, 5 den Zusatzwerkstoff ebenso im Längsschnitt für eine Auftragsschweißung von ca. 6-7 mm Breite und 3 mm Dicke dar.
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Probe mit einer als V-Naht ausgeführten Verbindungsschweißung. Dabei sind die Stirnseiten angeätzt worden, um die Kristallstruktur zum Ausdruck zu bringen. 6 ist der Zusatzwerkstoff als Schweißnaht in V-Form. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen in Fig. 1.
In Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, teilweise als Ätzbild, des Kopfendes und des Schaftes des Schaufelblattes einer erneuerten Gasturbinenschaufel wiedergegeben. 7 ist das Schaufelblatt einer gebrauchten Gasturbinenschaufel aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis- Superlegierung mit längsgerichteten groben Stengelkristallen. Die Kristallstruktur ist durch eine Ätzung der Mantelfläche sichtbar gemacht. 8 ist das Kopfende des Schaufelblattes 7, welches die abgenutzten Stellen an der Hinterkante und am Tragflügelprofil (ursprüngliche Form zum Teil gestrichelt dargestellt) zeigt. 9 ist ein Stengelkristall der Mantelfläche des Schaufelblattes 7. 10 stellt die abgebrochene, durch Auftragsschweißung reparierte Hinterkante des Kopfendes 8 des Schaufelblattes 7 dar. 11 ist das erodierte, durch Auftragsschweißung erneuerte Tragflügelprofil auf der konkaven Seite des dickeren Teils des Schaufelblattes 7.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt (Axialschnitt)/ Aufriß durch das Kopfende des Schaufelblattes und die Deckplatte einer Gasturbinenschaufel. 7 ist das Schaufelblatt in Ansicht (nicht geschnitten, ungeätzt), 8 dessen Kopfende (teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt, der einem Axialschnitt durch die Turbine entspricht). 12 ist ein Stengelkristall des Schaufelblattes 7, welcher in der Längsrichtung geschnitten ist (Axialschnitt durch Turbine). 13 stellt den sich in Schaufelachse verjüngenden Zapfen am Kopfende 8 des Schaufelblattes 7 dar. Die Begrenzung dieses Zapfens ist eine Regelfläche längs des Schaufelprofils an seinem Kopfende 8. 14 ist die Mantellinie dieser Regelfläche am Kopfende 8 des Schaufelblattes 7, welche das Profil mit dem wahren Anschrägungswinkel α bezüglich Schaufellängsachse zeigt. Dieser Winkel wird vorzugsweise mit Werten zwischen 5 und 15° ausgeführt. 15 ist eine Deckplatte aus oxyddispersionsgehärteter Nickelbasis-Superlegierung mit längsgerichteten groben Stengelkristallen 16 (im Axialschnitt der Turbine dargestellt). 17 ist der Zusatzwerkstoff in Form eines aufgeschmolzenen Pulvers in der V-förmigen Nut. 18 stellt einen Laser-Strahl dar, was durch eine Wellenlinie und das Symbol h ν ausgedrückt ist.
Ausführungsbeispiel 1 Siehe Fig. 1!
Auf ein Plättchen 1 einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung wurden Schweißraupen aus einer Nickelbasislegierung als Zusatzwerkstoff (4, 5) aufgebracht. Der zu schweißende Werkstoff hatte den Handelsnamen MA 6000 von INCO und hatte folgende Zusammensetzung:
Cr= 15,0 Gew.-% W= 4,0 Gew.-% Mo= 2,0 Gew.-% Al= 4,5 Gew.-% Ti= 2,5 Gew.-% Ta= 2,0 Gew.-% C= 0,05 Gew.-% B= 0,01 Gew.-% Zr= 0,15 Gew.-% Y₂O₃= 1,1 Gew.-% Ni= Rest
Dieser Werkstoff lag im zonengeglühten rekristallisierten Zustand mit längsgerichteten Stengelkristallen (2, 3) von ca. 20 mm Länge, 5 mm Breite und 2,5 mm Dicke vor. Er wurde aus entsprechendem Stangenmaterial (Halbzeug) herausgeschnitten. Das Plättchen 1 hatte folgende Abmessungen:
Länge= 100 mm Breite= 50 mm Dicke= 10 mm
Das Plättchen 1 wurde nun einer Wärmebehandlung zur Erhöhung der Duktilität wie folgt unterworfen:
  • - Erwärmen unter Argon auf 1220°C
  • - Lösungsglühen bei 1220°C während 2 h
  • - Abkühlen bis auf 650°C mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/min
  • - Abkühlen bis auf Raumtemperatur an Luft.
