EP2620589A1

EP2620589A1 - Welded turbine rotor

Info

Publication number: EP2620589A1
Application number: EP12152424.3A
Authority: EP
Inventors: Stefan Brussk; Walter David; Andrei Ghicov; Torsten-Ulf Kern
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-07-31

Abstract

The rotor device (2) comprises several rotor segments (4) that are lined up along a rotational axis (6) and interconnected with one another by a weld seam (8). Each rotor segment comprises a guard molding portion (18) in radial direction (12). A coating heat influence zone (10) is formed between the guard molding portion of the rotor segment and weld seam so that the guard molding portions of all rotor segments are connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aus miteinander verschweißten Bauteilen und insbesondere einen aus mehreren Rotorsegmenten zusammengesetzten Turbinenrotor.The invention relates to a device of components welded together and in particular a composite of a plurality of rotor segments turbine rotor.

Werden Bauteile durch Schweißen und somit über eine Schweißnaht miteinander verbunden, so werden hierdurch die Materialeigenschaften der Bauteile im Bereich der Verbindung verändert. Diese Änderung der Materialeigenschaften ist auf die Wärmeeinwirkung während dem Schweißprozess zurückzuführen, weswegen der betroffene Bereich auch als Wärmeinflusszone bezeichnet wird. In der Regel ist die Änderung der Materialeigenschaften nachteilig und daher unerwünscht.If components are connected to one another by welding and thus by means of a weld seam, this changes the material properties of the components in the area of the connection. This change in material properties is due to the effect of heat during the welding process, which is why the affected area is also referred to as a heat affected zone. In general, the change in material properties is disadvantageous and therefore undesirable.

Eine die Materialeigenschaften charakterisierende und durch Wärmeeinwirkung beeinflussbare Größe stellt die Härte dar. Beim Verschweißen der Bauteile erhöht sich die Härte typischerweise, wodurch die Vorrichtung im Bereich der Wärmeeinflusszone härter, jedoch auch spröder wird. Mit zunehmender Härte steigt daher häufig die Sensitivität gegenüber Mediumeinfluss und Kerbwirkung bei Axialspannungen/Umlaufbiegespannungen, was vor allem bei Vorrichtungen nachteilig ist, auf die permanent Zugspannungen oder Vibrationen einwirken.A parameter characterizing the material properties and which can be influenced by heat represents the hardness. When welding the components, the hardness typically increases, as a result of which the device becomes harder, but also more brittle, in the region of the heat-affected zone. With increasing hardness, therefore, the sensitivity to medium influence and notch effect often increases with axial stresses / circulating bending stresses, which is disadvantageous, above all, in devices on which permanent tensile stresses or vibrations act.

Aufgrund der erhöhten Sensitivität ist oft gerade in der Wärmeinflusszone der am geringsten belastbare Bereich einer aus mehreren miteinander verschweißten Bauteilen aufgebauten Vorrichtung aufgrund einer möglichen Kerbwirkung gegeben. Bei der Auslegung der Vorrichtung und insbesondere der Bauteile müssen daher die Änderungen der Materialeigenschaften in der Wärmeinflusszone berücksichtigt werden. Dies geschieht zum Beispiel dadurch, dass für die Bauteile eine an den jeweiligen Schweißprozess angepasste Materialauswahl getroffen wird, bei der nach dem Verschweißen der Bauteile im Bereich der Wärmeeinflusszone eine gewünschte Belastbarkeit des Bauteils und insbesondere eine gewünschte Härte im Bereich der Wärmeeinflusszone gegeben ist. Alternativ oder ergänzend hierzu wird die Vorrichtung nach dem Verschweißen der Bauteile zumindest im Bereich der Wärmeeinflusszone wärmenachbehandelt, um hierdurch eine vorteilhafte Änderung der Materialeigenschaften hervorzurufen.Due to the increased sensitivity, it is often precisely in the heat-affected zone that the lowest loadable area of a device constructed from a plurality of components welded together due to a possible notch effect is provided. When designing the device and in particular the components, therefore, the changes in the material properties in the heat affected zone must be taken into account. This happens, for example, in that a selection of materials adapted to the respective welding process is made for the components in which, after the welding of the components in the region of the Heat affected zone is given a desired load capacity of the component and in particular a desired hardness in the region of the heat affected zone. As an alternative or in addition to this, after the components have been welded together, the device is subsequently heat-treated at least in the region of the heat-affected zone, in order thereby to bring about a favorable change in the material properties.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aus miteinander verschweißten Bauteilen mit verbesserter Schweißverbindung anzugeben.Proceeding from this, the invention has the object to provide a device of welded together components with improved weld.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.This object is achieved by a device having the features of claim 1. The dependent claims include in part advantageous and in part self-inventive developments of this invention.

Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen aus mehreren Rotorsegmenten zusammengesetzten Turbinenrotor, der vorzugsweise für einen Einsatz in einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgelegt ist. Aufgebaut ist die Vorrichtung aus zumindest zwei entlang einer Rotationsachse aneinandergereihten und miteinander über zumindest eine Schweißnaht verbundenen Bauteilen. Diese bilden vorzugsweise eine Welle aus. Dabei weist jedes Bauteil eine in radialer Richtung abstehende Schutzanformung auf und die Schweißnaht sowie eine die Schweißnaht umhüllende Wärmeeinflusszone sind zwischen den Schutzanformungen weitergeführt, so dass die Schutzanformungen der Bauteile miteinander verbunden sind. Hierdurch ist die Vorrichtung und insbesondere die Wärmeeinflusszone der Vorrichtung weniger anfällig für Spannungsrisskorrosion, weswegen die Vorrichtung bevorzugt für den Einsatz in einem Medium, wie beispielsweise Wasserdampf, vorgesehen ist.The device is, in particular, a turbine rotor composed of a plurality of rotor segments, which is preferably designed for use in a system for generating electrical energy. The device is constructed from at least two components which are lined up along a rotation axis and are connected to one another via at least one weld seam. These preferably form a shaft. In this case, each component has a protuberance projecting in the radial direction, and the weld seam and a heat-affected zone enveloping the weld seam are continued between the protective moldings, so that the protective moldings of the components are connected to one another. As a result, the device and in particular the heat-affected zone of the device is less susceptible to stress corrosion cracking, which is why the device is preferably intended for use in a medium such as water vapor.

Mit Hilfe der Schutzanformungen und aufgrund der Weiterführung der Schweißnaht zwischen den Schutzanformungen werden die Teilbereiche der Schweißnaht, die mit dem aggressiven Medium unmittelbar in Kontakt stehen in Bereiche der Vorrichtung verlagert, in denen verhältnismäßig geringe und insbesondere gegenüber den übrigen Bereichen der Vorrichtung reduzierte Zugspannungen wirken. Gerade die Kombination aus einem angreifenden aggressiven Medium und wirkender Zugspannungen ist eine Ursache für die Spannungsrisskorrosion. Die Verlagerung der Schweißnahtaustrittspunkte, also der Bereiche der Schweißnaht, die dem aggressiven Medium unmittelbar ausgesetzt sind, in einen Bereich, in dem geringe oder zumindest reduzierte Zugspannungen wirken, führt daher in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung der Sensitivität der Vorrichtung und insbesondere der Wärmeeinflusszone gegenüber Spannungsrisskorrosion.With the help of Schutzanformungen and due to the continuation of the weld between the Schutzanformungen the portions of the weld, which with the aggressive Medium directly in contact are shifted into areas of the device in which act relatively low and in particular compared to the other areas of the device reduced tensile stresses. The combination of an aggressive medium and effective tensile stresses is one of the causes of stress corrosion cracking. The displacement of the weld exit points, ie the regions of the weld which are directly exposed to the aggressive medium into an area in which low or at least reduced tensile stresses act, therefore advantageously leads to a reduction of the sensitivity of the device and in particular of the heat affected zone to stress corrosion cracking ,

Erfindungsgemäß ist daher allgemein vorgesehen, dass durch geeignete konstruktive Maßnahmen die Wärmeinflusszone derart ausgebildet wird, dass in dem Bereich, wo Zugspannungen wirken, die Wärmeeinflusszone keinem Medium mehr ausgesetzt ist. Dort wo die Wärmeinflusszone einem Medium ausgesetzt ist, wirken vorzugsweise keine Zugkräfte mehr.According to the invention, it is therefore generally provided that the heat-affected zone is formed by suitable design measures such that in the region where tensile stresses act, the heat-affected zone is no longer exposed to a medium. Where the heat-affected zone is exposed to a medium, preferably no tensile forces act.

