DE3909733A1

DE3909733A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von zwei gegenstaenden

Info

Publication number: DE3909733A1
Application number: DE3909733A
Authority: DE
Inventors: Ralph Earl Patsfall
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1989-10-12
Also published as: GB2218016A; GB8906807D0; FR2629133A1; US4883216A; FR2629133B1; IT8919921A0; GB2218016B; IT1230182B; JPH01294901A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verbinden eines angeformten Vorsprungs mit einem Träger und betrifft insbesondere das Re parieren eines an einem Träger oder einer Nabe angeformten Beschaufelungsblattes.

In der Vergangenheit sind große umlaufende Beschaufelungsteile oder Laufschaufeln in relativ großen Turbinentriebwerken sepa rat von einem sie aufnehmenden umlaufenden Teil, zum Beispiel einer Nabe (wobei dieser Begriff hier allgemein einen Lauf schaufelträger wie eine Trommel, eine Scheibe, eine Ummantelung, usw. umfassen soll) hergestellt worden. Diese Schaufeln, die im allgemeinen hohle Schaufelblätter haben, wurden über einen Schaufelfuß befestigt, wie beispielsweise einen Schwalben schwanzfuß, der an einem Schaufelblatt befestigt oder ange formt war. Zum Steigern der Leistung und zum Senken der Ferti gungskosten ist eine Technologie entwickelt worden, welche er möglicht, ein Schaufelblatt und das umlaufende Teil oder die Nabe einstückig herzustellen. Manchmal wird dieses Gebilde auch als beschaufelte Scheibe bezeichnet (im Englischen: bladed disk oder "blisk"). Eine Form eines solchen Gebildes ist in der US-PS 45 73 876 beschrieben.

Die Herstellung von solchen Gegenständen ist auf diese Weise zwar beschleunigt worden, es stellt sich jedoch das Problem der Reparatur von beschädigten Schaufelblättern, und zwar ent weder bei der Herstellung oder im Turbinentriebwerksbetrieb. Bei der Verwendung von gesonderten oder getrennt hergestell ten und mechanisch zusammengebauten Schaufeln und Traggebilden beinhaltete die Reparatur das Demontieren der mechanisch an einander befestigten Teile, das Entfernen der beschädigten Schaufel und das Wiederzusammenbauen mit einer Ersatzschaufel.

Es ist klar, daß bei der Reparatur von Turbinentriebwerken das Ersetzen eines beschädigten, angeformten Schaufelblattes bei einer beschaufelten Scheibe beträchtlich komplizierter ist.

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, prakti sches und kostengünstiges Verfahren zum Reparieren eines be schädigten Vorsprungs, zum Beispiel eines Schaufelblattes, zu schaffen, der an einem Träger, zum Beispiel einer Nabe, ange formt ist und von diesem vorsteht.

Weiter soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen wer den, welches eine feste metallurgische Verbindung zwischen einem Ersatzschaufelblatt und dem zugeordneten Teil der Nabe oder des Trägers ermöglicht.

Ferner soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen wer den zum Verbinden eines Vorsprungs mit einem Träger, zum Bei spiel bei der Herstellung eines Gegenstands.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ausführungs beispiele und der Zeichnungen noch deutlicher werden. Sie alle sollen die Erfindung lediglich veranschaulichen, sie aber nicht beschränken.

Die Erfindung beinhaltet in einer Ausführungsform, kurz gesagt, das Reparieren eines Gegenstands, beispielsweise einer beschau felten Scheibe aus Metall, der einen Träger und einen angeform ten Vorsprung, der von dem Träger vorsteht, zum Beispiel ein Schaufelblatt, das von der Nabe einer beschaufelten Scheibe vorsteht, aufweist. Das Verfahren beinhaltet das Entfernen eines Teils des Vorsprungs oder Schaufelblattes, um einen Vor sprungstumpf zu schaffen, der mit dem Träger verbunden ist und sich von diesem weg erstreckt, um dadurch eine Stumpfpaßfläche zu schaffen. In einer Form weist der Stumpf einen Stumpfober teil auf. Zum Ersetzen des entfernten Teils wird eine Einfas sung vorgesehen. Die Einfassung, die aus mehreren zusammen passenden Teilen bestehen kann, je nach der Form des Vor sprungs, weist eine innere oder Kontaktfläche oder innere oder Kontaktflächen auf, die in ihrer Gestalt der Stumpfpaß fläche angepaßt sind, und einen Einfassungsoberteil oder Ein fassungsoberteile, welche später Teil einer ersten Verbindungs grenzfläche mit einem Ersatzteil werden. In einer Form wirkt der Einfassungsoberteil mit einem Stumpfoberteil zusammen, um diese Verbindungsgrenzfläche zu bilden. Die Stumpfpaßfläche und die Einfassungskontaktfläche werden nebeneinander angeord net, bei von dem Träger abgewandten Einfassungsoberteil, und dann miteinander verbunden, um eine Kombination aus Stumpf und Einfassung herzustellen. Ein Ersatzteil, welches eine von einem Ersatzvorsprung abgewandte zweite Verbindungsgrenzflä che aufweist, wird so angeordnet, daß die erste und die zwei te Verbindungsgrenzfläche nebeneinander zu liegen kommen. Dann werden das Ersatzteil und die Stumpf-Einfassung-Kombination an den Verbindungsgrenzflächen miteinander verbunden.

