EP1559485A1 - Method for removing a layer - Google Patents
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- EP1559485A1 EP1559485A1 EP04002158A EP04002158A EP1559485A1 EP 1559485 A1 EP1559485 A1 EP 1559485A1 EP 04002158 A EP04002158 A EP 04002158A EP 04002158 A EP04002158 A EP 04002158A EP 1559485 A1 EP1559485 A1 EP 1559485A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
Definitions
- FIG. 1 shows a component 1 which can be treated by the method according to the invention.
- the component 1 consists of a ceramic or metallic substrate 4 (main body), which is, for example, especially for turbines, a cobalt-, iron- or nickel-based superalloy.
- the component 1 is, for example, a guide 130 or rotor blade 120 (FIGS. 6, 8) of a gas 100 (FIG. 6), a steam turbine 300, 303 (FIG. 9), or an aircraft turbine, a combustion chamber lining 155 (FIG. 7) or another hot gas charged component of a turbine.
- the component 1 can have at least one ceramic or metallic layer on the surface 13 for use, such as, for example, an MCrAlX layer and / or a thermal insulation layer lying thereon, which can be roughly removed in a first method step.
- the MCrAlX layer can also represent the removal region 10, which is treated by the method according to the invention.
- the removal region 10 is considered as a corrosion product 10 (corrosion layer 10).
- the removal region 10 can also be a functional layer without corrosion products.
- the removal region 10 may be a metallic and / or ceramic layer, wherein the layer may be metallic and has corrosion products.
- the corrosion product 10, for example an oxide, a sulfide, a nitride, a phosphide or a carbide, etc., may be present on a surface 13 of the component 1 or in a crack 7 of the component 1.
- the corrosion products 10 must from the crack 7 or from the Surface 13 are removed so that the crack 7 with a solder or weld metal can be filled and the surface 13 can be re-coated. Corrosion products would be 10 otherwise a good adhesion of the solder or a renewed Prevent coating or at least reduce it.
- FIG. 2 shows schematically the implementation of the invention Process.
- a material 16 for example a salt 16 which can react chemically with the corrosion product 10 in order to damage the removal region 10 is applied to the corrosion product 10.
- the salt used is preferably Na 2 SO 4 (sodium sulfate) and / or CoSO 4 (cobalt sulfate).
- Other salts or combinations are conceivable.
- the corrosion products aluminum oxide and / or cobalt oxide and / or titanium oxide of the metals titanium, aluminum and / or cobalt, which are contained in the alloy (for example superalloy) of the substrate 4, can be removed very well.
- the salt 16 may, for example, by means of a laser 19 and his laser beams 22 are heated in particular locally, so that a chemical reaction of the salt 16 with the corrosion product 10 or a thermal shock occurs.
- the heating can also be effected by electromagnetic induction, in particular when the substrate 4 is metallic.
- the heating of the component 1 can take place locally by means of induction or by means of a light source, for example by means of a laser, in that the laser 19 irradiates the laser beam 22 only into the crack 7.
- Tunable means that among others the wavelength and intensity can be changed.
- FIG. 3 shows a component 1 with a corrosion product 10 after the damage of the corrosion product 10 by a Pre-treatment according to the invention.
- pretreatment cracks 25 are generated starting from the surface 14 of the layer 10 towards the substrate 4 run, leaving a larger attack surface of the Corrosion product 10 to the acid and / or the Fluorine ions, etc. is given.
- the component 1 a final cleaning by means of an acid or fluorine ion treatment subjected to complete removal of the Corrosion product 10 leads, as by the damage of the corrosion product 10 the removal rate at the FIC or a other method is significantly increased and no significant Reduction of the removal rate with time.
- FIG. 4 shows another possibility for achieving damage to the corrosion product 10.
- the corrosion product 10, which rests on a surface 13 of the substrate 4 is subjected to a thermal shock.
- FIG. 5 shows further damage in the corrosion product 10 according to the method according to the invention. If the material of the corrosion product 10 has been melted, for example, the material contracts again on cooling, so that mechanical stresses occur which may lead to cracking.
- delaminations 34 can occur between the corrosion product 10 and a surface 13 on which the corrosion product 10 rests form.