Vorzugsweise wird dabei die Geometrie der Schutzanformungen bei gegebener Geometrie der Vorrichtung derart gewählt, dass die bei vorgesehener Nutzung der Vorrichtung zu erwartenden von außen auf die Vorrichtung wirkenden Zugkräfte einen möglichst geringen Einfluss auf die über die Schweißnaht miteinander verbundenen Schutzanformungen hat.Preferably, the geometry of the Schutzanformungen given geometry of the device is chosen such that the expected in intended use of the device from the outside acting on the device tensile forces has the least possible impact on the interconnected via the weld Schutzanformungen.

Entsprechend einer bevorzugten Variante der Vorrichtung sind die Schutzanformungen flanschartig ausgestaltet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine zur Rotationsachse rotationssymmetrische Grundgeometrie ausweist und die Schweißnaht ein scheiben- oder ringförmiges Teilvolumen der Vorrichtung ausfüllt. Zudem sind derart geformte Schutzanforderungen technisch besonders einfach zu realisieren.According to a preferred variant of the device, the Schutzanformungen are designed flange. This is particularly advantageous if the device identifies a basic geometry which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation and the weld seam fills a disk-shaped or annular partial volume of the device. In addition, such shaped protection requirements are technically particularly easy to implement.

In vorteilhafter Weiterbildung weist zumindest eine Schutzanformung eine Einbuchtung im Bereich eines radial inneren Endes der Schutzanformung auf. Ziel ist es dabei, eine ungünstige Kraftübertragung oder Kraftweiterleitung innerhalb der Vorrichtung derart zu unterbinden, dass bei Nutzung der Vorrichtung auftretende und von außen an der Vorrichtung angreifende Kräfte in möglichst geringem Ausmaß Zugspannungen im Bereich der Schutzanformungen hervorrufen. Somit wirken die Einbuchtungen quasi als Entlastungskerben, die den Aufbau von Zugspannungen im Bereich der Schutzanformungen unterbinden.In an advantageous development, at least one protective molding has a recess in the region of a radially inner end of the protective molding. The aim is to prevent an unfavorable force transmission or force transmission within the device such that when using the device occurring and attacking from the outside of the device forces in the least possible extent cause tensile stresses in the region of Schutzanformungen. Thus, the indentations act as a kind of relief notches, which prevent the build-up of tensile stresses in the area of Schutzanformungen.

Darüber hinaus ist eine Variante der Vorrichtung von Vorteil, bei der der Verlauf der Wärmeeinflusszone im Bereich der Schutzanformungen umgelenkt ist. Dabei ist der Verlauf der Wärmeeinflusszone weiter bevorzugt im Bereich eines radial äußeren Endes der Schutzanformungen im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Hierdurch wird erreicht, dass Zugspannungen, die im Bereich der Schutzanformungen wirken, zumindest nicht senkrecht und bevorzugt parallel zur Oberflächennormalen einer Oberfläche der Schweißnaht wirken, die dem aggressiven Medium unmittelbar und direkt ausgesetzt ist. Da gerade Zugspannungen die Spannungsrisskorrosion unterstützen, die senkrecht zur Oberflächennormalen wirken, wird hierdurch die Anfälligkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion weiter verringert.In addition, a variant of the device is advantageous in which the course of the heat-affected zone is deflected in the region of the protective projections. In this case, the course of the heat-affected zone is further preferably aligned in the region of a radially outer end of the protective projections substantially parallel to the axis of rotation. This ensures that tensile stresses acting in the region of the Schutzanformungen, at least not perpendicular and preferably parallel to the surface normal of a surface of the weld act, which is directly and directly exposed to the aggressive medium. Since tensile stresses in particular support stress corrosion cracking, which act perpendicular to the surface normal, this further reduces the susceptibility to stress corrosion cracking.

