DE4034904A1

DE4034904A1 - Verfahren zum reparaturschweissen von rissen in grossen bauteilen, vorzugsweise in dampfturbingengehaeusen

Info

Publication number: DE4034904A1
Application number: DE19904034904
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Neuber; Lothar Dr Unger
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-05-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparaturschweißen von Rissen in großen Bauteilen, vorzugsweise in Dampfturbinengehäusen von Wärmeerzeugungsanlagen.

Bekannt sind Reparaturverfahren für gerissene dickwandige Bauteile, insbesondere Dampfturbinengehäuse, wobei die Risse ausgeschliffen und anschließend mit Schweißgut durch Autogen- oder Elektroschweißen ausgefüllt werden. Teile aus Aluminiumlegierungen werden vorgewärmt, um innere Spannungen im Metall zu verringern und die Neubildung von Rissen infolge örtlicher Erwärmung beim Schweißen zu vermeiden.

Ferner bekannt ist es, Risse durch Flickenschweißungen zu beseitigen (DD-PS 226 807, 211 300). Die Flickenschweißung erfordert z. B. bei Druckgefäßen die Anwendung besonders legierter Werkstoffe mit entsprechenden Warmfestigkeits- und chemischen Eigenschaften gegen Korrosionsangriff. Die Vorbereitung der Flicken ist sehr aufwendig (genauer Zuschnitt, genaue Kontur-Durchbiegung).

Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zum Schließen von Öffnungen in dickwandigen Bauteilen, wobei eine Schweißbadsicherung, die die Kontur der zu verschließenden Öffnung erhält, in der Mitte der Öffnung arretiert wird und danach auf jeder Seite der Öffnung, bezogen auf die Tiefe der Öffnung, mehrere, vorzugsweise drei, Schweißbereiche vorgesehen werden (WP B 23 K/336 175 6, DD-AP . . . . . . .). Jeweils nach Beendigung des Schweißvorganges an jeder Öffnungsseite erfolgt ein Spannungsfreiglühen. Nachteilig an dieser technologischen Lösung ist, daß durch den Eintrag von Schweißgut radiale Spannungen infolge des Schrumpfprozesses entstehen. Der Aufwand beim Schweißen ist relativ hoch.

Die zum Abschluß der Schweißungen festgelegten Glühungen können maximal als Spannungsarmglühen bezeichnet werden, da ein Spannungsfreiglühen unmöglich ist. Ein weiterer Faktor ist die hohe Reparaturzeit. Der Einsatz von aluminothermischen Schweißverfahren ist fast ausschließlich zum Zwischengußschweißen von Schienen bekannt (DE-AS 21 61 134, 17 58 681).

Ziel der Erfindung ist es, Risse in großen Bauteilen, vorzugsweise Dampfturbinengehäusen, einfach und effektiv sowie dauerhaft zu verschweißen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Risse so zu beseitigen, daß keine zusätzlichen Spannungen in das Bauteil eingetragen werden, die eine erneute Rißbildung zur Folge hätten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Rißbildung bis zu vollständigen Zerteilung des Bauteils durchgeführt und die Verbindung der Einzelteile mit dem an sich bekannten aluminothermischen Schweißverfahren in aufbauender Nahtfolge lagenweise realisiert wird.

Die im Schmelztiegel sich bildende Schlacke wird vor dem Einfließen in den Schweißspalt durch ein Quarzsand-Wasserglas-Rohr geleitet, womit eine Verunreinigung der Schweißnaht verhindert wird.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Ausgehend von der geometrischen Lage und Ausdehnung des Risses und den mit Sicherheit auftretenden hohen Radialspannungen während des Schrumpfprozesses bei einer Füllschweißung (Plombe) wird das Turbinengehäuse vollständig am Riß entlang zerteilt. Somit entsteht eine Verbindungsschweißung mit einem Ergänzungscharakter statt einer Füllschweißung. Günstiger ist dies auch im Hinblick auf den Schrumpfungsprozeß, da dieser die beiden Teile eng miteinander verkettet. Als Verfahren zur Verbindung der nunmehr zwei Teile wird das aluminothermische Schweißen verwendet; allerdings in abgewandelter Form. Da der zu schweißende Spalt infolge der Größe des Turbinengehäuses über den üblichen Maßen und Massen einer aluminothermischen Schweißung liegt, wird die Schweißung als aufbauende Naht mit bestimmter, genau definierter Reihenfolge ausgeführt. Durch die gezielte, bestimmbare Zusammensetzung des Schweißpulvers (Portionen) kann fast jeder Werkstoff von Legierungsgehalt und Festigkeit erzielt werden.

