EP1998927A1 - Fügeverfahren - Google Patents

Fügeverfahren

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Publication number
EP1998927A1
EP1998927A1 EP07721922A EP07721922A EP1998927A1 EP 1998927 A1 EP1998927 A1 EP 1998927A1 EP 07721922 A EP07721922 A EP 07721922A EP 07721922 A EP07721922 A EP 07721922A EP 1998927 A1 EP1998927 A1 EP 1998927A1
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EP
European Patent Office
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component
joining
welding
component sections
joining method
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07721922A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Meier
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
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1998927A1 publication Critical patent/EP1998927A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/26—Storage discharge welding
    • 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
    • B23K13/015—Butt welding
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding

Definitions

  • the invention relates to a joining method, in particular for gas turbine components, according to the preamble of claim 1.
  • Welding is known in practice as a joining method for joining component sections, with welding generally distinguishing between fusion welding, pressure welding, cold pressure welding and diffusion welding.
  • the present invention relates to a pressure welding method, wherein in press welding a joining zone of component parts to be joined is heated, and wherein by applying a pressing force or pressure after and / or during the heating of the joining zone, the connection of the component sections.
  • EP 1 112 141 Bl discloses an inductive high-frequency compression welding method in which joints between component parts to be joined together are heated by induction with the aid of at least one inductor.
  • the welding method disclosed in EP 1 112 141 B1 is particularly suitable for joining component sections made of poorly heat-conducting materials, such as, for example, Titanium based materials, since in this case the heat introduced by induction in the joints or joining zone in the region of the joints or joining zone remains.
  • component sections made of highly thermally conductive materials such as e.g.
  • Nickel base materials or cobalt-base materials so there is the problem that the induction induced heat is quickly or easily derived from the region of the joints or joining zone, so that ultimately the joining zone or joints have too low a temperature, which ultimately the quality of the welded joint is impaired.
  • the present invention is based on the problem to provide a novel joining method.
  • This problem is solved by a joining method according to claim 1.
  • the joining zone of the two component sections is heated by induction with at least one inductor and additionally by a capacitor discharge.
  • the component sections to be welded are in the region of their joints or joining zone on the one hand. heated by induction and on the other hand by a capacitor discharge. As a result, a temperature sufficient for providing a high-quality weld joint can be ensured even in the case of component sections made of materials which conduct heat well in the area of the joints or the joining zone.
  • the present invention relates to a method for joining, namely for welding, component sections of a component, in particular a gas turbine component.
  • the welding of the component sections is basically based on the principle of inductive high-frequency compression welding, wherein the inductive high-frequency compression welding to be joined component sections are heated in the region of joints or a joining zone via induction with at least one inductor, and wherein after and / or during the inductive heating is exerted a pressing force on the component sections, namely on the joints or joining zone, for welding the same.
  • a capacitor discharge resistance pressure welding is superimposed on the inductive high frequency pressure welding, in such a way that the joining zone of the two components is heated in addition to the inductive heating by a capacitor discharge.
  • the heating of the joining zone or joints of the component sections to be joined by the capacitor discharge is preferably carried out immediately before exerting the pressing force on the component sections, wherein the heating by capacitor discharge pulse-shaped for a period of time between 0.1 milliseconds and 20 milliseconds, preferably for a period of time of about 10 milliseconds.
  • electrical energy stored in a capacitor is conducted through the joining zone, which has a relatively high electrical resistance, so as to heat the same.
  • the method according to the invention is preferably used for welding component sections made of highly thermally conductive materials.
  • the method is used for welding component sections of nickel-based materials or nickel-based alloys or cobalt-base alloys. Substances or cobalt-base alloys.
  • a sufficiently high temperature can also be provided in the case of component sections made of highly thermally conductive materials in the region of the joints or joining zone in order to realize a good welded connection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren, insbesondere für Gasturbinenbauteile, wobei ein erster Bauteilabschnitt an einen zweiten Bauteilabschnitt derart gefügt wird, dass eine Fügezone der beiden Bauteilabschnitte über Induktion mit mindestens einem Induktor erwärmt wird, und dass nach und/oder während der induktiven Erwärmung eine Presskraft auf die Bauteilabschnitte zum Verschweißen derselben ausgeübt wird. Erfindungsgemäß wird die Fügezone der beiden Bauteilabschnitte zusätzlich durch eine Kondensatorentladung erwärmt.

