EP1996363A1 - Process for connecting metallic structural elements and components produced thereby - Google Patents

Process for connecting metallic structural elements and components produced thereby

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Publication number
EP1996363A1
EP1996363A1 EP07722026A EP07722026A EP1996363A1 EP 1996363 A1 EP1996363 A1 EP 1996363A1 EP 07722026 A EP07722026 A EP 07722026A EP 07722026 A EP07722026 A EP 07722026A EP 1996363 A1 EP1996363 A1 EP 1996363A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
components
metallic materials
different
inductor
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Withdrawn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
EP07722026A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Hanrieder
Alexander Gindorf
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1996363A1 publication Critical patent/EP1996363A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3061—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by welding, brazing
    • 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
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001—Turbines

Definitions

  • the present invention relates to a method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine, wherein the connecting of corresponding connection surfaces of the components by means of an inductive high frequency pressure welding takes place.
  • the invention further relates to a component produced by the method.
  • inductive high-frequency pressure welding does not define the method or the component in the present case to a specific frequency range. Rather, frequencies in the low kHz range up to the high MHz range are used, so that the new term inductive pressure welding (IPS) could be introduced.
  • IPS inductive pressure welding
  • a method according to the invention for connecting metallic components uses inductive high-frequency pressure welding to connect corresponding connection surfaces of the components.
  • the components consist of different or similar metallic materials with different melting points, permeabilities and / or thermal conductivities.
  • at least one process-specific parameter is controlled such that at least the connection surfaces are heated substantially simultaneously at least to at least near the respective melting point of the metallic materials. Due to the control possibilities in the method according to the invention, the components to be welded can each form substantially simultaneously a molten layer on the connecting surfaces, which are then welded together by simple compression. It is possible that a connection surface of the first component is melted and the connection surface of the second component remains below the melting temperature.
  • the control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises varying the frequency induced by at least one inductor. Due to the different heights of the frequencies, which are usually between 7 kHz and 2.5 MHz, it is ensured that the materials are superplastic formable and thus connectable to each other.
  • the frequencies are chosen in particular depending on the geometry of the connecting surfaces.
  • the induction by means of an inductor, which induces different strengths takes place. But it is also possible to use two or more inductors.
  • the connecting surfaces of the components are exposed to the different frequencies for different lengths of time.
  • control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises the variation of the position of the components relative to the inductor or to the inductors.
  • control of at least one process parameter during the process of inductive high-frequency compression welding comprises the variation of the spacing of the respective components relative to the inductor.
  • a displacement of the inductor in the direction of the component consisting of the metallic material with the higher melting temperature take place.
  • the first component consists of steel and the second component of a TiAl alloy.
  • the first and second component consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes. This applies, for example, to forged components, components produced by casting, components consisting of single crystals and directionally solidified components.
  • An inventive component in particular a component of a gas turbine, consists of a first component and of a second component, wherein the first and the second component of different or similar metallic materials with different permeabilities and / or varnishleitzuen exist. The components are joined together by means of an inductive high frequency pressure welding.
  • At least one process-specific parameter is controlled during the process of inductive high-frequency pressure welding such that at least the joining or joining surfaces of the components are heated substantially simultaneously to at least near the respective melting point of the metallic materials.
  • the first component may be made of steel and the second component of a titanium aluminum alloy. But it is also possible that the first and the second component consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes.
  • the first component is a blade of a rotor in a gas turbine and the second component is a ring or a disk of the rotor.
  • These components are BLEDs (Bladed Ring) or BLISKs (Bladed Disk) of gas turbine engines.
  • FIG. 10 shows a cut through a component 10 connected and produced according to the invention.
  • the component 10 consists of a first component 12 and a second component 14, which have been welded together by means of an inductive high frequency pressure welding.
  • at least one process-specific parameter was controlled in such a way that at least the connecting surfaces 20, 22 of the components 12, 14 were heated substantially simultaneously to at least near the respective melting point of the metallic materials.
  • the first component 12 is made of steel and the second component of a a titanium aluminum alloy. To connect the first and second components 12, 14, they have been positioned substantially flush and spaced from one another. By energizing an inductor (not shown) with high frequency current and moving together by contacting the bonding pads 20, 24, they were welded together.
