EP1963043A1 - Schweissverfahren und schweissvorrichtng - Google Patents

Schweissverfahren und schweissvorrichtng

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Publication number
EP1963043A1
EP1963043A1 EP06830251A EP06830251A EP1963043A1 EP 1963043 A1 EP1963043 A1 EP 1963043A1 EP 06830251 A EP06830251 A EP 06830251A EP 06830251 A EP06830251 A EP 06830251A EP 1963043 A1 EP1963043 A1 EP 1963043A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
plate
component
welding device
repaired
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06830251A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francis-Jurjen Ladru
Gerhard Reich
Helge Reymann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06830251A priority Critical patent/EP1963043A1/de
Publication of EP1963043A1 publication Critical patent/EP1963043A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/06—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for positioning the molten material, e.g. confining it to a desired area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding

Definitions

  • the invention relates to a welding method according to the preamble of claim 1 and a welding device according to claim 5.
  • the substrate of a component is melted so that cracks in the substrate close, wherein optionally a filler metal, in particular in the form of powder, is added, which is melted during welding and allowed to solidify.
  • the object is achieved by a welding method according to claim 1 and a welding device according to claim 5.
  • the measures listed in the subclaims can be combined as desired in order to achieve further advantages.
  • the process start point of the welding process is here according to the invention thus on the flow plate, so that when reaching the recess starting point of the welding process is stable and from the beginning high-quality and gleichdorfige properties of the entire welded area can be achieved.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention
  • FIGS. 3, 4 show specific components of the welding device according to the invention
  • FIG. 5 shows the sequence of the welding method according to the invention
  • FIG. 6 shows a perspective view of a turbine blade
  • Figure 7 is a perspective view of a combustion chamber
  • Figure 8 is a perspective view of a gas turbine.
  • Figure 1 shows a device for welding according to the prior art.
  • a welding filler material 13 is added to a point to be repaired 10 in a substrate 4 via a Pulverforderer 31, 13 by means of a heat source 34, in particular by an electron beam gun, a laser 34 or by plasma welding, melted and allowed to solidify ,
  • a heat source 34 in particular by an electron beam gun, a laser 34 or by plasma welding
  • either the substrate 4 or the powder requestor 31 or the beams 37 of the heat source 34 are moved in a welding direction 40.
  • an elongate crack 10 or depression 10 propagates as a site 10 to be repaired. The method begins at a starting point 22 of the recess 10 and an end point 25 of the point 10 to be repaired.
  • FIG. 2 shows a device 1 according to the invention with which the welding method according to the invention can be carried out.
  • the substrate 4 of a component 120, 130, 138, 155 has a surface 7, of which a partial area, the point 10 to be repaired, is to be welded. This may be a crack 10 or a well 10 (to be exemplified below) that needs to be filled. Likewise, large-area material can be applied in order to achieve a thickening of a wall, in particular in the case of hollow components 120, 130.
  • the welding filler material 13 is used, which fills the crack 10, the recess 10 or the surface 10 thickened.
  • the welding filler material 13 may be continuously supplied in the form of powder during welding or may have been introduced into the recess 10 in the form of a tape or wire.
  • the welding process does not start at the starting point 22 of the point to be repaired 10, from which the supply or the presence of the welding filler material 13 would be necessary, but first on a separate flow plate 19 which either rests completely on the surface 7 (indicated by dashed lines) ) or at a certain angle ⁇ is applied to the surface 7 at the starting point 22.
  • a separate flow plate 19 which either rests completely on the surface 7 (indicated by dashed lines) ) or at a certain angle ⁇ is applied to the surface 7 at the starting point 22.
  • the flow plate 19 is not part of the component 120, 130, 138, 155 or a welded portion 14. A gap between the flow plate 19 and surface 7 may be present.
  • the process start point 43 of the welding process is here according to the invention thus on the flow plate 19, so that upon reaching the pit start point 22, the process of welding is stable, and from the beginning, high quality and uniform properties of the entire welded area are achieved.
  • a separate follower plate 16 may be present at the end point 25 and bears against the end point 25, the follower plate 16 likewise being provided with the welding filler material 13 and the method at the process end point 46 being terminated.
  • the leading or trailing plate 16, 19, which are preferably formed plate-shaped, is applied to the surface 10 of the substrate 4, that as possible no, preferably only a small gap between the surface 10 and an edge, so the contact surface 49 of Lead 16 or follower plate 19 results (Figure 3), d. H. the front edge of the flow plate 16 is oblique.
  • the contact surface 49 of the plates 16, 19, such as a curved surface 10 of a component 4, as is the case, for example, with turbine blades 120, 130 are curved (FIG. 4).
  • FIG. 4 shows the sequence of the welding method according to the invention.
  • a feed plate 19 is used on which the welding process is started at a process end point 43. At least at the starting point 22, the shitting process is stable ( Figure 4a).
  • the distance between the method starting point 43 and the starting point 22 is preferably 2 mm - 10 mm.
  • the welding process is carried out up to the recess end point 25 and then preferably continues to run over a follower plate 16 until it reaches a process end point 46 (FIG. 5d).
  • FIG. 6 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a flow machine, which extends along a longitudinal axis 121.
  • the flow machine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a flow-on edge 409 and a downstream edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a Fras vide or combinations thereof.
  • Single-crystalline structures or structures are used as components for machines that are subject to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • the production of such monocrystalline workpieces for example, by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy solidifies to a monocrystalline structure, ie to a single-crystalline workpiece, or directionally.
  • dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole
  • the work consists of a single crystal.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • a thermal insulation layer consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -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), produce protuberant grains in the thermal insulation layer or, for example, atmospheric plasma spraying (APS) produces porous, micro- and macrocracked grains in the thermal insulation layer.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • APS atmospheric plasma spraying
  • Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed of protective layers after use (eg by sandblasting). After that removal of the corrosion and / or oxidation layers or products takes place. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired with the inventive method. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. When the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and possibly still has film cooling holes 418 (indicated by dashed lines).
  • FIG. 7 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine 100 (FIG. 8).
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction around a rotation axis 102 pass into a common combustion chamber space 154, which produce flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least an element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf) ,
  • MCrAlX means: M is at least an element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf) ,
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • ceramic maintenance can medamm Mrs be present and consists for example of ZrC> 2, Y2Ü3-ZrO 2, ie, it is not partially full text or ⁇ dig stabilized by yttrium oxide and / or calcium and / or magnesium oxide.
  • Electron Beam Evaporation produces proton grains in the thermal insulation layer.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired by the method according to the invention. This is followed by a re-coating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • a cooling system can additionally be provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements.
  • the heat shield elements 155 are then hollow, for example, and may still have film cooling holes (not shown) which still touch the combustion chamber space 154.
  • FIG. 8 shows by way of example a gas turbine 100 in a long partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a torus-like
  • Combustion chamber 110 in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust gas housing 109.
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an example annular hot gas channel 111.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
  • a series of guide vanes 115 follows a series of vanes 120 in the hot gas duct 111 of a row of vanes 115.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the rotor blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • 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 guided 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 relaxes on the rotor blades 120 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 the 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 elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only slow grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure slow grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the vane 130 has a Leitschaufelfuß facing the réellegehause 138 of the turbine 108 (not shown here) and a Leitschaufelfuß the opposite vane head on.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Landscapes