Weiter ist eine Ausgestaltung der Vorrichtung zweckmäßig, bei der im Bereich eines radial äußeren Endes der Schutzanformungen eine Abdeckung vorgesehen ist. Mit Hilfe einer entsprechenden Abdeckung lässt sich zum Beispiel, sofern diese mit den Schutzanformungen verschweißt wird, der Verlauf der Schweißnaht und somit der Verlauf der die Schweißnaht umhüllenden Wärmeeinflusszone auf besonders einfache Weise im Bereich der Schutzanformungen umlenken.Furthermore, an embodiment of the device is expedient in which a cover is provided in the region of a radially outer end of the protective projections. With the aid of a corresponding cover, for example, if this is welded to the Schutzanformungen, the course of the weld and thus the course of the weld seam enveloping heat affected zone in a particularly simple manner in the area of Schutzanformungen.

Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Abdeckung durch Auftragsschweißen eines Schweißzusatzwerkstoffs gefertigt ist und somit letzten Endes Teil der Schweißnaht selbst ist. Auf diese Weise ist die Vorgabe eines Verlaufs der Wärmeinflusszone im Bereich der Schutzanforderungen technisch besonders einfach umzusetzen.It is particularly useful here, if the cover is made by build-up welding of a filler metal and thus, ultimately, is part of the weld itself. In this way, the specification of a course of the heat-affected zone in the field of protection requirements is technically particularly easy to implement.

Gemäß einer weiteren Variante der Vorrichtung sind die Bauteile der Vorrichtung aus unterschiedlichen Materialien und insbesondere aus unterschiedlichen Legierungen gefertigt. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die lokale Belastung der Vorrichtung über die Ausdehnung der Vorrichtung hinweg deutlich variiert und somit unterschiedliche Anforderungen an die einzelnen Bauteile der Vorrichtung gestellt werden.According to a further variant of the device, the components of the device are made of different materials and in particular of different alloys. Such a configuration is advantageous, for example, if the local load on the device varies significantly over the extent of the device, and thus different demands are placed on the individual components of the device.

Zweckmäßig ist zudem eine Variante der Vorrichtung, bei der bei einem definierten vorgegebenen maximalen Belastungsgrenzwert, wie beispielsweise eine maximale Zugspannung in Längsrichtung der Vorrichtung, für den die Vorrichtung ausgelegt ist, zumindest eines der Bauteile aus einem Material mit einer, im Vergleich zu Bauteilen ohne Schutzanformung, höheren Härte gefertigt ist. In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist die Härte hierbei um 10 % bis 25 % erhöht.Also useful is a variant of the device, wherein at a defined predetermined maximum load limit, such as a maximum tensile stress in the longitudinal direction of the device for which the device is designed, at least one of the components of a material with a, compared to components without Schutzanformung , higher hardness is made. In a further preferred embodiment, the hardness is increased by 10% to 25%.