In der Form des Verfahrens nach der Erfindung zum Reparieren eines Schaufelblattes einer beschaufelten Scheibe bestehen die Einfassung und das Ersatzteil im wesentlichen aus dem gleichen Material wie der Stumpf. Überschüssiges Material, zum Bei spiel bei dem Verbindungsprozeß aufgestauchtes, extrudiertes oder bereitgestelltes, oder überschüssiges Material in der Einfassung oder beides, können bei Bedarf entfernt werden. Diese Arten von Fertigbearbeitungsarbeiten, welche bekannt sind und bei metallurgischen Verbindungstechniken wie Reib schweißen, Druckverbinden, Diffusionsverbinden, Stauchstumpf schweißen, usw. üblicherweise angewandt werden, beinhalten maschinelles Bearbeiten, Schleifen, Hobeln usw., um einen ge fertigten oder reparierten Gegenstand in einer gewünschten Konfiguration zu schaffen. Bei der Herstellung von neuen Ge genständen kann, im Gegensatz zu der Reparatur von neuen oder gebrauchten Gegenständen, der Vorsprungsstumpf auf verschie denerlei Weise bereitgestellt werden, beispielsweise durch Feinguß, spanabhebende Bearbeitung usw.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Metallteils an einer Verbindungsstelle zwi schen denselben beinhaltet die Kombination eines metallischen Zusatzwerkzeuges zum Zusammenpressen der Teile und einer Er hitzungseinrichtung, die während des Verbindens in einer Aus sparung des Werkzeuges gehalten wird. In einer Ausführungsform ist die Heizeinrichtung eine Induktionsheizspulenvorrichtung. Es ist besonders vorteilhaft, das Werkzeug aus Molybdän oder aus einer Molybdänlegierung herzustellen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Teils einer beschaufelten Scheibe,

Fig. 2 einen Schnitt durch die beschaufelte Scheibe nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines Teils der beschaufelten Scheibe nach Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von zwei Teilen, die eine Einfassung bilden, zur Verwendung bei dem Teil nach Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten Teile nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Teilschnittansicht der Einfassung nach den Fig. 4 und 5, zusammengebaut mit dem Teil nach Fig. 3,

Fig. 7 in einer auseinandergezogenen Darstellung die Bau gruppe nach Fig. 6 zusammen mit einem Ersatzteil,

Fig. 8 eine Teilschnittansicht der Teile nach Fig. 7, die miteinander verbunden worden sind,

Fig. 9 eine schematische Teilschnittansicht der Baugruppe nach Fig. 6, die durch eine Fertigungswerkzeugbe stückung zum Verbinden der Teile zusammen und in Position gehalten wird,

Fig. 10 eine schematische Teilschnittansicht des Produkts nach Fig. 9 in Position mit einem Ersatzteil,

Fig. 11 eine Teilschnittansicht eines in sich verbundenen, reparierten Gegenstands vor der Fertigbearbeitung, und

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der Werkzeugbestüc kung zum Verbinden der Baugruppe nach Fig. 6.

Die perspektivische Teilansicht nach Fig. 1 und die Schnittan sicht nach Fig. 2 zeigen eine beschaufelte Scheibe mit einem Beschaufelungsteil oder Schaufelblatt 20 als einen an einem Träger oder einer Nabe 22 angeformten Vorsprung. Eine Beschä digung des Beschaufelungsteils kann erfolgen, zum Beispiel während dessen Einsatzes in einer Energieerzeugungsvorrichtung wie einem Turbinentriebwerk. In einem solchen Fall muß das Schaufelblatt 20 repariert werden.

Gemäß der Erfindung wird der Vorsprung oder das Schaufelblatt 20 längs einer Schnittlinie 24, die in Fig. 2 als gestrichelte Linie dargestellt ist, durchgetrennt, um den beschädigten Teil des Schaufelblattes zu entfernen und einen Vorsprungs- oder Schaufelblattstumpf 26 zu schaffen, der mit der Nabe 22 ein stückig verbunden ist, zum Beispiel in der Nähe einer Luft strömungsoberfläche 28. Wenn das Schaufelblatt oder der Vor sprung 20 einen hohlen Teil hat, was bei luftgekühlten oder gewichtsreduzierten Schaufelblättern häufig der Fall ist, wird die Schnittlinie 24 in den massiven Teil 30 des Schaufel blattes radial einwärts von dem hohlen Teil 32 gelegt. Der Stumpf 26 und der benachbarte, angeformte Teil der Schaufel 22 sind in der perspektivischen Teilansicht in Fig. 3 gezeigt.

Gemäß Fig. 3 weist der Stumpf 26 einen Stumpfoberteil 34, eine erste Stumpfpaßfläche 36 und eine zweite Stumpfpaßflä che 38 auf. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 erstrecken sich die Paßflächen von dem Schaufelblatt aus durch den Kehlbereich zu der Oberseite der Nabe. Die Paßflächen 36 und 38 umfassen in dieser Ausführungsform den Schaufelblattvorderkantenteil 40 und den Schaufelblatthinterkantenteil 42. Es ist jedoch klar, daß die erste und die zweite Paßfläche bei weniger kom plexen Konfigurationen als eine einzelne Paßfläche betrachtet werden können.