  • the substantially simultaneous heating of the bonding surfaces 20, 22 each to at least close to the respective melting point of the metallic materials was carried out at a frequency of about 1.0 MHz.
  • the coupling distance, ie the relative distance between the inductor and the components 12, 14, was 1.5 mm.
  • the inductor was shifted toward the higher melting material, titanium aluminum alloy.
  • the displacement was 2 mm.
  • the first and second components 12, 14 were connected to each other with a force of 250 N by means of an upsetting path of 1 mm and a welding time of 1.5 s.

Abstract

The present invention relates to a process for connecting metallic structural elements (12, 14), in particular structural elements of a gas turbine, wherein the connecting of corresponding connecting surfaces (20, 22) of the structural elements (12, 14) is performed by means of inductive high-frequency pressure welding and the structural elements (12, 14) consist of different or similar metallic materials with different permeabilities and/or thermal conductivities. During the inductive high-frequency pressure welding operation, according to the invention at least one process-specific parameter is controlled in such a way that at least the connecting surfaces (20, 22) are respectively heated substantially simultaneously up to at least near the respective melting point of the metallic materials. The invention also relates to a component, in particular a component of a gas turbine, comprising a first structural element (12) and a second structural element (14), wherein the first and second structural elements (12, 14) consist of different or similar metallic materials with different permeabilities and/or thermal conductivities and are welded by means of inductive high-frequency pressure welding. According to the invention, during the inductive high-frequency pressure welding operation at least one process-specific parameter is controlled in such a way that at least connecting surfaces (20, 22) of the structural elements (12, 14) are respectively heated substantially simultaneously up to at least near the respective melting point of the metallic materials.

Description

Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen und damit hergestelltes Bauteil Method for connecting metallic components and component produced therewith
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein mittels des Verfahrens hergestelltes Bauteil.The present invention relates to a method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine, wherein the connecting of corresponding connection surfaces of the components by means of an inductive high frequency pressure welding takes place. The invention further relates to a component produced by the method.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen mittels induktivem Hochfrequenzpressschweißens bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 198 58 702 Al ein Verfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine, wobei ein Schaufelblattabschnitt und wenigstens ein weiteres Schaufelteil bereitgestellt werden. Dabei werden entsprechende Verbindungsflächen dieser Elemente im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert und anschließend durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung ihrer Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Dabei wird der Induktor mit einer konstanten Frequenz, die im Allgemeinen über 0,75 MHz liegt, erregt. Die Frequenz wird zudem in Abhängigkeit von der Geometrie der Verbindungsflächen gewählt. Bei dem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die Erwärmung der beiden Schweißpartner für die Qualität der Fügestelle von entscheidender Bedeutung. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch, dass damit nur Bauelemente aus identischen oder ähnlichen Werkstoffen, die identische oder ähnliche Permeabilitäten, Wärmeleitfähigkeiten oder ähnliche Schmelzpunkte aufweisen, miteinander verschweißt werden können.Various methods for connecting metallic components by means of inductive high frequency pressure welding are known from the prior art. For example, DE 198 58 702 A1 describes a method for connecting blade parts of a gas turbine, wherein an airfoil section and at least one further blade part are provided. In this case, corresponding connecting surfaces of these elements are positioned substantially flush with each other and then welded together by energizing an inductor with high-frequency current and by moving together touching their connecting surfaces. The inductor is energized at a constant frequency which is generally above 0.75 MHz. The frequency is also chosen depending on the geometry of the connection surfaces. In inductive high frequency pressure welding, the heating of the two welding partners is of crucial importance for the quality of the joint. A disadvantage of the known methods, however, is that only components made of identical or similar materials, which have identical or similar permeabilities, thermal conductivities or similar melting points, can be welded together.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen bereitzustellen, bei dem eine sichere und dauerhafte Verbindung von Bauelementen aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, Permeabilitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten gewährleistet ist.It is therefore an object of the present invention to provide a generic method for joining metallic components, in which a secure and permanent connection of components made of different or similar metallic materials with different melting points, permeabilities and / or thermal conductivities is ensured.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, bereitzustellen, wo- bei eine sichere und dauerhafte Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen gewährleistet ist.It is a further object of the present invention to provide a generic component, in particular a component of a gas turbine, wherein ensures a secure and permanent connection between the individual components.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.These objects are achieved by a method according to the features of claim 1 and a component according to the features of claim 11.