Da die Bereiche der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, die dem aggressiven Medium ausgesetzt sind, in einen Bereich der Vorrichtung verlagert sind, in dem geringere Zugeigenspannungen und/oder geringere von außen aufgeprägte Zugspannungen wirken, ist die Vorrichtung und insbesondere die Wärmeeinflusszone bei gleicher Materialwahl gegenüber einer Vorrichtung ohne Schutzanformungen weniger anfällig für Spannungsrisskorrosion. Die hier vorgestellte Vorrichtung ist somit im Falle einer Materialwahl, wie bisher üblich, für eine höhere Belastung ausgelegt. Alternativ dazu ist es vorgesehen, die Auslegung, also den vorgesehenen maximalen Belastungsgrenzwert, wie beispielsweise eine maximale Zugspannung in Längsrichtung der Vorrichtung, beizubehalten und die Materialwahl für die Bauteile entsprechend anzupassen. Als Auswahlkriterium eignet sich dabei zum Beispiel die Härte eines Materials, weswegen die Auswahl eines geeigneten Werkstoffs für die Bauteile unter anderem wie oben beschrieben auf der Basis des Härtewertes des Werkstoffs vorgenommen wird. Ist beispielsweise bei Ausführung einer herkömmlichen Schweißverbindung zwischen den Bauteilen ein Werkstoff für die Bauteile mit einer Vickershärte von maximal 350HV10 vorgesehen, so erlaubt die Ausführung der hier vorgestellten Schweißverbindung eine Anhebung dieses Grenzwertes auf 420HV10.Since the areas of the weld and the heat affected zone, which are exposed to the aggressive medium, are displaced in a region of the device in which lower tensile residual stresses and / or lower externally applied tensile stresses act, the device and in particular the heat affected zone with a same choice of material against a Device without protective formations less susceptible to stress corrosion cracking. The device presented here is thus designed in the case of a choice of material, as usual, for a higher load. Alternatively, it is envisaged to maintain the design, ie the intended maximum load limit, such as a maximum tension in the longitudinal direction of the device, and to adapt the choice of material for the components accordingly. The selection criterion is, for example, the hardness of a Materials, therefore, the selection of a suitable material for the components, among other things as described above based on the hardness value of the material is made. If, for example, when executing a conventional welding connection between the components, a material is provided for the components with a Vickers hardness of a maximum of 350HV10, the execution of the weld joint presented here allows this limit value to be increased to 420HV10.

Je nach Anwendungsfall ist es vorgesehen, entweder auf eine gängige Wärmenachbehandlung der Vorrichtung und insbesondere der Wärmeeinflusszone zu verzichten oder aber eine Wärmenachbehandlung durchzuführen. Die Nutzung der verbesserten Schweißverbindung quasi als Ersatz für eine üblicherweise vorgenommene Wärmenachbehandlung ist vor allem zweckmäßig, wenn die Vorrichtung ansonsten, beispielsweise aufgrund ihrer Abmessungen, mit verhältnismäßig großem technischen Aufwand wärmenachbehandelt werden muss. Durch eine Kombination der verbesserten Schweißverbindung mit einer Wärmenachbehandlung lassen sich hingegen die Eigenschaften der Vorrichtung weiter verbessern. Dabei wird entsprechend einer bevorzugten Vorgehensweise eine lokale und insbesondere auf den Bereich der Schutzanformungen beschränkte Wärmenachbehandlung vorgenommen. Einer alternativen bevorzugten Vorgehensweise ist einer lokalen und insbesondere auf den Bereich der Schutzanformungen beschränkten Wärmenachbehandlung eine globale Wärmenachbehandlung überlagert.Depending on the application, it is provided either to dispense with a conventional post-treatment of heat of the device and in particular the heat-affected zone or perform a post-heat treatment. The use of the improved welded joint quasi as a substitute for a heat treatment usually carried out is particularly useful if the device otherwise, for example, due to their dimensions, must be reheated heat treatment with relatively large technical effort. On the other hand, a combination of the improved welded joint with a postheat treatment makes it possible to further improve the properties of the device. In this case, a local and in particular limited to the field of Schutzanformungen heat post-treatment is carried out according to a preferred approach. An alternative preferred procedure is superimposed on a global post-heat treatment for a local post-treatment, which is especially limited to the area of the protective formations.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Turbinenrotor mit herkömmlicher Schweißverbindung,
FIG 2: in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Turbinenrotor mit verbesserter Schweißverbindung und

FIG 3: in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Turbinenrotor mit alternativer verbesserter Schweißverbindung.

Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show:

FIG. 1: a sectional view of a turbine rotor with conventional welded connection,
FIG. 2: in a sectional view fragmentary a turbine rotor with improved welded joint and

FIG. 3: In a sectional view a detail of a turbine rotor with alternative improved welded joint.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen einer herkömmlichen Schweißverbindung und einer hier vorgestellten verbesserten Schweißverbindung sind in FIG 1 ein Turbinenrotor 2, insbesondere einer Dampf- oder Gasturbine einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie, mit herkömmlicher Schweißverbindung und in FIG 2 ein Turbinenrotor 2 mit verbesserter Schweißverbindung jeweils ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung abgebildet.To clarify the differences between a conventional welded joint and an improved welded joint presented here are in FIG. 1 a turbine rotor 2, in particular a steam or gas turbine of a plant for generating electrical energy, with conventional welded joint and in FIG. 2 a turbine rotor 2 with improved welded connection in each case partially shown in a sectional view.