Dem Teil nach Fig. 3 wird bei der Ausführung der Erfindung die Einfassung zugeordnet, die in Fig. 4 insgesamt mit 44 be zeichnet und in ihrer Form der Form des Stumpfes 26 angepaßt ist. Der hier verwendete Begriff "in der Form angepaßt" soll bedeuten, gemäß einer zusammenwirkenden Oberfläche des Stump fes geformt, um das Zusammenfügen und Verbinden unter Verwen dung von geeigneten Verbindungstechniken und -vorrichtungen zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform besteht wegen der re lativen Komplexität der Form des Stumpfes 26 die Einfassung 44 aus einem ersten Einfassungsteil 46 und einem zweiten Einfas sungsteil 48, die in Nebeneinanderanordnung in Fig. 4 gezeigt und so geformt sind, daß sie mit dem Teil nach Fig. 3 und mit einander an direkt einander gegenüberliegenden Flächen 55 A und 57 A sowie an Flächen 55 B und 57 B zusammenwirken, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Das erste Einfassungsteil 46 hat einen ersten Einfassungsoberteil 50, eine erste Einfassungskontakt fläche 52 und eine erste Einfassungsaußenfläche 74. Das zwei te Einfassungsteil 48 hat einen zweiten Einfassungsoberteil 54, eine zweite Einfassungskontaktfläche 56 und eine zweite Ein fassungsaußenfläche 76. Bei einer einfacheren Stumpfkonfigura tion kann die Einfassung 44 ein einzelnes Teil mit einem Ein fassungsoberteil und einer Einfassungskontaktfläche sein. Ebenso kann bei noch komplexeren Formen als der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten die Einfassung bei Bedarf aus mehr als zwei Teilen bestehen.

Die perspektivische Ansicht in Fig. 5 zeigt das erste Einfas sungsteil 46 und das zweite Einfassungsteil 48 nach Fig. 4, die zusammengefügt sind und eine Einfassungsöffnung 58 bilden. Wenn jedoch die Einfassung 44 ein einzelnes Teil ist, braucht die Einfassungsöffnung 58 nicht vorhanden zu sein, und die Einfassungsoberteil 50 und 54 können eine einzelne, durchge hende Fläche sein. In dieser Ausführungsform wird die Einfas sung 44 zu einer Kappe, wenn sie an dem Stumpf angebracht wird, und der einzelne, durchgehende Einfassungsoberteil ist die erste Grenzfläche, die nun in Verbindung mit Fig. 6 beschrie ben wird. In der besonderen Ausführungsform nach Fig. 5 wurden Schweißungen 59 A und 59 B an den Vorder- bzw. Hinterkantentei len angebracht, und Metallbrücken 61 A und 61 B wurden über Kehlnahtschweißungen 63 in diesen Bereichen wie dargestellt angeschweißt, um die Teile 46 und 48 zu verstärken und während der anschließenden Formgebungsschritte fest zusammenzuhalten.

Das Anbringen der Einfassung 44 nach den Fig. 4 und 5 um den Stumpf 26 des Teils nach Fig. 3 ist in der Teilschnittansicht in Fig. 6 gezeigt. In dieser Anordnung befindet sich die er ste Einfassungskontaktfläche 52 an und insgesamt in Kontakt mit der ersten Stumpfpaßfläche 36, deren Form sie angepaßt ist. Außerdem ist die zweite Stumpfpaßfläche 56 an und insge samt in Kontakt mit der zweiten Stumpfpaßfläche 38, deren Form sie angepaßt ist. Der erste und der zweite Einfassungsoberteil 50 bzw. 54 sind auf der von dem Träger oder der Nabe 22 abge wandten Seite angeordnet und in der Ausführungsform nach Fig. 6 mit dem Stumpfoberteil 34, der durch die Einfassungs öffnung 58 nach Fig. 5 vorsteht, insgesamt ausgerichtet. Ge meinsam bilden die Einfassungsoberteile 50 und 54 und der Stumpfoberteil 34 eine erste Grenzfläche, die insgesamt mit 60 bezeichnet ist. Häufig ist es vorzuziehen, daß zum besse ren anschließenden Verbinden das Material der Einfassung 44 im wesentlichen gleich dem Material des Stumpfes 26 oder unter Verbindungsgesichtspunkten wenigstens mit demselben kompatibel ist. Gemäß der Darstellung in den Fig. 5 und 6 ist im zusam mengebauten Zustand die Einfassung 44 so ausgebildet, daß sie den Stumpf 26 an seinen Paßflächen 36 und 38 einschließlich an den Vorder- und Hinterkanten 40 bzw. 42 nach Fig. 3 um schließt. Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Einfassungsteile 46 und 48 an ihren direkt einander gegen überliegenden Flächen aneinander zu befestigen, beispielsweise durch Schweißen unter Verwendung der Metallstreifen 61 A und 61 B, wie es oben beschrieben worden ist.