Zur Klarstellung sei hier ausdrücklich erwähnt, dass die Bezeichnung induktives Hochfrequenzpressschweißen das Verfahren bzw. das Bauteil im vorliegenden Fall nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich festlegt. Vielmehr finden Frequenzen im niederen kHz-Bereich bis hin zum hohen MHz- Bereich Anwendung, so dass auch die neue Bezeichnung induktives Pressschweißen (IPS) eingeführt werden könnte.For the sake of clarification, it is expressly mentioned here that the term inductive high-frequency pressure welding does not define the method or the component in the present case to a specific frequency range. Rather, frequencies in the low kHz range up to the high MHz range are used, so that the new term inductive pressure welding (IPS) could be introduced.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described in the respective subclaims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, verwendet zum Verbinden entsprechender Verbindungsflächen der Bauelemente ein induktives Hochfrequenzpressschweißen. Dabei bestehen die Bauelemente aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, Permeabilitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten. Während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens wird mindestens ein verfahrensspezifischer Parameter derart gesteuert, dass zumindest die Verbindungsflächen im wesentlichen gleichzeitig jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erwärmt werden. Aufgrund der Steuerungsmöglichkeiten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die zu verschweißenden Bauelemente jeweils im Wesentlichen gleichzeitig eine schmelzflüssige Schicht an den Verbindungsflächen ausbilden, die dann durch einfaches Zusammenpressen miteinander verschweißt werden. Dabei ist es möglich, dass eine Verbindungsfläche des ersten Bauelements aufgeschmolzen wird und die Verbindungsfläche des zweiten Bauelements unterhalb der Schmelztemperatur bleibt. Es ist aber auch möglich, dass beide knapp unterhalb der jeweiligen Schmelztemperatur bleiben oder auch beide bis zu einer Temperatur überhalb des Schmelzpunkts des jeweiligen Werkstoffs erhitzt werden. Wesentlich für eine sichere und dauerhafte Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen ist eine fehlerfreie Verbindungszone nach dem Auspressen der Schmelze und der entsprechenden Werkstoffpaarung. Durch das vollständige Ausdrücken der Schmelze aus einem Fügebereich der beiden Bauelemente wird der so genannte Fügequerschnitt warm verschmiedet und damit fest und belastbar. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für den Schweiß- bzw. Fügeprozess nur geringe Kräfte aufgebracht werden müssen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch Werkstoffkombi- nationen verbinden, die durch bekannte Schmelzschweißverfahren, durch Rotationsreibschweißen oder auch durch das bisher bekannte induktive Hochfrequenzpressschweißen aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften nicht verbunden werden konnten.A method according to the invention for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine, uses inductive high-frequency pressure welding to connect corresponding connection surfaces of the components. The components consist of different or similar metallic materials with different melting points, permeabilities and / or thermal conductivities. During the process of inductive high-frequency compression welding, at least one process-specific parameter is controlled such that at least the connection surfaces are heated substantially simultaneously at least to at least near the respective melting point of the metallic materials. Due to the control possibilities in the method according to the invention, the components to be welded can each form substantially simultaneously a molten layer on the connecting surfaces, which are then welded together by simple compression. It is possible that a connection surface of the first component is melted and the connection surface of the second component remains below the melting temperature. But it is also possible that both remain just below the respective melting temperature or both are heated to a temperature above the melting point of the respective material. Essential for a secure and permanent connection between the individual components is an error-free connection zone after the extrusion of the melt and the corresponding material pairing. Due to the complete expression of the melt from a joining region of the two components of the so-called joint cross-section is forged warm and thus firm and resilient. Another advantage of the method according to the invention is that for the welding or joining process only small forces must be applied. With the method according to the invention, it is also possible to combine material combinations which could not be joined by known fusion welding methods, by rotary friction welding or by the hitherto known inductive high frequency pressure welding due to their different properties.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens um- fasst die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens die Variierung der durch mindestens einen Induktor induzierten Frequenz. Durch die unterschiedlichen Höhen der Frequenzen, die üblicherweise zwischen 7 kHz und 2,5 MHz liegen, wird gewährleistet, dass die Werkstoffe superplastisch umformbar und dadurch miteinander verbindbar sind. Dabei werden die Frequenzen insbesondere auch in Abhängigkeit von der Geometrie der Verbindungsflächen gewählt. Zudem ist es möglich, dass die Induktion mittels eines Induktors, der unterschiedliche Stärken induziert, erfolgt. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere Induktoren zu verwenden. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Verbindungsflächen der Bauelemente unterschiedlich lange den unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt sind.