- the special feature of the process is that caused by corrosion products 10 damaged and to be repaired component 1 with the corrosion products 10 again in the range of corrosion products 10 is damaged.
- FIG. 6 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
- the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103, which is also referred to as a turbine runner.
- a suction housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- the annular combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
- Each turbine stage 112 is formed of two blade rings.
- a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
- air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
- the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
- the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
- the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
- the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
- the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
- the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106. In order to withstand the temperatures prevailing there, they are cooled by means of a coolant.
- the substrates may have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
- the material used is iron-, nickel- or cobalt-based superalloys.
- the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is yttrium (Y) and / or at least one element of the rare Erden) and have heat through a thermal barrier coating.
- the thermal barrier coating consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
- EB-PVD electron beam evaporation
- the vane 130 has an inner housing 138 of the Turbine 108 facing Leitschaufelfuß (not shown here) and a vane foot opposite Guide vane head on.
- the vane head is the rotor 103 facing and on a mounting ring 140 of the stator 143rd established.
- the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C designed.
- the combustion chamber wall 153 on its the working medium M facing side with one of heat shield elements 155 formed inner lining provided.
- Each heat shield element 155 is working medium side with a particularly heat-resistant Protective layer equipped or made of high temperature resistant Material made. Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 is also for the Heat shield elements 155 or for their holding elements Cooling system provided.
- FIG. 8 shows a perspective view of a blade 120, 130 which extends along a longitudinal axis 121.
- the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjoining thereto and an airfoil region 406.
- a blade root 183 is formed, which serves for fastening the rotor blades 120, 130 to the shaft.
- the blade root 183 is designed as a hammer head.
- Other configurations, for example as a Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
- solid metallic materials are used in all regions 400, 403, 406 of the blades 120, 130.
- the blade 120, 130 may be manufactured by a casting process, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
- FIG. 9 shows a steam turbine 300, 303 by way of example one extending along a rotation axis 306 Turbine shaft 309 shown.
- the steam turbine has a high pressure turbine part 300 and a medium-pressure turbine section 303, each with an inner housing 312 and a surrounding this outer housing 315th on.
- the high pressure turbine part 300 is, for example, in Pot type executed.
- the medium-pressure turbine section 303 is double-flowed. It is also possible that the Medium-pressure turbine section 303 is designed to be single-entry.
- Along the axis of rotation 306 is between the high pressure turbine part 300 and the medium-pressure turbine section 303 a bearing 318 arranged, wherein the turbine shaft 309 in the bearing 318 a Storage area 321 has.
- the turbine shaft 309 is on another bearing 324 adjacent to the high pressure turbine 300 superimposed.
- the high-pressure turbine part 300 In the area of this bearing 324, the high-pressure turbine part 300, a shaft seal 345 on.
- the turbine shaft 309 is opposite the outer casing 315 of the medium-pressure turbine section 303 by two further shaft seals 345th sealed.
- Between a high pressure steam inlet 348 and a steam exit region 351 has the turbine shaft 309 in the high pressure turbine section 300, the high pressure runner blading 354, 357 on.
- This high pressure blading 354, 357 with the associated, not shown Blades a first blading area 360 dar.
- the medium-pressure turbine section 303 has a central Steam inlet 333 on.
- the components of the steam turbine 300, 303 have protective layers and / or corrosion products 10 associated with the process according to the invention are removed before a reprocessing the components can be made.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer Schicht gemäß Anspruch 1.The invention relates to a method for removing a Layer according to claim 1.
Bauteile, wie z.B. Turbinenschaufeln, weisen beispielsweise
nach dem Einsatz Korrosionsprodukte wie z.B. Oxide, Sulfide,
Nitride, Karbide, Phosphate usw. auf, die eine Schicht bilden.
Solche Bauteile können nach ihrem Einsatz wieder eingesetzt
werden, wenn u.a. die Korrosionsprodukte entfernt worden
sind.
Die komplette Entfernung der Korrosionsprodukte geschieht
beispielsweise durch Sandstrahlen, was aber zu einer Schädigung
des Substrats führen kann.Components such as turbine blades, for example, after use corrosion products such as oxides, sulfides, nitrides, carbides, phosphates, etc., which form a layer.