Nach dem Zusammenbauen der Einfassung und des Stumpfes wird die Baugruppe zu einer Stumpf-Einfassung-Kombination mit einer ersten Verbindungsgrenzfläche 60 gemäß den Fig. 6 und 7 in sich verbunden. Nach diesem Verbinden wird ein Ersatzteil 62 bereitgestellt, das gemäß der auseinandergezogenen Darstellung in Fig. 7 neben der Stumpf-Einfassung-Kombination angeordnet wird. In dieser Ausführungsform ist das Ersatzteil 62 ein Er satzschaufelblatt 64 mit einem Verbindungsteil 66, von dem aus sich das Schaufelblatt 64 erstreckt. Der Verbindungsteil 66 weist eine zweite Verbindungsgrenzfläche 68 auf, die neben der ersten Verbindungsgrenzfläche 60 angeordnet dargestellt ist, welche gemäß obiger Beschreibung aus den Teilen 34, 50 und 54 besteht und mit welcher sie zusammenwirken soll. Dann werden das Ersatzteil und die Stumpf-Einfassung-Kombination an der ersten und an der zweiten Grenzfläche miteinander verbun den. Im allgemeinen ist zum Verbessern dieses Verbindens das Material der Verbindungsgrenzfläche und infolgedessen im all gemeinen des Ersatzteils im wesentlichen das gleiche wie das Material der Stumpf-Einfassung-Kombination oder wenigsten mit demselben kompatibel. Weiter unten ist noch näher beschrie ben, daß es zweckmäßig ist, bei der Ausführung der Erfindung benutzte Metallteile durch metallurgische Verbindungsmethoden wie Druckverbinden, Reibschweißen, Diffusionsverbinden, usw. miteinander zu verbinden.

Das in sich vollständig verbundene Gebilde oder der Gegen standsvorformling ist in einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung in der Teilschnittansicht in Fig. 8 gezeigt, wo Verbindungslinien, zum Beispiel aufgrund eines Diffusions verbindens, bei 70 A, 70 B und 70 C strichpunktiert gezeigt sind. Es ist klar, daß Überschußmaterial zusätzlich zu dem, welches zum Rekonstruieren des in Fig. 1 gezeigten Teils erforderlich ist, im allgemeinen bei dem Verbinden in das Gebilde einge bracht wird. Deshalb beinhaltet das Fertigbearbeiten des repa rierten Gegenstands das Entfernen dieses Überschußmaterials oder Schweißgrats, beispielsweise durch maschinelles Bearbei ten, Schleifen, Hobeln, elektrolytische Materialabtragung, Materialabtragung durch elektrische Entladung usw.

Die obige Beschreibung des Verfahrens nach der Erfindung be trifft die Reparatur oder den Ersatz eines Vorsprungs, zum Beispiel eines Schaufelblattes. Das Verfahren kann jedoch zur ersten Herstellung von solchen Gegenständen benutzt werden. In einer solchen Ausführungsform können die Nabe und ihr Vor sprungsstumpf am Anfang hergestellt werden, beispielsweise durch Feinguß, durch maschinelle Bearbeitung aus Ausgangsmaterial, als Schmiede- oder Gußstücke, durch Pulvermetallurgietechni ken usw., statt durch Abtragen eines Teils des Vorsprungs, um den Stumpf zu schaffen.

Die schematische Teilschnittansicht in Fig. 9 zeigt die Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zum Verbinden der Einfassung mit dem Stumpf, um die Stumpf- Einfassung-Kombination herzustellen. In Fig. 9 wird die Nabe 22 mit dem Stumpf 26 durch eine Tragwerkzeugbestückung 72 ge halten. Das erste Einfassungsteil 46 und das zweite Einfas sungsteil 48 sind um den Stumpf 26 auf in den Fig. 6 und 7 ge zeigte und in Verbindung mit diesen Figuren beschriebene Weise angebracht. In der Ausführungsform nach Fig. 9 sind die Außen flächen 74 und 76 der Einfassungsteile 46 bzw. 48 von dem Stumpfoberteil 34 weg wie dargestellt geneigt. Das ermöglicht zusammenwirkenden ersten und zweiten profilierten Einfassungs zusatzwerkzeugteilen 78 und 80 über ihre Einfassungserfassungs flächen 82 bzw. 84, welche in der Form den Flächen 74 und 76 angepaßt sind, bei Ausübung von Kraft, welche durch einen Pfeil 86 dargestellt ist, mit den Einfassungsteilen 46 und 48 in Deckung zu kommen und diese Einfassungsteile in Deckung und in Kontakt mit den Stumpfpaßflächen 36 und 38 (Fig. 3) zu pressen. Die Einfassungserfassungsflächen 82 und 84 sind ein Teil einer Wand, die eine Aussparung 85 bildet, was alles in Fig. 9 gezeigt ist. Die Einfassungserfassungsflächen sind an dem offenen Ende der Aussparung angeordnet; eine Heizeinrichtung 88 wird in der Aussparung an deren geschlossenem Ende gehalten, das sich an der Verbindungsstelle der Einfassungskontaktflä chen und der Vorsprungspaßflächen befindet. Das erste und das zweite Werkzeugteil 78 bzw. 80 sind Teile eines einzelnen Werkzeuges, das wie dargestellt mit einem Ausnehmungs- oder Aussparungsbereich um die Heizeinrichtung 88 versehen ist. Die Heizeinrichtung, zum Beispiel in Form einer Induktions heizspulenvorrichtung 88, die nahe der Einfassung-Stumpf-Bau gruppe angeordnet ist, kann daher während des anschließenden Verbindens an Ort und Stelle bleiben oder aber vor diesem Ar beitsgang herausgezogen werden. Alternativ können der erste und der zweite Werkzeugteil 78 bzw. 80 separate, zusammenwir kende Werkzeuge sein. Die Kombination aus Wärme von der Vor richtung 88 her und einer Preßschweißkraft 86 führt zum Diffu sionsverbinden der Einfassungsteile mit dem Stumpf, um eine Stumpf-Einfassung-Kombination zu schaffen, die längs der Ver bindungslinien 70 A und 70 B nach Fig. 8 in sich verbunden ist.