Der zum Auftragsschweißen benutzte Zusatzwerkstoff war eine Nickelbasislegierung mit dem Handelsnamen Nimonic 90 von folgender Zusammensetzung:
Cr= 19,5 Gew.-% Co= 16,5 Gew.-% Al= 1,45 Gew.-% Ti= 2,45 Gew.-% Mn= 0,30 Gew.-% Si= 0,30 Gew.-% C= 0,07 Gew.-% B= 0,003 Gew.-% Zr= 0,06 Gew.-% Ni= Rest
Geschweißt wurde nach dem Argonarc-Verfahren (Lichtbogen zwischen Werkstück und sich nicht verbrauchender Wolframelektrode unter Argon als Schutzgas) mit Zusatzwerkstoff in Form eines Drahtes von 1,6 mm Durchmesser. Die Stromstärke betrug ca. 80 A. Das Schutzgas Argon wurde in einer Menge von 2 l/min zugeführt. Es wurden Schweißraupen von 6 bis 7 mm Breite und 3 mm Dicke sowohl in der Längsrichtung wie in der Querrichtung der Stengelkristalle gelegt.
Nach der Abkühlung wurde die Probe untersucht. Es konnten keine Makrorisse festgestellt werden. Nun wurde die Probe zerlegt, indem Stücke sowohl parallel wie quer zur Längsrichtung herausgeschnitten und metallographisch untersucht wurden. Es konnten im Schliffbild weder Haarrisse noch Poren oder Seigerungen festgestellt werden. Die Grobkornstruktur des Grundwerkstoffs blieb bis an die Grenze der Schmelzzone unverändert erhalten. Der Zusatzwerkstoff erstarrte in Form von Dendriten. Das Übergangsgefüge zeigte verhältnismäßig grobkörnige Struktur.
Ausführungsbeispiel 2 Siehe Fig. 2!
Zwei Plättchen 1 aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung wurden über eine V-Naht stirnseitig durch Plasmabrenner-Schmelzschweißen mittels eines Zusatzwerkstoffes 6 miteinander verbunden. Der zu schweißende Werkstoff hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
Cr= 20,0 Gew.-% Al= 6,0 Gew.-% Mo= 2,0 Gew.-% W= 3,5 Gew.-% Zr= 0,19 Gew.-% B= 0,01 Gew.-% C= 0,01 Gew.-% Y₂O₃= 1,1 Gew.-% Ni= Rest
Dieser Werkstoff lag im zonengeglühten rekristallisierten Zustand mit längsgerichteten Stengelkristallen (2, 3) von durchschnittlich 16 mm Länge, 6 mm Breite, und 3 mm Dicke vor. Er wurde aus entsprechendem Stangenmaterial (Halbzeug) herausgeschnitten. Die Plättchen 1 hatten je folgende Abmessungen:
Länge= 70 mm Breite= 40 mm Dicke= 8 mm
Die beiden Plättchen 1 wurden zunächst einer Wärmebehandlung zur Erhöhung der Duktilität unterworfen:
  • - Erwärmen unter Argon auf 1180°C
  • - Lösungsglühen bei 1180°C während 2 1/2 h
  • - Abkühlen bis auf 600°C mit einer Geschwindigkeit von 1°C/min
  • - Abkühlen bis auf Raumtemperatur im Ofen.