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Abstract

Schweißverfahren nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass sie am Beginn des Verfahrens schlechtere Scheißstellen ergeben als im späteren Verlauf des Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine Vorlaufplatte (19) verwendet wird, auf der das Schweißverfahren beginnt und dann, wenn das Schweißverfahren eine gleichmäßige Qualität für die Schweißstelle (13) liefern kann auf die zu reparierende Stelle (10) geleitet wird.

Description

Schweißverfahren und Schweißvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren gemäß dem Ober- begriff des Anspruchs 1 und eine Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 5.
Bei einem Schweißverfahren wird das Substrat eines Bauteils aufgeschmolzen, so dass sich Risse im Substrat verschließen, wobei ggf. ein Schweißzusatzwerkstoff, insbesondere in Form von Pulver, hinzugefugt wird, welcher beim Schweißen mit aufgeschmolzen und erstarren gelassen wird.
Insbesondere bei gerichtet erstarrten Bauteilen, die eine langsgerichtete Kornstruktur oder aus einem Einkristall bestehen, werden solche Schweißverfahren auch verwendet, um in dem aufgeschweißten Bereich eine gerichtet erstarrte Struktur einzustellen .
Das Problem bei dem Schweißverfahren besteht jedoch darin, dass der Prozess von Anfang an noch nicht stabil lauft, so dass die Stellen, die als erstes verschweißt werden, gegenüber den anderen geschweißten Bereichen schlechtere Eigenschaften aufweisen und oft noch mal aufgeschmolzen werden müssen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, o. g. Problem zu überwinden .
Die Aufgabe wird gelost durch ein Schweißverfahren gemäß Anspruch 1 und eine Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 5.
Die in den Unteranspruchen aufgelisteten Maßnahmen können be- liebig miteinander verknüpft werden, um weitere Vorteile zu erzielen . Der Verfahrensanfangspunkt des Schweißverfahrens liegt hier erfindungsgemaß also auf der Vorlaufplatte, so dass beim Erreichen des Vertiefungsanfangspunktes der Prozess des Schweißens stabil ist und von Anfang an hochwertige und gleichmaßige Eigenschaften des gesamten geschweißten Bereichs erreicht werden.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch naher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schweißvorrichtung nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine erfindungsgemaße Vorrichtung, Figur 3, 4 spezielle Bauteile der erfindungsgemaßen Schweißvorrichtung,
Figur 5 den Ablauf des erfindungsgemaßen Schweißverfahrens ,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufei,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer Brennkammer und
Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer Gasturbine .
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Schweißen nach dem Stand der Technik.
Dabei wird über einen Pulverforderer 31 aus einem Pulverreservoir 28 ein Schweißzusatzwerkstoff 13 einer zu reparierenden Stelle 10 in einem Substrat 4 zugefugt, der 13 mittels einer Wärmequelle 34, insbesondere durch eine Elektronen- Strahlkanone, einen Laser 34 oder durch Plasmaschweißen, aufgeschmolzen und erstarren gelassen wird. Dabei wird entweder das Substrat 4 oder der Pulverforderer 31 bzw. die Strahlen 37 der Wärmequelle 34 in einer Verschweißrichtung 40 verfah- ren, in der 40 sich zum Beispiel ein länglicher Riss 10 oder eine Vertiefung 10 als zu reparierende Stelle 10 ausbreitet. Das Verfahren beginnt an einem Anfangspunkt 22 der Vertiefung 10 und einen Endpunkt 25 der zu reparierenden Stelle 10.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemaße Vorrichtung 1, mit der das erfindungsgemaße Schweißverfahren durchgeführt werden kann . Das Substrat 4 eines Bauteils 120, 130, 138, 155 hat eine Oberflache 7, von der ein Teilbereich, die zu reparierende Stelle 10, geschweißt werden soll. Dies kann ein Riss 10 oder eine Vertiefung 10 (wird im Folgenden exemplarisch behandelt) sein, der/die aufgefüllt werden muss. Ebenso kann großflächig Material aufgetragen werden, um eine Verdickung einer Wand, insbesondere bei hohlen Bauteilen 120, 130 zu erzielen.
Dabei wird der Schweißzusatzwerkstoff 13 verwendet, der den Riss 10, die Vertiefung 10 auffüllt oder die Oberflache 10 verdickt.
Der Schweißzusatzwerkstoff 13 kann in Form von Pulver wahrend des Schweißens standig zugeführt werden oder in Form eines Bands oder Drahtes in die Vertiefung 10 eingebracht worden sein .
Das Schweißverfahren beginnt erfindungsgemaß nicht an dem Anfangspunkt 22 der zu reparierenden Stelle 10, ab der die Zufuhrung oder das Vorhandensein von dem Schweißzusatzwerkstoff 13 notwendig wäre, sondern vorher auf einer separaten Vor- laufplatte 19, die entweder vollständig auf der Oberflache 7 aufliegt (gestrichelt angedeutet) oder unter einem bestimmten Winkel α an der Oberflache 7 am Anfangspunkt 22 anliegt. Separat bedeutet, die Vorlaufplatte 19 ist kein Teil des Bauteils 120, 130, 138, 155 oder eines geschweißten Bereichs 14. Ein Spalt zwischen Vorlaufplatte 19 und Oberflache 7 kann vorhanden sein.
Der Verfahrensanfangspunkt 43 des Schweißverfahrens liegt hier erfindungsgemaß also auf der Vorlaufplatte 19, so dass beim Erreichen des Vertiefungsanfangspunktes 22 der Prozess des Schweißens stabil ist und von Anfang an hochwertige und gleichmaßige Eigenschaften des gesamten geschweißten Bereichs erreicht werden.