Unter gewissen Umständen, nicht aber allgemein, kann es hilf reich sein, ein Trennmittel auf die Flächen 82 und 84 aufzu bringen, um ein Verbinden in diesen Bereichen zu vermeiden.

Gemäß der schematischen Teilschnittansicht in Fig. 10 wird nach dem Herstellen der Stumpf-Einfassung-Kombination ein Er satzteil 62, das aus dem Ersatzschaufelblatt 64 und dem Verbin dungsteil 66 besteht, neben der Stumpf-Einfassung-Kombination angeordnet. Die erste Verbindungsgrenzfläche, die insgesamt mit 60 bezeichnet ist, befindet sich gegenüber der zweiten Verbindungsgrenzfläche 68. Das Ersatzteil 62 wird durch einen Schaufelblatthalter 90 gehalten, und in Verbindung mit dem Schaufelblatthalter wird eine Kraft 92, beispielsweise eine Kraft, die in der Lage ist, die Verbindungsgrenzflächen für Verbindungszwecke aufzustauchen, ausgeübt, während eine Heiz einrichtung wie eine Induktionsheizvorrichtung 94 in Betrieb ist. Die Heizvorrichtung 94 ist zwar außerhalb des Raums zwi schen den Grenzflächen 60 und 68 dargestellt, diese Heizvor richtung kann jedoch zum Erhitzen zwischen diesen Grenzflächen angeordnet sein und vor dem Ausüben der Kraft 92, durch welche diese Grenzflächen in Berührung gebracht werden, zurückgezogen werden. Dem Fachmann ist klar, daß die Größe der Kraft 86 und die durch die Vorrichtung 88 in Fig. 9 zugeführte Hitze und die Größe der Kraft 92 und die durch die Vorrichtung 94 in Fig. 10 zugeführte Hitze mit den Materialien, die miteinander verbunden werden, variieren werden, was im folgenden noch nä her beschrieben ist.

Nach dem Stauchstumpfverbinden des Ersatzteils mit der Stumpf- Einfassung-Kombination hat in der beschriebenen Ausführungs form der reparierte Gegenstand ein Aussehen vor der Fertigbe arbeitung, wie es die Teilschnittansicht in Fig. 11 zeigt. Während des Verbindens ist Material 95 aufgestaucht und an den Teilen vorgetrieben worden, um eine Verbindung insgesamt längs der Verbindungslinie 70 C herzustellen. Wie oben beschrieben wird der Schweißgrat an den Einfassungsteilen 46 und 48 und an dem Ersatzteilverbindungsteil 66 längs einer gestrichelten Linie 97 durch Materialabtragverfahren und -vorrichtungen entfernt, die auf dem Gebiet der Metallurgie bekannt sind, um dem Gegenstand seine ursprüngliche Form wiederzugeben.

Fig. 12 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 9, wo bei die Werkzeuge als separate Werkzeugbestückung dargestellt sind und gleiche Teile gleiche Bezugszeichen tragen. In der Ausführungsform nach Fig. 12 haben die äußeren Flächen 74 und 76 der Einfassungsteile 46 bzw. 48 eine gekrümmte Form, um die zusammenwirkenden Einfassungserfassungsflächen 82 und 84 der profilierten Einfassungsbefestigungswerkzeuge 78 und 80 aufzunehmen und mit denselben in Deckung zu kommen. Die Werk zeuge 78 und 80 werden durch Kühlmittelzirkulationsräume 96 und 98 gekühlt, die, wenn die Werkzeuge 78 und 80 Teil eines einzelnen Werkzeugs sind, an einen Kühlmittelhohlraum ange schlossen sein können. In dieser Ausführungsform wird Kraft so ausgeübt, wie es durch Pfeile 86 A, 86 B, 86 C und 86 D darge stellt ist.

In einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde das Schaufelblatt einer beschaufelten Titanlegierungsscheibe, die aus der im Handel erhältlichen Legierung 6 Al, 4 V, Rest Ti, bestand, repariert, indem zuerst das beschädigte Schaufelblatt in seinem massiven Teil durch spanabhebende Bearbeitung ent fernt wurde. Das ergab den Stumpf 26 gemäß Fig. 3. Ein erstes und ein zweites Einfassungsteil 46 bzw. 48, Fig. 4 und 5, wur den aus derselben Legierung hergestellt, wie es oben beschrie ben ist, und um den Stumpf zusammengebaut, wie es in den Fig. 6 und 9 gezeigt ist. Molybdänwerkzeuge 78 und 80, in diesem Beispiel aus einer Molybdänlegierung, die nominell aus 1 Gew.% Hf, 0,05 Gew.% C, Rest Mo, bestand, wurde passend geformt, und es wurde Isoliermaterial, im Handel erhältlich als Fibersil- Material, zwischen dem Werkzeug und einer Druckplatte angeord net. Die Werkzeuge wurden mit einer Kraft in dem Bereich von etwa 1,38-13,8 MPa (200-2000 pounds per square inch) mit den Einfassungsteilen 46 und 48 in Deckung gepreßt, während ein Induktionsheizelement, das gemäß der Darstellung in Fig. 9 angeordnet war, den Stumpf und die Einfassung auf eine Tempe ratur in dem Bereich von etwas 899-1066°C (1650-1950°F) in einem Vakuum erhitzt wurden. Die Aufheizzeit betrug etwa 20 Minuten. Eine Haltezeit von etwa 1-4 Stunden auf dieser Temperatur und eine Abkühlzeit von 6-10 Stunden wurden be nutzt. Das ergab eine Aufstauchung von etwa 5-10%. Das Ergeb nis war eine längs der gestrichelten Linien 70 A und 70 B in Fig. 8 druckverschweißte Stumpf-Einfassung-Kombination.