Such components can be used again after their use, if, inter alia, the corrosion products have been removed.
The complete removal of the corrosion products, for example, by sandblasting, but this can lead to damage to the substrate.
Ebenso ist es möglich das Bauteil komplett mittels Säurestrippen
oder Fluorionenreinigung (fluor ion cleaning (FIC))
zu behandeln.
Dies ist jedoch sehr zeitaufwändig, da die Korrosionsprodukte
gegenüber der Säure oder dem Fluor und/oder Fluorid teilweise
mit der Zeit zu geringe Abtragungsraten aufweisen.It is also possible to treat the component completely by means of acid stripping or fluorine ion cleaning (FIC).
However, this is very time consuming because the corrosion products have too low removal rates over time with the acid or fluorine and / or fluoride, over time.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die Entfernung von Schichten auf einem Bauteil erleichtert und damit zeitlich verkürzt wird.It is therefore the object of the invention to provide a method in which the removal of layers on a component relieved and thus shortened in time.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.The object is achieved by a method according to claim 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgelistet.In the subclaims are further advantageous measures of the method according to the invention.
Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden. The measures listed in the subclaims can be found in advantageously combined with each other.
Die Erfindung ist schematisch anhand der Figuren erläutert.The invention is explained schematically with reference to the figures.
Es zeigen
Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren behandelt werden kann.
Das Bauteil 1 besteht aus einem keramischen oder metallischen
Substrat 4 (Grundkörper), das beispielsweise, insbesondere
für Turbinen, eine kobalt-, eisen- oder nickelbasierte Superlegierung
ist.
Das Bauteil 1 ist beispielsweise eine Leit- 130 oder Laufschaufel
120 (Figur 6, 8) einer Gas- 100 (Figur 6), einer
Dampfturbine 300, 303 (Figur 9), oder einer Flugzeugturbine,
eine Brennkammerauskleidung 155 (Fig. 7) oder ein anderes
heißgasbeaufschlagtes Bauteil einer Turbine.FIG. 1 shows a component 1 which can be treated by the method according to the invention.
The component 1 consists of a ceramic or metallic substrate 4 (main body), which is, for example, especially for turbines, a cobalt-, iron- or nickel-based superalloy.
The component 1 is, for example, a
Das Bauteil 1 kann entweder neu hergestellt oder wiederaufgearbeitet
sein.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 1
nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schichten (Wärmedämmschicht)
getrennt werden und Korrosions- und Oxidationsprodukte
entfernt werden. Gegebenenfalls müssen noch Risse repariert
werden.
Danach kann ein solches Bauteil 1 wieder beschichtet werden;
dies ist besonders vorteilhaft, da der Grundkörper sehr teuer
ist. The component 1 can either be newly manufactured or remanufactured.
Refurbishment means that after use, components 1 may be separated from layers (thermal barrier coating) and corrosion and oxidation products removed. If necessary, cracks still have to be repaired.
Thereafter, such a component 1 can be coated again; This is particularly advantageous because the body is very expensive.
Das Bauteil 1 kann für den Einsatz zumindest eine keramische
oder metallische Schicht auf der Oberfläche 13 aufweisen, wie
z.B. eine MCrAlX-Schicht und/oder eine darauf liegende Wärmedämmschicht,
die in einem ersten Verfahrensschritt grob entfernt
werden kann.
Auch die MCrAlX-Schicht kann den Entfernungsbereich 10 darstellen,
der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt
wird.The component 1 can have at least one ceramic or metallic layer on the
The MCrAlX layer can also represent the
Im folgenden wird der Entfernungsbereich 10 als Korrosionsprodukt
10 (Korrosionsschicht 10) betrachtet. Der Entfernungsbereich
10 kann aber ebenso eine funktionstüchtige
Schicht ohne Korrosionsprodukte sein.
Der Entfernungsbereich 10 kann eine metallische und/oder
keramische Schicht sein, wobei die Schicht metallisch sein
kann und Korrosionsprodukte aufweist.