Ebenso kann, muss aber nicht, am Endpunkt 25 eine separate Nachlaufplatte 16 vorhanden sein, die am Endpunkt 25 anliegt, wobei die Nachlaufplatte 16 ebenfalls mit dem Schweißzusatzwerkstoff 13 versehen wird und dass das Verfahren an dem Ver- fahrensendpunkt 46 beendet wird.
Somit wird in der gesamten zu reparierenden Stelle 10 eine homogene Struktur des geschweißten Bereichs 14 erzielt.
Die Vorlauf- oder Nachlaufplatte 16, 19, die vorzugsweise plattenformig ausgebildet sind, liegt so an der Oberflache 10 des Substrats 4 an, dass sich möglichst kein, vorzugsweise nur ein kleiner Spalt, zwischen der Oberflache 10 und einer Kante, also der Kontaktflache 49 der Vorlauf- 16 oder Nachlaufplatte 19 ergibt (Figur 3), d. h. die Vorderkante der Vorlaufplatte 16 ist schräg ausgeführt.
Ggf. sind die Berührungsfläche 49 der Platten 16, 19, wie eine gekrümmte Oberflache 10 eines Bauteils 4, wie es zum Beispiel bei Turbinenschaufeln 120, 130 der Fall ist, ge- krümmt (Figur 4) .
Figur 4 zeigt den Ablauf des erfindungsgemaßen Schweißverfahrens . Es wird eine Vorlaufplatte 19 verwendet auf dem das Schweißverfahren an einem Verfahrensendpunkt 43 gestartet wird. Zumindest an dem Anfangspunkt 22 lauft das Scheißverfahren stabil (Figur 4a) . Der Abstand zwischen Verfahrensanfangspunkt 43 und Anfangspunkt 22 betragt vorzugsweise 2mm - 10mm.
Das Verfahren lauft dann weiter so ab, dass der Schweißzusatzwerkstoff 13 auf oder in die zu reparierende Stelle 10 gebracht wird (Figur 5b) . Dabei kann, muss aber nicht, die Vorlaufplatte 19 verschoben werden, so dass sich diese auch über einen bereits geschweißten Bereich 14 befindet. Dies hat den Vorteil, dass schon ge- schweißte Bereiche 14 nicht mehr beispielsweise durch eine
Dampfwolke des gerade zu schweißenden Bereich 13 verunreinigt werden (Figur 5c) .
Anstatt die Vorlaufplatte 19 zu verschieben, kann auch eine weitere (nicht dargestellte) Abschirmplatte verwendet und verschoben werden.
Das Schweißverfahren wird bis zu dem Vertiefungsendpunkt 25 durchgeführt und lauft dann vorzugsweise noch über eine Nachlaufplatte 16 weiter bis es einen Verfahrensendpunkt 46 erreicht (Figur 5d) .
Die Vorlaufplatten 16, 19 werden entfernt, so dass dann das fertig reparierte Bauteil 1 vorliegt (Figur 5e) .
Figur 6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Stromungsmaschine, die sich entlang einer Langsachse 121 erstreckt.
Die Stromungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitatserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Langsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf .
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeistromt, eine Anstromkante 409 und eine Ab- stromkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Frasverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstucke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefugen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stangelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefugen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung .
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine Warmedammschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt oder z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) poröse, mikro- und makrorissbehaftete Korner in der Warmedammschicht erzeugt.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 mit dem erfindungsgemaßen Verfahren repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bau- teils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkuhllocher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die Figur 7 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine 100 (Fig. 8) .
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 munden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungunstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme- dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebestandigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbestandigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ahnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische War- medammschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 mit dem erfin- dungsgemaßen Verfahren repariert. Danach erfolgt eine Wieder- beschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kuhlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mundende Filmkuhllocher (nicht dargestellt) auf.
Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Langsteilschnitt . Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenlaufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehause 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehause 109. Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Stromungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehause 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) .
Wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehause 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 gefuhrt 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 impulsubertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine. Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Stromungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet .
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kuhlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur langsgerichtete Korner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehause 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 .