Nach dem Herstellen der Stumpf-Einfassung-Kombination wurde ein Ersatzteil aus der gleichen Titanlegierung bereitgestellt und gemäß der Darstellung in Fig. 10 angeordnet, wobei die In duktionsheizspulenvorrichtung 94 um den vorgesehenen Verbin dungsbereich zwischen dem Ersatzteil und der Stumpf-Einfassung- Kombination und um deren Verbindungsgrenzflächen angeordnet wurde. Eine niedrige Stauchkraft 92 in dem Bereich von etwa 207-241 MPa (30 000-35 000 pounds per square inch) wurde auf das Ersatzteil 62 in seinem Halter 90 ausgeübt, der aus Werkzeugstahl bestand. Durch die Kraft 92 wurde das Ersatzteil auf die und in Kontakt mit der Stumpf-Einfassung-Kombination an der ersten und der zweiten Verbindungsgrenzfläche 60 bzw. 68 gepreßt, während die Heizeinrichtung 94, ein wassergekühl tes Induktionsheizelement, den Grenzflächenbereich auf eine Temperatur in dem Bereich von etwas 1010-1121°C (1850- 2050°F) im Vakuum erhitzte. Diese Kombination führte zu 80-85% Stauchung der Legierung in diesem Gebiet und zum Austreiben von Material, wie es an der Stelle 95 in Fig. 11 gezeigt ist. Eine Verbindung zwischen dem Ersatzteil und der Stumpf-Einfassung-Kombination wurde gemäß der Darstellung durch die gestrichelte Linie 70 C in Fig. 11 erzeugt.

Claims

1. Verfahren zum Reparieren eines Gegenstands, der einen Trä ger und einen angeformten Vorsprung hat, welcher von dem Trä ger aus vorsteht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Abtragen eines Teils des Vorsprungs, um einen Vorsprungsstumpf zu schaffen, der mit dem Träger verbunden ist und von diesem wegsteht, wobei der Stumpf eine Stumpfpaßfläche hat;
Bereitstellen einer Einfassung, die eine in der Form der Stumpfpaßfläche angepaßte Einfassungskontaktfläche und einen Stumpfoberteil hat;
Anordnen der Stumpfpaßfläche und der Einfassungskontaktfläche nebeneinander derart, daß sich der Einfassungsoberteil auf der von dem Träger abgewandten Seite befindet;
Verbinden der Stumpfkontaktfläche mit der Stumpfpaßfläche, um eine Stumpf-Einfassung-Kombination zu schaffen, wodurch der Einfassungsoberteil eine erste Verbindungsgrenzfläche bildet;
Bereitstellen eines Ersatzteils, das einen Ersatzvorsprung und an einem Ende eine zweite Verbindungsgrenzfläche auf der von dem Ersatzvorsprung abgewandten Seite aufweist;
Aneinanderanordnen der ersten und der zweiten Verbindungs grenzfläche; und dann
Miteinanderverbinden des Ersatzteils und der Stumpf-Einfassung- Kombination an der ersten und der zweiten Verbindungsgrenzflä che.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ersatzteil an einem Ende einen Verbindungsteil aufweist, von dem aus sich der Ersatzteilvorsprung erstreckt und der die zweite Verbindungsgrenzfläche auf der von dem Ersatzteilvor sprung abgewandten Seite hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stumpf einen Stumpfoberteil auf der von dem Träger ab gewandten Seite aufweist, daß sich durch die Einfassung eine Einfassungsöffnung erstreckt und daß, wenn die Stumpfpaß fläche und die Einfassungskontaktfläche aneinander angeordnet sind, die Stumpfkontaktfläche den Stumpf im wesentlichen um gibt, wobei der Einfassungsoberteil sich auf der von dem Trä ger abgewandten Seite befindet und sich um die Einfassungs öffnung erstreckt und wobei sich der Stumpfoberteil in die Einfassungsöffnung erstreckt und mit dem Stumpfoberteil ins gesamt ausgerichtet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3 zum Reparieren eines Metallgegen stands, wobei die Einfassung und das Ersatzteil im wesentli chen aus dem gleichen Material wie der Stumpf bestehen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Entfernen eines Teils des Vorsprungs, um einen Vorsprungs stumpf zu schaffen, der mit dem Träger verbunden ist und sich von diesem wegerstreckt, wobei der Stumpf eine erste und eine zweite Paßfläche auf entgegengesetzten Seiten des Stumpfes hat und wobei jede Fläche anders als die andere profiliert ist,
Bereitstellen einer Einfassung, die aus einem ersten und aus einem zweiten, separaten Teil besteht, welche so geformt sind, daß sie an direkt einander gegenüberliegenden Flächen zusam menwirken,

a) wobei das erste Teil eine erste Einfassungskontaktfläche, die in der Form der ersten Stumpfpaßfläche angepaßt ist, und einen ersten Einfassungsoberteil hat, und
b) wobei das zweite Teil eine zweite Einfassungskontaktfläche, die in der Form der zweiten Stumpfpaßfläche angepaßt ist, und einen zweiten Einfassungsoberteil hat, und
c) wobei die Teile so geformt sind, daß sie an einander direkt gegenüberliegenden Flächen zusammenwirken;