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises varying the frequency induced by at least one inductor. Due to the different heights of the frequencies, which are usually between 7 kHz and 2.5 MHz, it is ensured that the materials are superplastic formable and thus connectable to each other. The frequencies are chosen in particular depending on the geometry of the connecting surfaces. In addition, it is possible that the induction by means of an inductor, which induces different strengths takes place. But it is also possible to use two or more inductors. Furthermore, it is conceivable that the connecting surfaces of the components are exposed to the different frequencies for different lengths of time.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens die Variierung der Lage der Bauelemente relativ zum Induktor bzw. zu den Induktoren. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens die Variierung des Abstands der jeweiligen Bauelemente relativ zum Induktor umfasst. So kann zum Beispiel eine Verschiebung des Induktors in Richtung des Bauelements bestehend aus dem metallischen Werkstoff mit der höheren Schmelztemperatur erfolgen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises the variation of the position of the components relative to the inductor or to the inductors. However, it is also possible that the control of at least one process parameter during the process of inductive high-frequency compression welding comprises the variation of the spacing of the respective components relative to the inductor. Thus, for example, a displacement of the inductor in the direction of the component consisting of the metallic material with the higher melting temperature take place.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen das erste Bauelement aus Stahl und das zweite Bauelement aus einer TiAl-Legierung. Es ist aber auch möglich, dass das erste und zweite Bauelement aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind. Dies betrifft zum Beispiel geschmiedete Bauelemente, durch Gussverfahren hergestellte Bauelemente, Bauelemente bestehend aus Einkristallen sowie gerichtet erstarrte Bauelemente. Ein erfindungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, besteht aus einem ersten Bauelement und aus einem zweiten Bauelement, wobei das erste und das zweite Bauelement aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Permeabilitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten bestehen. Die Bauelemente sind dabei mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens zusammengefügt. Erfindungsgemäß wird während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens mindestens ein verfahrensspezifischer Parameter derart gesteuert, dass zumindest die Verbindungs- bzw. Fügeflächen der Bauelemente im Wesentlichen gleichzeitig jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erwärmt werden. Dadurch ist es möglich ein Bauteil herzustellen, bei dem sichere und dauerhafte Verbindungen der einzelnen Bauelemente zueinander gewährleistet sind. Es entsteht eine fehlerfreie Verbindungszone nach dem Auspressen der Schmelze und der Diffusion der unterschiedlichen Werkstoffpaarung.In further advantageous embodiments of the method according to the invention, the first component consists of steel and the second component of a TiAl alloy. But it is also possible that the first and second component consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes. This applies, for example, to forged components, components produced by casting, components consisting of single crystals and directionally solidified components. An inventive component, in particular a component of a gas turbine, consists of a first component and of a second component, wherein the first and the second component of different or similar metallic materials with different permeabilities and / or Wärmeleitfähigkeiten exist. The components are joined together by means of an inductive high frequency pressure welding. According to the invention, at least one process-specific parameter is controlled during the process of inductive high-frequency pressure welding such that at least the joining or joining surfaces of the components are heated substantially simultaneously to at least near the respective melting point of the metallic materials. This makes it possible to produce a component in which secure and permanent connections of the individual components are guaranteed to each other. The result is an error-free connection zone after the extrusion of the melt and the diffusion of the different material pairing.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das erste Bauelement aus Stahl und das zweite Bauelement aus einer Titanaluminium-Legierung bestehen. Es ist aber auch möglich, dass das erste und das zweite Bauelement aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind.In an advantageous embodiment of the component according to the invention, the first component may be made of steel and the second component of a titanium aluminum alloy. But it is also possible that the first and the second component consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Bauelement eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und das zweite Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um so genannte BLINGs („Bladed Ring") oder BLISKs („Bla- ded Disk") von Gasturbinentriebwerken.In a further advantageous embodiment of the invention, the first component is a blade of a rotor in a gas turbine and the second component is a ring or a disk of the rotor. These components are BLEDs (Bladed Ring) or BLISKs (Bladed Disk) of gas turbine engines.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur einen Schliff durch ein erfindungsgemäß verbundenes und hergestelltes Bauteil 10.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a drawing illustrated embodiment. The figure shows a cut through a component 10 connected and produced according to the invention.