Unabhängig von der Ausführung der Schweißverbindung ist der Turbinenrotor 2 aus mehreren Rotorsegmenten 4 aufgebaut, welche entlang einer Rotationsachse 6 aneinandergereiht sind, welche eine zylinderförmige Grundgeometrie aufweisen und welche stirnseitig über zumindest eine Schweißnaht 8 stoffschlüssig miteinander verbunden, also miteinander verschweißt sind. Die Verschweißung der Rotorsegmente 4 erfolgt typischerweise mittels eines Engspaltschweißverfahrens, während dem sich im Bereich der Schweißnaht 8 in den Rotorsegmenten 4 eine Wärmeeinflusszone 10 aufgrund von Wärmeeinwirkung ausbildet, in der unter anderem die Härte des Werkstoffs, aus dem die Rotorsegmente 4 gefertigt sind, gegenüber der Härte in den Rotorsegmenten 4 außerhalb der Wärmeinflusszone 10 erhöht ist. Bei diesem Engspaltschweißverfahren erfolgt ein zusätzlicher Materialeintrag eines Schweißzusatzwerkstoffes in einen Spalt zwischen den Rohrsegmenten 4.Regardless of the design of the welded joint, the turbine rotor 2 is composed of a plurality of rotor segments 4, which are lined up along a rotation axis 6, which have a cylindrical basic geometry and which are frontally connected via at least one weld 8 cohesively, ie welded together. The welding of the rotor segments 4 is typically carried out by means of a narrow gap welding process, during which forms a heat affected zone 10 in the region of the weld 8 in the rotor segments 4 due to heat, among other things, the hardness of the material from which the rotor segments 4 are made, compared to Hardness is increased in the rotor segments 4 outside the heat affected zone 10. In this narrow gap welding process, an additional material input of a welding filler occurs in a gap between the pipe segments 4.

Im Falle des Turbinenrotors 2 mit herkömmlicher Schweißverbindung verläuft jene Wärmeeinflusszone 10 genau wie die Schweißnaht 8 im Wesentlichen in radialer Richtung 12 und schließt an einem sogenannten Schweißnahtaustrittspunkt 14 oder vielmehr in einem Schweißnahtaustrittsbereich mit einer Oberfläche ab, die Teil einer der Rotationsachse 6 abgewandten äußeren Oberfläche 16 des Turbinenrotors 2 ist. Diese äußere Oberfläche 16 des Turbinenrotors 2 ist im Betrieb des Turbinenrotors 2 beispielsweise Wasserdampf oder (Verbrennungs-) Gasen ausgesetzt, welche als aggressives Medium zusammen mit im Turbinenrotor 2 wirkenden Zugspannungen Spannungsrisskorrosion am Turbinenrotor 2 hervorrufen können. Besonders gefährdet ist hierbei der zur Wärmeeinflusszone 10 gehörende Teil der äußeren Oberfläche 16, da der Werkstoff in diesem Bereich neben einer erhöhten Härte auch eine höhere Sprödigkeit aufweist.In the case of the turbine rotor 2 with a conventional welded connection, that heat-affected zone 10, like the weld seam 8, extends essentially in the radial direction 12 and closes at a so-called weld exit point 14 or rather in a weld seam exit region Surface from which is part of a rotation axis 6 facing away from the outer surface 16 of the turbine rotor 2. During operation of the turbine rotor 2, this outer surface 16 of the turbine rotor 2 is exposed, for example, to water vapor or (combustion) gases which, as an aggressive medium together with tensile stresses acting in the turbine rotor 2, can cause stress corrosion cracking on the turbine rotor 2. Particularly endangered in this case is the heat-influencing zone 10 belonging part of the outer surface 16, since the material in this area in addition to an increased hardness also has a higher brittleness.