Aneinanderanordnen der ersten und der zweiten Stumpfpaßfläche und der ersten bzw. zweiten Einfassungskontaktfläche, so daß sich der erste und der zweite Einfassungsoberteil auf der von dem Träger abgewandten Seite befinden und mit dem Stumpfober teil insgesamt ausgerichtet sind;
Miteinanderverbinden der Einfassungskontaktflächen und der Stumpfpaßflächen, um die Stumpf-Einfassung-Kombination zu schaffen, wobei die Einfassungsoberteile und die Stumpfober teile dadurch die erste Verbindungsgrenzfläche bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Aneinander anordnens der ersten und der zweiten Stumpfpaßfläche und der ersten bzw. zweiten Einfassungskontaktfläche beinhaltet, das erste und das zweite, separate Teil an direkt einander gegen überliegenden, zusammenwirkenden Flächen aneinander zu befesti gen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 zum Reparieren eines Metallgegen stands, wobei die Einfassung und das Ersatzteil im wesentli chen aus dem gleichen Material wie der Stumpf bestehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 zum Reparieren eines metalli schen Beschaufelungsteils, das sich von einer metallischen Nabe aus erstreckt und ein von der Nabe vorstehendes Schaufel blatt umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Entfernen eines Teils des Schaufelblattes, um einen Schaufel blattstumpf zu schaffen, der mit der Nabe verbunden ist und sich von dieser wegerstreckt, wobei der Stumpf eine erste und eine zweite Stumpfpaßfläche auf entgegengesetzten Seiten des Stumpfes hat und wobei der Stumpf einen Stumpfoberteil auf der von der Nabe abgewandten Seite hat;
Bereitstellen einer Einfassung aus im wesentlichen dem gleichen Material wie der Stumpf, wobei die Einfassung aus einem ersten und einem zweiten, separaten Teil besteht;

a) wobei das erste Teil eine erste Einfassungskontaktfläche, die in der Form der ersten Stumpfpaßfläche angepaßt ist, und einen ersten Einfassungsoberteil hat, und
b) wobei das zweite Teil eine zweite Einfassungskontaktfläche, die in der Form der zweiten Stumpfpaßfläche angepaßt ist, und einen zweiten Einfassungsoberteil hat, und
c) wobei die erste und die zweite Einfassungskontaktfläche so geformt sind, daß sie den Stumpf im wesentlichen umgeben, und außerdem so geformt sind, daß sie an einander direkt gegenüberliegenden Flächen zusammenwirken;

Aneinanderanordnen der ersten und der zweiten Stumpfpaßfläche und der ersten bzw. zweiten Einfassungskontaktfläche, um den Stumpf im wesentlichen zu umschließen, wobei sich der erste und der zweite Einfassungsoberteil auf der von der Nabe abge wandten Seite befinden und mit dem Stumpfoberteil insgesamt ausgerichtet sind;
metallurgisches Verbinden der ersten und der zweiten Einfas sungskontaktfläche und des Stumpfes an der ersten bzw. zweiten Stumpfpaßfläche, um die Stumpf-Einfassung-Kombination herzu stellen, wobei der Stumpfoberteil und der erste und der zweite Einfassungsoberteil insgesamt dazwischen eine erste Verbin dungsgrenzfläche bilden;
Bereitstellen eines Ersatzteils aus im wesentlichen dem glei chen Material wie der Stumpf, wobei das Ersatzteil an einem Ende einen Verbindungsteil und ein Ersatzschaufelblatt auf weist, das sich von dem Verbindungsteil aus erstreckt, wobei der Verbindungsteil eine zweite Verbindungsgrenzfläche auf der von dem Ersatzschaufelblatt abgewandten Seite hat;
Aneinanderanordnen der ersten und der zweiten Verbindungs grenzfläche; und dann
metallurgisches Miteinanderverbinden des Ersatzteils und der StumPf-Einfassung-Kombination an der ersten und der zweiten Verbindungsgrenzfläche.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aneinanderanordnens der ersten und der zweiten Stumpfpaßfläche und der ersten bzw. zweiten Einfassungskon taktfläche, um den Stumpf im wesentlichen zu umschließen, be inhaltet, das erste und das zweite, separate Teil an den di rekt einander gegenüberliegenden Flächen aneinander zu be festigen.

10. Verfahren nach Anspruch 8 zum Reparieren des Metallteils, dessen Schaufelblatt eine Vorderkante, eine Hinterkante, einen hohlen, inneren Teil und einen massiven Teil an der Nabe auf weist, gekennzeichnet durch:
Entfernen des Teils des Schaufelblattes an einer Verbindungs stelle, die sich in dem massiven Teil des Schaufelblattes be findet, um den Schaufelblattstumpf zu schaffen, wobei die er ste und die zweite Stumpfpaßfläche an die Vorder- und die Hinterkante angrenzen.