Das Korrosionsprodukt 10, beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid,
ein Nitrid, ein Phosphid oder ein Karbid usw. kann auf
einer Oberfläche 13 des Bauteils 1 oder in einem Riss 7 des
Bauteils 1 vorhanden sein.In the following, the
The
The
Die Korrosionsprodukte 10 müssen aus dem Riss 7 oder von der
Oberfläche 13 entfernt werden, damit der Riss 7 mit einem Lot
oder Schweißgut aufgefüllt werden kann und die Oberfläche 13
erneut beschichtet werden kann. Korrosionsprodukte 10 würden
ansonsten eine gute Haftung des Lots oder einer erneuten
Beschichtung verhindern oder zumindest verringern.The
Das Korrosionsprodukt 10 nach dem Stand der Technik weist
eine bestimmte Abtragungsrate (Masse pro Zeit) auf, wenn es
beispielsweise nach dem FIC-Verfahren gereinigt wird. Diese
Abtragungsrate ist jedoch zu gering und kann nach einer
gewissen Zeit sogar null betragen. The
Figur 2 zeigt schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figure 2 shows schematically the implementation of the invention Process.
Auf das Korrosionsprodukt 10 wird, um dieses zu schädigen,
beispielsweise ein Material 16, beispielsweise ein Salz 16
aufgebracht, das mit dem Korrosionsprodukt 10 chemisch reagieren
kann, um den Entfernungsbereich 10 zu schädigen.
Als Salz wird vorzugsweise Na2SO4 (Natriumsulfat) und/oder
CoSO4 (Kobaltsulfat) verwendet. Weitere Salze oder Kombinationen
sind denkbar.
Insbesondere mit diesen Salzen können die Korrosionsprodukte
Aluminiumoxid und/oder Kobaltoxid und/oder Titanoxid der
Metalle Titan, Aluminium und/oder Kobalt, die in der Legierung
(beispielsweise Superlegierung) des Substrats 4 enthalten
sind, sehr gut entfernt werden.For example, a
The salt used is preferably Na 2 SO 4 (sodium sulfate) and / or CoSO 4 (cobalt sulfate). Other salts or combinations are conceivable.
In particular, with these salts, the corrosion products aluminum oxide and / or cobalt oxide and / or titanium oxide of the metals titanium, aluminum and / or cobalt, which are contained in the alloy (for example superalloy) of the
Ebenso kann direkt eine Salzschmelze in dem Riss 7 oder auf
das Korrosionsprodukt 10 aufgebracht werden oder das Bauteil
1 wird in eine Salzschmelze eingetaucht.Likewise, directly a molten salt in the
Ebenso ist es möglich, dass Salz in Form eines Schlickers in
den Riss 7 und auf der Oberfläche 13 aufzutragen.
Bei großflächigen Anwendungen eignet sich das Auflegen einer
Folie, die das Material 16 oder Salz 16 enthält.It is also possible to apply the salt in the form of a slurry in the
For large-area applications, laying a film containing the
Das Salz 16 kann beispielsweise mittels eines Lasers 19 und
seiner Laserstrahlen 22 insbesondere lokal erwärmt werden, so
dass eine chemische Reaktion des Salzes 16 mit dem Korrosionsprodukt
10 oder ein Thermoschock erfolgt.The
Die Erwärmung kann auch durch elektromagnetische Induktion
erfolgen, insbesondere dann, wenn das Substrat 4 metallisch
ist.
Die Erwärmung des Bauteils 1 kann mittels Induktion oder mittels
einer Lichtquelle, beispielsweise mittels Laser beispielsweise
lokal erfolgen, indem der Laser 19 mit dem Laserstrahl
22 nur in den Riss 7 hineinstrahlt. The heating can also be effected by electromagnetic induction, in particular when the
The heating of the component 1 can take place locally by means of induction or by means of a light source, for example by means of a laser, in that the
Die lokale Erwärmung kann auch mittels durchstimmbarer Mikrowellen erfolgen. Durchstimmbar bedeutet, dass unter anderem die Wellenlänge und Intensität verändert werden können.Local heating can also be achieved by means of tunable microwaves respectively. Tunable means that among others the wavelength and intensity can be changed.