Das Bauteil 10 besteht dabei aus einem ersten Bauelement 12 und einem zweiten Bauelement 14, die mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens miteinander verschweißt worden sind. Während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens wurde dabei mindestens ein verfahrensspezifischer Parameter derart gesteuert, dass zumindest die Verbindungsflächen 20, 22 der Bauelemente 12, 14 im Wesentlichen gleichzeitig jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erwärmt wurden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das erste Bauelement 12 aus Stahl und das zweite Bauelement aus ei- ner Titanaluminium-Legierung. Zum Verbinden des ersten und zweiten Bauelements 12, 14 wurden diese im Wesentlichen fluchtend und beabstandet zueinander positioniert. Durch Erregen eines Induktors (nicht dargestellt) mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung der Verbindungsflächen 20, 24 wurden diese miteinander verschweißt. Das im Wesentliche gleichzeitige Erwärmen der Verbindungsflächen 20, 22 jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erfolgte bei einer Frequenz von ungefähr 1,0 MHz. Der Koppelabstand, d. h. der relative Abstand zwischen dem Induktor und den Bauelementen 12, 14, betrug 1,5 mm. Um das im Wesentlichen gleichzeitige Aufschmelzen der Werkstoffe Stahl und der Titanaluminium-Legierung zu erzielen, wurde der Induktor in Richtung des höher schmelzenden Materials, nämlich der Titanaluminium-Legierung, verschoben. Die Verschiebung betrug dabei 2 mm. Schließlich wurden das erste und das zweite Bauelement 12, 14 mit einer Kraft von 250 N über einen Stauchweg von 1 mm und einer Schweißzeit von 1,5 s miteinander verbunden.The component 10 consists of a first component 12 and a second component 14, which have been welded together by means of an inductive high frequency pressure welding. During the process of inductive high-frequency compression welding, at least one process-specific parameter was controlled in such a way that at least the connecting surfaces 20, 22 of the components 12, 14 were heated substantially simultaneously to at least near the respective melting point of the metallic materials. In the illustrated embodiment, the first component 12 is made of steel and the second component of a a titanium aluminum alloy. To connect the first and second components 12, 14, they have been positioned substantially flush and spaced from one another. By energizing an inductor (not shown) with high frequency current and moving together by contacting the bonding pads 20, 24, they were welded together. The substantially simultaneous heating of the bonding surfaces 20, 22 each to at least close to the respective melting point of the metallic materials was carried out at a frequency of about 1.0 MHz. The coupling distance, ie the relative distance between the inductor and the components 12, 14, was 1.5 mm. In order to achieve substantially simultaneous melting of the steel and titanium aluminum alloy materials, the inductor was shifted toward the higher melting material, titanium aluminum alloy. The displacement was 2 mm. Finally, the first and second components 12, 14 were connected to each other with a force of 250 N by means of an upsetting path of 1 mm and a welding time of 1.5 s.