11. Verfahren zum Verbinden eines Vorsprungs mit einem Träger, wodurch sich der Vorsprung von dem Träger aus erstreckt, ge kennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Trägers mit einem Vorsprungsstumpf, der mit dem Träger verbunden ist und sich von diesem weg erstreckt, wobei der Stumpf eine Stumpfpaßfläche hat;
Bereitstellen einer Einfassung, die eine Einfassungskontakt fläche, welche in der Form der Stumpfpaßfläche angepaßt ist, und einen Einfassungsoberteil hat;
Aneinanderanordnen der Stumpfpaßfläche und der Einfassungskon taktfläche, so daß sich der Einfassungsoberteil auf der von dem Träger abgewandten Seite befindet;
Miteinanderverbinden der Einfassungskontaktfläche und der Stumpfpaßfläche, wodurch der Einfassungsoberteil eine erste Verbindungsgrenzfläche bildet;
Bereitstellen eines Vorsprungsteils, das an einem Ende eine zweite Verbindungsgrenzfläche aufweist;
Aneinanderanordnen der ersten und der zweiten Verbindungs grenzfläche; und dann
Miteinanderverbinden des Vorsprungsteils und der Einfassung an der ersten und der zweiten Verbindungsgrenzfläche.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe einen Nabenoberteil auf der von dem Träger abgewandten Seite hat, sich eine Öffnung durch die Einfassung erstreckt und, wenn die Stumpfpaßfläche und die Einfassungskontaktfläche aneinander angeordnet sind:
die Einfassungskontaktfläche den Stumpf im wesentlichen um gibt, wobei der Einfassungsoberteil auf der von dem Träger abgewandten Seite ist und sich um die Einfassungsöffnung er streckt und wobei sich der Stumpfoberteil in die Einfassungs öffnung erstreckt und mit dem Einfassungsoberteil insgesamt ausgerichtet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung und das Vorsprungsteil im wesentlichen aus dem gleichen Material wie der Stumpf bestehen.

14. Vorrichtung zum metallurgischen Verbinden eines ersten Metallteils und eines zweiten Metallteils an einer Verbin dungsstelle zwischen denselben, wobei wenigstens eines der Teile eine äußere Werkzeugerfassungsfläche auf der von der Verbindungsstelle abgewandten Seite hat, gekennzeichnet durch folgende Kombination:
ein Metallzusatzwerkzeug (78, 80), das eine Wand aufweist, die eine Werkzeugaussparung (85) begrenzt, welche ein geschlosse nes Ende und ein offenes Ende hat, zum Anordnen um das erste und das zweite Teil (26, 44), wobei wenigstens ein Teil der Wand an dem offenen Ende eine Teilerfassungsfläche (82, 84) hat, die so geformt ist, daß sie eine Teilaußenfläche (74, 76) erfaßt, um die Teile (26, 44), an der Verbindungsstelle zwi schen denselben zusammenzupressen; und
eine Heizeinrichtung (88), die sich während des Verbindens in dem geschlossenen Ende der Werkzeugaussparung (85) befindet und während des Verbindens an der Verbindungsstelle angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (88) eine Induktionsheizspulenvorrichtung ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallzusatzwerkzeug (78, 80) aus einem Metall hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt worden ist, die aus Molyb dän und Molybdänlegierungen besteht.

17. Vorrichtung zum metallurgischen Verbinden einer Metallein fassung (44) mit einem und um einen Metallvorsprung (26), der mit einem Träger (22) verbunden ist und sich von diesem aus er streckt, wobei der Vorsprung (26) einen Oberteil (34) auf der von dem Träger (22) abgewandten Seite und eine Vorsprungspaß fläche (36, 38) hat, welche sich zwischen dem Träger (22) und dem Oberteil (34) erstreckt, und wobei die Einfassung (26) eine Einfassungskontaktfläche (52, 56) aufweist, die an einer Ver bindungsstelle zwischen der Vorsprungspaßfläche (36, 38) ange ordnet ist, und eine Einfassungsaußenfläche (74, 76), welche von dem Vorsprungsoberteil (34) weg zu dem Träger (22) hin geneigt ist, gekennzeichnet durch folgende Kombination:
ein Metalleinfassungsbefestigungswerkzeug (78, 80), das eine Wand aufweist, die eine Werkzeugaussparung (85) begrenzt, wel che ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende zum Anordnen um die Einfassung (26) hat, wobei wenigstens ein Teil der Wand an dem offenen Ende eine Einfassungserfassungsfläche (82, 84) ist, die so geformt ist, daß sie die Einfassungsaußenfläche (74, 76) erfaßt, um die Einfassung gegen den Vorsprung zu pressen; und
eine Heizeinrichtung (88), die sich während des metallurgi schen Verbindens in dem geschlossenen Ende der Werkzeugaus sparung (85) befindet, wobei die Heizeinrichtung (88) so an geordnet ist, daß sie sich während des Verbindens an der Ver bindungsstelle zwischen der Einfassungskontaktfläche (52, 56) und der Vorsprungspaßfläche (36, 38) an dem Vorsprungsoberteil (34) befindet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (88) eine Induktionsheizspulenvorrichtung ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn zeichnet, daß das Metalleinfassungsbefestigungswerkzeug (78, 80) aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung besteht.