Description

Fügeverfahren
Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren, insbesondere für Gasturbinenbauteile, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Fügeverfahren zum Verbinden von Bauteilabschnitten ist aus der Praxis das Schweißen bekannt, wobei beim Schweißen prinzipiell zwischen Schmelzschweißverfahren, Pressschweißverfahren, Kaltpressschweißverfahren und Diffusionsschweißverfahren unterschieden wird. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Pressschweißverfahren, wobei beim Pressschweißen eine Fügezone von miteinander zu verbindenden Bauteilabschnitten erwärmt wird, und wobei durch Anwenden einer Presskraft bzw. von Druck nach und/oder während der Erwärmung der Fügezone die Verbindung der Bauteilabschnitte erfolgt.
Zum Fügen von Bauteilabschnitten eines Gasturbinenbauteils hat sich als Pressschweißverfahren das sogenannte induktive Hochfrequenzpressschweißen bewährt. So offenbart die EP 1 112 141 Bl ein induktives Hochfrequenzpressschweißverfahren, bei welchem Stoßstellen zwischen miteinander zu verbindenden Bauteilabschnitten durch Induktion mit Hilfe mindestens eines Induktors erwärmt werden. Das in der EP 1 112 141 Bl offenbarte Schweißverfahren eignet sich vor allem zum Verbinden von Bauteilabschnitten aus schlecht wärmeleitenden Werkstoffen, wie z.B. aus Titanbasiswerkstoffen, da in diesem Fall die durch Induktion in die Stoßstellen bzw. Fügezone eingebrachte Wärme im Bereich der Stoßstellen bzw. Fügezone verbleibt. Sollen hingegen mit dem aus der EP 1 112 141 Bl offenbarten Verfahren Bauteilabschnitte aus gut wärmeleitenden Werkstoffen, wie z.B. Nickelbasiswerkstoffen oder Kobaltbasiswerkstoffen, verbunden werden, so ergibt sich das Problem, dass die durch Induktion eingebrachte Wärme schnell bzw. leicht aus dem Bereich der Stoßstellen bzw. Fügezone abgeleitet wird, so dass letztendlich die Fügezone bzw. Stoßstellen eine zu geringe Temperatur aufweisen, wodurch letztendlich die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigt wird.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Fügeverfahren zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Fügeverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die Fügezone der beiden Bauteilsabschnitte über Induktion mit mindestens einem Induktor und zusätzlich durch eine Kondensatorentladung erwärmt.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden die zu verschweißenden Bauteilabschnitte im Bereich ihrer Stoßstellen bzw. Fügezone einerseits- durch Induktion und andererseits durch eine Kondensatorentladung erwärmt. Hierdurch kann auch bei Bauteilabschnitten aus gut wärmeleitenden Werkstoffen im Bereich der Stoßstellen bzw. der Fügezone eine zur Bereitstellung einer hoch qualitativen Schweißverbindung ausreichende Temperatur gewährleistet werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert .
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen, nämlich zum Verschweißen, von Bauteilabschnitten eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung erfolgt das Verschweißen der Bauteilabschnitte grundsätzlich nach dem Prinzip des induktiven Hochfrequenzpressschweißens, wobei beim induktiven Hochfrequenzpressschweißen zu verbindende Bauteilabschnitte im Bereich von Stoßstellen bzw. einer Fügezone über Induktion mit mindestens einem Induktor erwärmt werden, und wobei nach und/oder während der induktiven Erwärmung eine Presskraft auf die Bauteilabschnitte, nämlich auf die Stoßstellen bzw. Fügezone, zum Verschweißen derselben ausgeübt wird.
Erfindungsgemäß wird dem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ein Kon- densatorentladungs-Widerstandspressschweißen überlagert, und zwar derart, dass die Fügezone der beiden Bauteile zusätzlich zur induktiven Erwärmung durch eine Kondensatorentladung erwärmt wird.
Die Erwärmung der Fügezone bzw. Stoßstellen der miteinander zu verbindenden Bauteilabschnitte durch die Kondensatorentladung erfolgt dabei vorzugsweise unmittelbar vor dem Ausüben der Presskraft auf die Bauteilabschnitte, wobei die Erwärmung durch Kondensatorentladung impulsförmig für eine Zeitdauer zwischen 0,1 Millisekunden und 20 Millisekunden, vorzugsweise für eine Zeitdauer von in etwa 10 Millisekunden, durchgeführt wird. Bei der Kondensatorentladung wird in einem Kondensator gespeicherte, e- lektrische Energie durch die Fügezone, die einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist, geleitet, um so dieselbe zu erwärmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise zum Verschweißen von Bauteilabschnitten aus gut wärmeleitenden Werkstoffen Verwendung. Insbesondere dient das Verfahren dem Verschweißen von Bauteilabschnitten aus Nickelbasiswerkstoffen bzw. Nickelbasislegierungen oder Kobaltbasiswerk- Stoffen bzw. Kobaltbasislegierungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch bei Bauteilabschnitten aus gut wärmeleitenden Werkstoffen im Bereich der Stoßstellen bzw. Fügezone eine ausreichend hohe Temperatur bereitgestellt werden, um eine gute Schweißverbindung zu realisieren.

Claims

Ansprüche
1. Fügeverfahren, insbesondere für Gasturbinenbauteile, wobei ein erster Bauteilabschnitt an einen zweiten Bauteilabschnitt derart gefügt wird, dass eine Fügezone der beiden Bauteilabschnitte über Induktion mit mindestens einem Induktor erwärmt wird, und dass nach und/oder während der induktiven Erwärmung eine Presskraft auf die Bauteilabschnitte zum Verschweißen derselben ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügezone der beiden Bauteilabschnitte zusätzlich durch eine
Kondensatorentladung erwärmt wird.
2. Fügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensatorentladungs-Wiederstandspressschweißen einem induktiven Hochfrequenzpressschweißen überlagert wird.
3. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Fügezone durch die Kondensatorentladung unmittelbar vor dem Ausüben der Presskraft auf die Bauteilabschnitte erfolgt .
4. Fügeverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Fügezone durch die Kondensatorentladung im- pulsförmig für eine Zeitdauer zwischen 0,1 Millisekunden und 20 Millisekunden erfolgt.
5. Fügeverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe zum Verschweißen von Bauteilabschnitten aus gut wärmeleitenden Werkstoffen, insbesondere von Bauteilabschnitten aus Nickelbasiswerkstoffen oder Kobaltbasiswerkstoffen verwendet wird.
EP07721922A 2006-02-23 2007-02-16 Fügeverfahren Withdrawn EP1998927A1 (de)

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