Das Verfahren erfordert eine Vorwärmung des Grundwerkstoffes von 800 . . . 900°C. Vor dem Schweißen muß die Verbindungsstelle eingeformt werden. Dazu wird ein Gemisch aus Quarzsand und Wasserglas, als Binder CO₂, verwendet. Mit einer Indukationsglühanlage (vorzugsweise 2×60 KW oder 1×120 KW AEG-Elotherm) wird der Schweißbereich auf eine Temperatur von mindestens 650 . . . 900°C gebracht. Kann die Anlage aufgrund der begrenzten Leistung und dem vorhandenen Durchflutungsquerschnitt 800 . . . 900°C nicht erreichen, dann ist es erforderlich, wenigstens die untere Kante der Fügestelle mit Propanbrennern auf Temperatur zu bringen. Vorbereiten und Zünden der ersten Portion und Vergießen derart, daß Turbinengehäuseteile über den gesamten Querschnitt verbunden werden. Es entsteht eine Art Wurzellage. Der Gießprozeß muß unterbrochen werden bevor die Schlacke in die Schweißzone ausfließen kann. Wenn durch ein Keramik/Quarzsandrohr gegossen wird, kann darin die Schlacke aufgefangen werden, Schlacke verbleibt aufgrund geringerer Dichte im Rohr. Möglich wäre auch ein Ausschwenken bevor die Schlacke in den Schweißspalt fließen kann. Nach erster Portion ist nun genügend Wärme in der Schweißzone.

Mit Trennformen werden links-, rechtsseitig und mittig nacheinander wie Schweißlagen Zusatzwerkstoffportionen eingebracht, bis zum oberen Rand.

Durch den ständigen Wärmeeintrag tritt der Effekt des Normalglühens (Temperatur größer A_C3) auf. Somit wird einer beim aluminothermischen Schweißen bekannten Grobkornbildung im Bereich der Wärmeeinflußzone wirksam begegnet. Dadurch können die Folgen dieser ungünstigen Bedingungen beim Erstarren die mechanischen Eigenschaften, besonders aber die Dehnung und Einschnürung verbessert werden. Durch das Halten der Vorwärmtemperatur um mindestens 650°C tritt gleichzeitig ein ständiger Abbau der Spannungen ohne ein Verändern der vorliegenden Eigenschaften des Werkstoffs ein.

Vorteile

- besonderer Effekt des Normalisierens durch Temperaturerhöhung beim Aufschweißen der nachfolgenden Lage,
- besonderer Effekt des Spannungsarmglühens, Spannungsabbau durch Halten der Vorwärmtemperatur,
- Entgegenwirken bzw. Verhindern von radialen Schrumpfspannungen durch Trennen des Bauteils entlang des Risses, dadurch Verhinderung von mit Sicherheit auftretenden Spannungsrissen radial um die Plombe,
- Vergießen beenden bevor Schlacke aus dem Schmelztiegel tritt, begünstigt die rasche Fortführung der Arbeiten (Wegfall der Schlackebeseitigung bei Raumtemperatur!) und gesicherte Bindung ohne Nahtfehler.

Claims

1. Verfahren zum Reparaturschweißen von Rissen in großen Bauteilen, vorzugsweise in Dampfturbinengehäusen, wobei die Risse beseitigt und nach einer Vorwärmung der entstandene Spalt schweißtechnisch geschlossen wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Rißbeseitigung bis zur vollständigen Zerteilung des Bauteils durchgeführt und die Verbindung der Einzelteile mit dem an sich bekannten aluminothermischen Schweißverfahren in aufbauender Nahtfolge lagenweise realisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Schmelztiegel sich bildende Schlacke vor dem Einfließen in den Schweißspalt in einem Rohr, vorzugsweise aus Quarzsand-Wasserglas, zurückgehalten wird.