Figur 3 zeigt ein Bauteil 1 mit einem Korrosionsprodukt 10
nach der Schädigung des Korrosionsproduktes 10 durch eine
erfindungsgemäße Vorbehandlung.FIG. 3 shows a component 1 with a
Durch die Vorbehandlung werden Risse 25 erzeugt, die ausgehend
von der Oberfläche 14 der Schicht 10 in Richtung Substrat
4 verlaufen, so dass eine größere Angriffsfläche des
Korrosionsprodukts 10 gegenüber der Säure und/oder den
Fluorionen usw. gegeben ist.By the
Auch mittels Laserstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen, Sandstrahlen,
insbesondere mit groben Körnern, können auch solche
Risse 25 erzeugt werden. Die Intensität und Dauer der Sandstrahlbehandlung
muss jedoch so eingestellt werden, dass das
Substrat 4 nicht erreicht wird und das Korrosionsprodukt 10
nur teilweise entfernt wird.Also by means of laser beams, high-pressure water jets, sandblasting,
especially with coarse grains, may also be
In einem abschließenden Verfahrensschritt wird das Bauteil 1
einer Endreinigung mittels einer Säure- oder Fluorionenbehandlung
unterzogen, die zur vollständigen Entfernung des
Korrosionsprodukts 10 führt, da durch die Schädigung des Korrosionsprodukts
10 die Abtragungsrate beim FIC oder einem
anderen Verfahren deutlich erhöht ist und keine deutliche
Verringerung der Abtragungsrate mit der Zeit eintritt.In a final process step, the component 1
a final cleaning by means of an acid or fluorine ion treatment
subjected to complete removal of the
Figur 4 zeigt eine weitere Möglichkeit um eine Schädigung des
Korrosionsprodukts 10 zu erreichen.
Das Korrosionsprodukt 10, das auf einer Oberfläche 13 des
Substrats 4 aufliegt wird einem Thermoschock unterzogen. FIG. 4 shows another possibility for achieving damage to the
The
Der Thermoschock kann durch Eintauchen in ein heißes Metalloder
Salzbad oder durch schnelle Erwärmung mittels Elektronenstrahlen
oder eines Lasers 28 erfolgen.
Bei dem Thermoschock kann das Korrosionsprodukt 10 auch teilweise
aufgeschmolzen werden.The thermal shock can occur by immersion in a hot metal or salt bath or by rapid heating by means of electron beams or a
In the thermal shock, the
Figur 5 zeigt weitere Schädigungen im Korrosionsprodukt 10
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Wenn das Material des Korrosionsprodukts 10 beispielsweise
aufgeschmolzen wurde, zieht sich das Material beim Abkühlen
wieder zusammen, so dass mechanische Spannungen auftreten,
die gegebenenfalls zu einer Rissbildung führen.FIG. 5 shows further damage in the
If the material of the
Neben Rissen 25 in der Oberfläche des Korrosionsprodukts 10
können auch Risse 31 innerhalb des Korrosionsprodukts 10
erzeugt werden.In addition to
Ebenso können sich Delaminationen 34 zwischen dem Korrosionsprodukt
10 und einer Oberfläche 13, auf der das Korrosionsprodukt
10 aufliegt, bilden.Likewise, delaminations 34 can occur between the
Das Besondere an dem Verfahren ist es, dass das durch Korrosionsprodukte
10 geschädigte und zu reparierende Bauteil 1
mit den Korrosionsprodukten 10 nochmals im Bereich der Korrosionsprodukte
10 geschädigt wird.The special feature of the process is that caused by
Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem
Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse
102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer
bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse
104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren
koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und
das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise
ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise
vier hintereinandergeschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine
108.
Jede Turbinenstufe 112 ist aus zwei Schaufelringen gebildet.
In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt
im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus
Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.FIG. 6 shows by way of example a
The
Along the
The
Each
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138
eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120
einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe
133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt
ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).The guide vanes 130 are in this case on an inner housing 138
a
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter
105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet.
Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105
bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107
geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch
wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer
110 verbrannt.
Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals
111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln
120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das
Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln
120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte
Arbeitsmaschine.During operation of the
From there, the working
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen
während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen
Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der
in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten
Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106
auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch
belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, werden
diese mittels eines Kühlmittels gekühlt.