Des Weiteren erkennt man aus der Figur, dass zwischen den Fügeflächen 20, 22 des ersten und zweiten Bauelements 12, 14 eine Interdiffusionszone entsteht, die aber zu keiner stofflichen Verbindung der an sich nicht mischbaren Werkstoffe führt. An den Rändern der Verbindungsflächen 20, 22 entstehen Materialansammlungen 18, die durch das beim Fügen herausge- presste Material Titanaluminium-Legierung entstehen. Furthermore, it can be seen from the figure that between the joining surfaces 20, 22 of the first and second component 12, 14 an interdiffusion zone is formed, but which does not lead to a material connection of the materials which are not miscible in themselves. At the edges of the connecting surfaces 20, 22 arise accumulations of material 18, which arise from the pressed out during joining material titanium aluminum alloy.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Verbanden von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei das Verbinden entsprechender Verbmdungsflachen (20, 22) der Bauelemente (12, 14) mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt und die Bauelemente1. A method for connecting metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine, wherein the connecting of corresponding Verbmdungsflachen (20, 22) of the components (12, 14) by means of an inductive high-frequency compression welding takes place and the components
(12, 14) aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Permeabilitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten bestehen und wahrend des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens mindestens ein verfahrensspezifischer Parameter derart gesteuert wird, dass zumindest die Verbmdungsflachen (20, 22) im wesentlichen gleichzeitig jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erwärmt werden.(12, 14) consist of different or similar metallic materials having different permeabilities and / or thermal conductivities and during the process of inductive high frequency compression welding at least one process-specific parameter is controlled such that at least the Verbmdungsflachen (20, 22) substantially simultaneously to at least close the respective melting point of the metallic materials are heated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter wahrend des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweiföens die Variierung der durch mindestens einen Induktor induzierten Frequenz umfasst.2. A method according to claim 1, characterized in that the control of at least one process parameter during the operation of the inductive high-frequency squeegee oscillation comprises varying the frequency induced by at least one inductor.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz in Abhängigkeit der Beschaffenheit und Geometrie der Verbmdungsflachen (20, 22) gewählt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the frequency is selected depending on the nature and geometry of the Verbmdungsflachen (20, 22).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor oder die Induktoren mit Frequenzen zwischen 7 kHz und 2,5 MHz erregt wird bzw. werden.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the inductor or the inductors is excited at frequencies between 7 kHz and 2.5 MHz or are.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter wahrend des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens die Vaπ- ierung der Lage der Bauelemente relativ zum Induktor umfasst.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises the Vaπ- tion of the position of the components relative to the inductor.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung von mindestens einem Verfahrensparameter wahrend des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens die Vari- ierung des Abstands der jeweiligen Bauelemente relativ zum Induktor umfasst .6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control of at least one process parameter during the process of inductive high frequency pressure welding comprises the Vari- tion of the distance of the respective components relative to the inductor.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebung des Induktors in Richtung des Bauelements (12) bestehend aus dem metallischen Werkstoff mit der höheren Schmelztemperatur erfolgt. 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that a displacement of the inductor in the direction of the component (12) takes place consisting of the metallic material with the higher melting temperature.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (12) aus Stahl und das zweite Bauelement aus einer TiAl-Legierung besteht.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first component (12) made of steel and the second component consists of a TiAl alloy.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauelement (12, 14) aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the first and the second component (12, 14) consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (12) eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine ist und das zweite Bauelement (14) ein Ring oder eine Scheibe des Rotors ist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first component (12) is a blade of a rotor in a gas turbine and the second component (14) is a ring or a disc of the rotor.
11. Bauteil, insbesondere Bauteil einer Gasturbine, bestehend aus einem ersten Bauelement (12) und einem zweiten Bauelement (14), wobei das erste und das zweite Bauelement (12, 14) aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Permeabilitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten bestehen und mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorgangs des induktiven Hochfrequenzpressschweißens mindestens ein verfahrensspezifischer Parameter derart gesteuert wird, dass zumindest Verbindungsflächen (20, 22) der Bauelemente (12, 14) im wesentlichen gleichzeitig jeweils bis mindestens nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der metallischen Werkstoffe erwärmt werden.11. component, in particular component of a gas turbine, consisting of a first component (12) and a second component (14), wherein the first and the second component (12, 14) of different or similar metallic materials having different permeabilities and / or thermal conductivities and at least one process-specific parameter is controlled such that at least connecting surfaces (20, 22) of the components (12, 14) at least substantially simultaneously each melting point of the metallic materials are heated.
12. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (12) aus Stahl und das zweite Bauelement aus einer TiAl-Legierung besteht .12. The component according to claim 11, characterized in that the first component (12) made of steel and the second component consists of a TiAl alloy.
13. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauelement (12, 14) aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind.13. Component according to claim 11, characterized in that the first and the second component (12, 14) consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes.
14. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (12) eine Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine ist und das zweite Bauelement (14) ein Ring oder eine Scheibe des Rotors ist. 14. Component according to one of claims 11 to 13, characterized in that the first component (12) is a blade of a rotor in a gas turbine and the second component (14) is a ring or a disc of the rotor.
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