Claims

Patentansprüche
1. Schweißverfahren, bei dem ein Schweißzusatzwerkstoff (13) einer zu reparierenden Stelle (10) eines Bauteils (120, 130, 138, 155) zugeführt wird, wobei die zu reparierende Stelle (10) einen Anfangspunkt (22) und einen Endpunkt (25) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schweißverfahren an einem Verfahrensanfangspunkt (43) auf einer separaten Vorlaufplatte (19) , die an dem Anfangspunkt (22) anliegt, beginnt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine separate Nachlaufplatte (16) verwendet wird, die an dem Endpunkt (25) anliegt, auf der (16) das Schweißverfahren an einem Verfahrensend- punkt (46) endet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorlaufplatte (19) wahrend des Verfahrens in einer Verschweißrichtung (40) verschoben wird und dabei bereits geschweißte Bereiche (14) abschirmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vertiefung (10), insbesondere ein Riss, aufgefüllt wird.
5. Schweißvorrichtung (1) zum Schweißen eines Bauteils (120, 130, 138, 155), aufweisend eine Wärmequelle, um einen Schweißzusatzwerkstoff (13) auf zu schmelzen, insbesondere ein Pulverreservoir (28) mit einem Schweißzu- satzwerkstoff (13) und ein Pulverforderer (31),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine separate Vorlaufplatte (19) vorhanden ist, auf der (19) der Schweißzusatzwerkstoff (13) zugeführt und aufgeschmolzen werden kann.
6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorlaufplatte (19) wahrend des Schweißverfahrens in einer Verschweißrichtung (40) verschiebbar ist.
7. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
eine separate Nachlaufplatte (16) vorhanden ist.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorlaufplatte (19) und/oder die Nachlaufplatte (16) an der Kante mit der sie an dem Bauteil (120, 130, 138, 155) anliegt, schräg ausgebildet ist.
9. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorlaufplatte (19) und/oder die Nachlaufplatte (16) an der Kante mit der sie an dem Bauteil (120, 130, 138, 155) anliegt entsprechend der Krümmung der Oberflache des Bau- teils (120, 130, 138, 155) ausgebildet ist.
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