Der zum Auftragschweißen benutzte Zusatzwerkstoff war eine Nickellegierung mit dem Namen Nimonic 75 von folgender Zusammensetzung:
Cr= 19,5 Gew.-% Ti= 0,4 Gew.-% Fe= 3,0 Gew.-% Mn= 0,3 Gew.-% Si= 0,3 Gew.-% C= 0,10 Gew.-% Ni= Rest
Die Plättchen 1 wurden an je einer schmalen Stirnseite um 30° abgeschrägt und derart gegeneinander gelegt, daß eine V-förmige Rinne mit einem totalen Öffnungswinkel von 60° gebildet wurde. Nun wurden die beiden Plättchen 1 mit dem Plasmabrenner unter Argonatmosphäre mit Zusatzwerkstoff in Form eines Drahtes von 2 mm Durchmesser lagenweise verschweißt. Die Schweißungen lagen dabei quer zur Längsrichtung der Stengelkristalle der Plättchen 1. Nach der Abkühlung wurden dem Werkstück Proben zur metallographischen Untersuchung in allen drei Hauptebenen der Schweißnaht entnommen. Es konnten keinerlei Haarrisse festgestellt werden.
Ausführungsbeispiel 3 Siehe Fig. 3!
Am Schaufelblatt 7 einer beschädigten und erodierten Gasturbinenschaufel wurden Reparaturen und Erneuerungen durch Auftragsschweißen vorgenommen. Der Werkstoff des Schaufelblattes 7, an dem die Auftragsschweißungen vorgenommen wurden, bestand aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung und hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
Cr= 17,0 Gew.-% Al= 6,0 Gew.-% Mo= 2,0 Gew.-% W= 3,5 Gew.-% Ta= 2,0 Gew.-% Zr= 0,15 Gew.-% B= 0,01 Gew.-% C= 0,05 Gew.-% Y₂O₃= 1,1 Gew.-% Ni= Rest
Die Schaufel wurde zunächst einer Wärmebehandlung zur Erhöhung der Duktilität gemäß Beispiel 1 unterworfen.
Das Schaufelblatt 7 hatte die folgenden Abmessungen:
Totale Länge (ohne Fuß)= 180 mm Größte Breite= 85 mm Größte Dicke= 23 mm Profilhöhe= 28 mm
Der zum Auftragsschweißen benutzte Zusatzwerkstoff war eine Nickellegierung mit dem Namen Nimonic 80A mit der nachfolgenden Zusammensetzung:
Cr= 19,5 Gew.-% Al= 1,4 Gew.-% Ti= 2,4 Gew.-% Mn= 0,30 Gew.-% Si= 0,30 Gew.-% C= 0,06 Gew.-% B= 0,003 Gew.-% Zr= 0,06 Gew.-% Ni= Rest
Die beschädigten, zu erneuernden Stellen (10, 11) am Kopfende 8 und am Schaft des Schaufelblattes 7 wurden zunächst zwecks Säuberung und Verringerung der Größe und Oberflächenrauhigkeit durch Schleifen mechanisch bearbeitet und anschließend gereinigt. Die Auftragsschweißung erfolgte raupenweise in mehreren Lagen nach dem Argonac-Verfahren mit Zusatzwerkstoff in Form eines Drahtes von 1,6 mm Durchmesser unter einer Stromstärke von 90 A. Das Schutzgas Argon wurde in einer Menge von 2,5 l/min zugeführt. Die Schweißraupen verliefen am Kopfende 8 bevorzugt quer und am Schaft des Schaufelblattes 7 parallel zur Längsachse der Schaufel.
Nach der Abkühlung wurde das Schaufelblatt 7 durch Schleifen auf das Maß des ursprünglichen Tragflügelprofils bearbeitet. Dann wurde die Schaufel einer Temperaturwechselbelastung zwischen 200 und 900°C ausgesetzt. Nach 200 Temperaturzyklen wurde das Schaufelblatt 7 poliert und visuell untersucht. Es konnten keine Makrorisse festgestellt werden. Aus den mit Schweißgut überdeckten Stellen wurden mehrere Probekörper in allen drei Hauptebenen des Schaufelblattes 7 herausgearbeitet und metallographische Schliffe hergestellt. Es konnten keinerlei Haarrisse festgestellt werden.
Ausführungsbeispiel 4 Siehe Fig. 4!