Ebenso können die Substrate eine gerichtete Struktur aufweisen,
d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen
nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
Als Material werden eisen-, nickel- oder kobaltbasierte
Superlegierungen verwendet.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen
Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe
Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X steht für Yttrium (Y)
und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden) und Wärme
durch eine Wärmedämmschicht aufweisen. Die Wärmedämmschicht
besteht beispielsweise ZrO2, Y2O4-ZrO2, d.h. sie ist nicht,
teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen
(EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der
Wärmedämmschicht erzeugt.
Trotz der Schutzschichten können sich Korrosionsprodukte 10
auf dem Bauteil bilden. Für eine Wiederaufarbeitung (Refurbishment)
müssen die Korrosionsprodukte nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren entfernt werden, wenn das Bauteil neu
beschichtet werden soll.
Ggf. werden dann noch Risse in dem Substrat des Bauteils
repariert.The components exposed to the hot working
In order to withstand the temperatures prevailing there, they are cooled by means of a coolant.
Likewise, the substrates may have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
The material used is iron-, nickel- or cobalt-based superalloys.
Also, the
By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
Despite the protective layers,
Possibly. Then cracks are still repaired in the substrate of the component.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der
Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt)
und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden
Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103
zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143
festgelegt. The
Die Figur 7 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer
ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung
um die Turbinenwelle 103 herum angeordneten
Brennern 102 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden.
Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige
Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 103
herum positioniert ist.FIG. 7 shows a
The
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist
die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur
des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um
auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern
eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen,
ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium
M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen
155 gebildeten Innenauskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement
155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen
Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem
Material gefertigt. Aufgrund der hohen Temperaturen
im Inneren der Brennkammer 110 ist zudem für die
Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein
Kühlsystem vorgesehen.To achieve a comparatively high efficiency
the
Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen
können ähnlich der Turbinenschaufeln 120, 130 sein.The materials of the combustion chamber wall and their coatings
may be similar to the
Die Brennkammer 110 ist insbesondere für eine Detektion von
Verlusten der Hitzeschildelemente 155 ausgelegt. Dazu sind
zwischen der Brennkammerwand 153 und den Hitzeschildelementen
155 eine Anzahl von Temperatursensoren 158 positioniert.The
Figur 8 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Schaufel 120,
130, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander
folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran
angrenzende Schaufelplattform 403 sowie einen Schaufelblattbereich
406 auf. Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß
183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120,
130 an der Welle dient. Der Schaufelfuß 183 ist als Hammerkopf
ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise als
Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. Bei herkömmlichen
Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400,
403, 406 der Laufschaufel 120, 130 massive metallische Werkstoffe
verwendet. Die Laufschaufel 120, 130 kann hierbei
durch ein Gussverfahren, durch ein Schmiedeverfahren, durch
ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.FIG. 8 shows a perspective view of a
The
In Figur 9 ist beispielhaft eine Dampfturbine 300, 303 mit
einer sich entlang einer Rotationsachse 306 erstreckenden
Turbinenwelle 309 dargestellt.FIG. 9 shows a
Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und
eine Mitteldruck-Teilturbine 303 mit jeweils einem Innengehäuse
312 und einem dieses umschließendes Außengehäuse 315
auf. Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in
Topfbauart ausgeführt. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist
zweiflutig ausgeführt. Es ist ebenfalls möglich, dass die
Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausgeführt ist. Entlang
der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck-Teilturbine
300 und der Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318 angeordnet,
wobei die Turbinenwelle 309 in dem Lager 318 einen
Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist auf
einem weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine 300
aufgelagert. Im Bereich dieses Lagers 324 weist die Hochdruck-Teilturbine
300 eine Wellendichtung 345 auf. Die Turbinenwelle
309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 der Mitteldruck-Teilturbine
303 durch zwei weitere Wellendichtungen 345
abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich
348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinenwelle
309 in der Hochdruck-Teilturbine 300 die Hochdruck-Laufbeschaufelung
354, 357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschaufelung
354, 357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten
Laufschaufeln einen ersten Beschaufelungsbereich
360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen zentralen
Dampfeinströmbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich
333 zugeordnet weist die Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische
Wellenabschirmung 363, eine Abdeckplatte, einerseits
zur Teilung des Dampfstromes in die beiden Fluten der Mitteldruck-Teilturbine
303 sowie zur Verhinderung eines direkten
Kontaktes des heißen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf.
Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine
303 einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck-Laufschaufeln
354, 342 auf. Der durch den zweiten Beschaufelungsbereich
366 strömende heiße Dampf strömt aus der
Mitteldruck-Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369 zu
einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht dargestellten
Niederdruck-Teilturbine.The steam turbine has a high
Auch die Bauteile der Dampfturbine 300, 303 weisen Schutzschichten
und/oder Korrosionsprodukte 10 auf, die mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren entfernt werden, bevor eine Wiederaufarbeitung
der Bauteile erfolgen kann.The components of the
Claims (29)
eines Bauteils (1),
bei dem der Entfernungsbereich (10) vor einer Endreinigung so vorbehandelt wird,
dass eine Schädigung des Entfernungsbereichs (10) erfolgt,
so dass dann eine Abtragungsrate in der Endreinigung des Entfernungsbereichs (10) größer ist als ohne die Schädigung des Entfernungsbereichs (10).Method for removing a removal region (10), in particular a corrosion product (10),
a component (1),
in which the removal area (10) is pretreated before final cleaning,
that a damage of the distance range (10) takes place,
so that then a removal rate in the final cleaning of the removal area (10) is greater than without the damage of the removal area (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schädigung des Entfernungsbereichs (10) in der Weise erfolgt, dass eine größere Angriffsfläche erzeugt wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the damage of the distance range (10) is done in such a way that a larger attack surface is generated.
dadurch gekennzeichnet, dass
die größere Angriffsfläche durch einen Salzangriff, insbesondere durch eine Salzschmelze, erzeugt wird.Method according to claim 2,
characterized in that
the larger attack surface is generated by a salt attack, in particular by a molten salt.
dadurch gekennzeichnet, dass
Risse (25, 31) in dem Entfernungsbereich (10) erzeugt werden,
die den Entfernungsbereich (10) schädigen. Method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that
Cracks (25, 31) are generated in the removal area (10),
which damage the removal area (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
Delaminationen (34) zwischen dem schichtförmigen Entfernungsbereich (10) und einer Oberfläche (13),
auf der der Entfernungsbereich (10) angeordnet ist, erzeugt werden.Method according to claim 1,
characterized in that
Delaminations (34) between the layered removal area (10) and a surface (13),
on which the distance range (10) is arranged can be generated.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Salz Natriumsulfat (Na2SO4) ist.Method according to claim 3,
characterized in that
the salt is sodium sulfate (Na 2 SO 4 ).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Salz Kobaltsulfat (CoSO4) ist.Method according to claim 3 or 6,
characterized in that
the salt is cobalt sulfate (CoSO 4 ).
dadurch gekennzeichnet, dass ein Material (16) auf den Entfernungsbereich (10) aufgetragen wird, um den Entfernungsbereich (10) zu schädigen, und
dass das Material (16) in Form eines Schlickers aufgetragen wird. Method according to claim 1, 2, 3, 4, 6 or 7,
characterized in that a material (16) is applied to the removal area (10) to damage the removal area (10), and
that the material (16) is applied in the form of a slip.