An der Stirnseite des Kopfendes 8 des Schaufelblattes 7 einer Gasturbinenschaufel wurde eine Deckplatte 15 angeschweißt. Der Werkstoff für beide Bauteile war eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung mit dem Handelsnamen MA 6000, deren Zusammensetzung in Beispiel 1 angegeben wurde.
Das Schaufelblatt 7 und die Deckplatte 15 wurden nun zunächst einer Wärmebehandlung zur Erhöhung der Duktilität wie folgt unterworfen:
  • - Erwärmung unter Argon auf 1200°C
  • - Lösungsglühen bei 1200°C während 2 h
  • - Abkühlen bis auf 700°C mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min
  • - Abkühlen bis auf Raumtemperatur im Ofen.
Das Schaufelblatt 7 hatte die nachfolgenden Abmessungen:
Totale Länge= 165 mm Größte Breite= 75 mm Größte Dicke= 21 mm Profilhöhe= 25 mm
Die Maße der Deckplatte 15 betrugen:
Länge (axial bezüglich Turbine)= 72 mm Breite (tangential bezüglich
Turbine= 66 mm Höhe (radial bezüglich Turbine)= 10 mm
Das Kopfende 8 des Schaufelblattes 7 wurde mit einem kegelförmigen Fräser von 20° totalem Öffnungswinkel derart bearbeitet, daß eine Regelfläche mit einem konstanten Winkel zur Schaufellängsachse herausgeschnitten wurde. Die Deckplatte 15 wurde durch Bohren und Fräsen mit einer Öffnung versehen, mit einer Mantelfläche, deren Mantellinien parallel zur Schaufellängsachse waren und die dem Tragflügelprofil des Kopfendes 8 des Schaufelblattes 7 entsprach. Diese Öffnung paßte gerade stramm auf das Kopfende 8. Nun wurden die beiden Bauteile 7 und 15 axial zusammengesteckt und in einer Vorrichtung festgehalten. Die dadurch gebildete schlanke V-förmige Nut wurde nun mit Pulver des Zusatzwerkstoffs aufgefüllt.
Der zum Schweißen benutzte Zusatzwerkstoff war eine Nickellegierung mit dem Handelsnamen Nimonic 105 und hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
Cr= 15,0 Gew.-% Co= 20,0 Gew.-% Al= 4,7 Gew.-% Ti= 1,2 Gew.-% Mo= 5,0 Gew.-% Mn= 0,30 Gew.-% Si= 0,30 Gew.-% C= 0,13 Gew.-% B= 0,005 Gew.-% Zr= 0,10 Gew.-% Ni= Rest
Das Schweißen erfolgte mit dem Laserstrahl 18 (durch Wellenlinie h ν in Fig. 4 angedeutet). Nach dem Abkühlen wurde die Schaufel einem 5-min-Zyklus zwischen ca. 200°C und ca. 950°C unterworfen. Die Thermoschockempfindlichkeit wurde während 300 Zyklen geprüft. Es konnten weder im Schaufelblatt 7 noch in der Deckplatte 15 noch in der Schweißnaht Haarrisse festgestellt werden. Ein Abreißversuch an der Deckplatte 15 ergab eine Bruchlast von 80 000 N.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Grundsätzlich lassen sich alle oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierungen im zonengeglühten grobkörnigen Zustand nach dem vorgeschlagenen Verfahren (Behandlung zur Erhöhung der Duktilität) nach dem Lichtbogenschweißprozeß unter Schutzgas, mit dem Elektronenstrahl oder dem Laser-Strahl oder dem Plasmabrenner schweißen. Das bezieht sich sowohl auf eine Auftragsschweißung wie auf eine Verbindungsschweißung. Die erwähnte Behandlung besteht in einer Lösungsglühung während 1 1/2 bis 5 h bei einer Temperatur im Bereich von 1160 bis 1280°C unter Argonatmosphäre und anschließendem Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von 0,1°C/min bis 5°C/min bis auf eine Temperatur von 500 bis 700°C herunter und weiter in Luft bis Raumtemperatur. Als Zusatzwerkstoffe kommen Nickelbasislegierungen in Frage, welche in ihrer Zusammensetzung - abgesehen von der Abwesenheit von oxydischen Dispersoiden - dem zu schweißenden Grundwerkstoff ähnlich sind. Vorzugsweise sollen die Legierungen des Zusatzwerkstoffes die nachfolgenden Zusammensetzungen aufweisen:
Cr= 15-22 Gew.-% Co= 0-20 Gew.-% Al 5 Gew.-% Ti 3 Gew.-% Mo 5 Gew.-% Fe 3 Gew.-% C 0,15 Gew.-%
Statt mit dem Laser-Strahl lassen sich Bauteile (z. B. gemäß Fig. 4) in vorteilhafter Weise auch mit dem Elektronenstrahl verschweißen. Die optimale Größe des Schrägungswinkels hängt dabei vom gewählten Verfahren, der Partikelgröße des Zusatzwerkstoffes und den Dimensionen der zu verbindenden Werkstücke sowie der zur Verfügung stehenden Schweißleistung ab und kann durch Versuche leicht bestimmt werden. In der Regel bewegt er sich zwischen 5 und 15°.
Das Verfahren läßt sich in besonders vorteilhafter Weise bei der Instandstellung von durch Abnutzung, Erosion oder Beschädigung nach gewisser Zeit stillgesetzten Gasturbinen verwenden. Dies gilt insbesondere sowohl für Leitschaufeln wie für Laufschaufeln, indem die Reparaturen an beschädigten Teilen ohne vollständige Demontage von Gehäusen und Rotoren in situ durchgeführt werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verbinden und/oder Instandstellen von Bauteilen (1; 7; 15) aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung im zonengeglühten Zustand grobkörniger, längsgerichteter Stengelkristalle, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (1; 7; 15) vor dem Verbinden einer Wärmebehandlung zur Erhöhung ihrer Duktilität unterworfen werden, indem sie unter Argonatmosphäre während 1/2 h bis 5 h einer Lösungsglühung bei einer Temperatur zwischen 1160 und 1280°C unterzogen und anschließend mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1°C/min und 5°C/min bis auf eine Temperatur im Bereich zwischen 500 und 700°C herunter abgekühlt und daraufhin in Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden, und daß die Bauteile (1; 7; 15) anschließend unter Verwendung einer Nickelbasislegierung als Zusatzwerkstoff (4, 5, 6) nach dem Argonarc-Lichtbogenschweißverfahren oder mit dem Elektronenstrahl oder dem Laser-Strahl oder dem Plasmabrenner geschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (4, 5, 6) die nachfolgende Zusammensetzung hat: Cr= 15-22 Gew.-% Co= 0-20 Gew.-% Al 5 Gew.-% Ti 3 Gew.-% Mo 5 Gew.-% Fe 3 Gew.-% C 0,15 Gew.-% Ni= Rest
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauteil eine gebrauchte, abgenutzte oder beschädigte Laufschaufel oder Leitschaufel einer Gasturbine benutzt wird, deren abgebrochene Hinterkante (10) und/oder deren erodiertes Tragflügelprofil (11) am Kopfende (8) des Schaufelblattes (7) nach Durchführung der zur Erhöhung der Duktilität führenden Wärmebehandlung durch Auftragsschweißen von Zusatzwerkstoff nach dem Argonac-Lichtbogenverfahren erneuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauteile ein Schaufelblatt (7) und eine Deckplatte (15) einer Gasturbinenschaufel bestehend aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung benutzt werden, welche nach vorangegangener Wärmebehandlung zur Erhöhung der Duktilität unter Verwendung von Zusatzwerkstoff in Pulverform mittels eines Laser-Strahls (8) oder eines Elektronenstrahls miteinander verschweißt werden.
DE3813157A 1987-05-27 1988-04-20 Verfahren zum verbinden und/oder instandstellen von bauteilen aus einer oxyddispersionsgehaerteten nickelbasis-superlegierung im zonengegluehten zustand grobkoerniger, laengsgerichteter stengelkristalle Withdrawn DE3813157A1 (de)

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