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Material (16) auf den Entfernungsbereich (10) aufgetragen wird,
um den Entfernungsbereich (10) zu schädigen, und
dass das Material (16) in Form einer Folie auf den Entfernungsbereich (10) aufgelegt wird.Method according to claim 1, 2, 3, 4, 6 or 7
characterized in that
a material (16) is applied to the removal area (10),
to damage the removal area (10), and
the material (16) is placed in the form of a film on the removal area (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material (16),
das auf dem Entfernungsbereich (10) vorhanden ist, erwärmt wird.Method according to claim 8 or 9,
characterized in that
the material (16),
which is present on the removal area (10) is heated.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) erwärmt wird,
insbesondere nur lokal im Entfernungsbereich (10).Method according to claim 10,
characterized in that
the component (1) is heated,
in particular only locally in the distance range (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erwärmung des Materials (16),
insbesondere die lokale Erwärmung,
durch eine Lichtquelle, insbesondere durch einen Laser (19) erfolgt. Method according to claim 10 or 11,
characterized in that
the heating of the material (16),
especially the local warming,
by a light source, in particular by a laser (19).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erwärmung,
insbesondere die lokale Erwärmung,
durch elektromagnetische Induktion erzeugt wird.Method according to claim 10 or 11,
characterized in that
the warming,
especially the local warming,
is generated by electromagnetic induction.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erwärmung,
insbesondere die lokale Erwärmung,
mittels Mikrowellen erzeugt wird.Method according to claim 10 or 11,
characterized in that
the warming,
especially the local warming,
is generated by means of microwaves.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Entfernungsbereich (10) ein Korrosionsprodukt ist, und dass mit dem Verfahren die Korrosionsprodukte (10) Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Kobaltoxid (CoO2) und/oder Titanoxid (TiO2) entfernt werden.Method according to claim 1,
characterized in that
the removal region (10) is a corrosion product and that the process removes the corrosion products (10) aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and / or cobalt oxide (CoO 2 ) and / or titanium oxide (TiO 2 ).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schädigung des Entfernungsbereichs (10) durch Sandstrahlen erfolgt.Method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
characterized in that
the damage to the distance range (10) by sandblasting takes place.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schädigung des Entfernungsbereichs (10) durch einen Thermoschock erfolgt. Method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
characterized in that
the damage to the distance range (10) is caused by a thermal shock.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Thermoschock durch zumindest teilweise Aufschmelzung und anschließende Abkühlung des Entfernungsbereichs (10) erzeugt wird.Method according to claim 17,
characterized in that
the thermal shock is generated by at least partial melting and subsequent cooling of the removal region (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufschmelzung durch einen Laser (28) erfolgt.Method according to claim 18,
characterized in that
the melting takes place by a laser (28).
dadurch gekennzeichnet, dass
als Endreinigung eine Fluorionenreinigung (FIC) des Bauteils (1) erfolgt,
um den Entfernungsbereich (10) vollständig zu entfernen.Method according to claim 1,
characterized in that
as a final cleaning a fluorine ion cleaning (FIC) of the component (1),
to completely remove the removal area (10).
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem der letzten Verfahrensschritte der geschädigte Entfernungsbereich (10) durch eine Säurebehandlung vollständig entfernt wird.Method according to claim 20,
characterized in that
in one of the last method steps the damaged removal region (10) is completely removed by an acid treatment.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Entfernungsbereich (10) auf einem metallischen Substrat (4) vorhanden ist. Method according to claim 1,
characterized in that
the removal region (10) is present on a metallic substrate (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (4) eine nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Superlegierung ist.Method according to claim 22,
characterized in that
the substrate (4) is a nickel-, cobalt- or iron-based superalloy.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Entfernungsbereich (10) als Schicht auf einer MCrAlX-Schicht vorhanden ist,
wobei M für zumindest ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht,
sowie X für Yttrium und/oder zumindest ein Element der seltenen Erden steht.Method according to claim 1,
characterized in that
the removal area (10) is present as a layer on an MCrAlX layer,
where M is at least one element of the group iron, cobalt or nickel,
and X is yttrium and / or at least one element of rare earths.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Entfernungsbereich (10) metallisch ist.Method according to claim 1 or 23,
characterized in that
the removal area (10) is metallic.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Entfernungsbereich (10) keramisch ist.Method according to claim 1 or 23,
characterized in that
the removal area (10) is ceramic.
dadurch gekennzeichnet, dass
der metallische Entfernungsbereich (10), insbesondere als Schicht, Korrosionsprodukte aufweist. A method according to claim 1, 24 or 25,
characterized in that
the metallic removal region (10), in particular as a layer, has corrosion products.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) ein Bauteil (1) einer Gas- (100) oder Dampfturbine (300, 300), insbesondere eine Lauf- oder Leitschaufel (120, 130) oder eine Brennkammerauskleidung (155) ist.Method according to claim 1,
characterized in that
the component (1) is a component (1) of a gas (100) or steam turbine (300, 300), in particular a rotor or guide vane (120, 130) or a combustion chamber lining (155).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren mit einem Bauteil (1),
das wiederaufgearbeitet werden soll,
durchgeführt wird.Method according to claim 1 or 26,
characterized in that
the method with a component (1),
to be reprocessed,
is carried out.
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