Mit Hilfe einer in FIG 2 dargestellten verbesserten Schweißverbindung lässt sich das Risiko für eine Spannungsrisskorrosion verringern. Hierzu weist jedes Rotorsegment 4 eine flanschartige, ringförmige Schutzanformung 18 auf, welche an der äußeren Oberfläche 16 positioniert ist und in radialer Richtung 12 absteht. Die Schweißnaht 8 und somit auch die Wärmeeinflusszone 10 sind zwischen den Schutzanformungen 18 der Rotorsegmente 4 weitergeführt, so dass auch die Schutzanformungen 18 über die Schweißnaht 8 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird der Schweißnahtaustrittspunkt 14 bzw. der Schweißnahtaustrittsbereich in radialer Richtung 12 gesehen nach außen und somit in Richtung eines radial äußeren Endes der Schutzanformungen 18 verlagert, wo eine geringere lokale Belastung durch Zugspannungen gegeben ist. Aufgrund dieser verringerten Belastung durch Zugspannungen in genau dem Bereich, in dem die Wärmeinflusszone 10 mit dem aggressiven Medium, also dem Wasserdampf, in direktem Kontakt steht, wird die Sensitivität des Werkstoffs in diesem Bereich gegenüber Spannungsrisskorrosion und damit das Risiko für eine Spannungsrisskorrosion verringert. Da eben dieser Bereich den diesbezüglich anfälligsten Bereich des Turbinenrotors 2 darstellt, ist hierdurch die Anfälligkeit des gesamten Turbinenrotors 2 für Spannungsrisskorrosion reduziert.With the help of a FIG. 2 The improved weld joint shown reduces the risk of stress corrosion cracking. For this purpose, each rotor segment 4 has a flange-like, annular Schutzanformung 18, which is positioned on the outer surface 16 and projects in the radial direction 12. The weld seam 8 and thus also the heat-affected zone 10 are continued between the protective projections 18 of the rotor segments 4, so that the protective projections 18 are also connected to one another via the welded seam 8. In this way, the weld seam exit point 14 or the weld seam exit region is displaced outward in the radial direction 12 and thus displaced in the direction of a radially outer end of the protective moldings 18, where a lower local load due to tensile stresses is applied. Due to this reduced load by tensile stresses in exactly the area in which the heat-affected zone 10 is in direct contact with the aggressive medium, ie the water vapor, the sensitivity of the material is reduced in this area against stress corrosion cracking and thus the risk of stress corrosion cracking. Since this area represents the most vulnerable area of the turbine rotor 2 in this respect, this reduces the susceptibility of the entire turbine rotor 2 to stress corrosion cracking.

Zur weiteren Verbesserung der Haltbarkeit der Schweißverbindung ist die Schweißnaht 8 endseitig nach Art einer Abdeckung 20 ausgeformt, wobei jene Abdeckung 20 durch Auftragsschweißen des verwendeten Schweißzusatzwerkstoffs hergestellt ist. Aufgrund dieser Gestaltung der Schweißnaht 8 im Endbereich ist der Verlauf der Wärmeeinflusszone 10 in eben diesem Bereich umgelenkt und die Oberflächennormale der Oberfläche der Wärmeeinflusszone 10, die Teil der äußeren Oberfläche 16 ist, ist parallel zur Rotationsachse 6. Da insbesondere Zugspannungen in Bezug auf Spannungsrisskorrosion kritisch sind, die senkrecht zur Oberflächennormalen wirken, und da aufgrund der Umlenkung des Verlaufs der Wärmeeinflusszone 10 die lokale Belastung mit derart gerichteten Zugspannungen weiter reduziert ist, ist letzten Endes die Anfälligkeit des Turbinenrotors 2 gegenüber Spannungsrisskorrosion weiter verringert.To further improve the durability of the welded joint, the weld 8 is endwise in the manner of a cover Formed 20, wherein that cover 20 is made by build-up welding of the welding filler used. Due to this configuration of the weld seam 8 in the end region, the course of the heat affected zone 10 is deflected in just this area and the surface normal of the surface of the heat affected zone 10, which is part of the outer surface 16, is parallel to the axis of rotation 6. Since in particular tensile stresses with respect to stress corrosion cracking critical are perpendicular to the surface normal, and since due to the deflection of the course of the heat affected zone 10, the local load with such directed tensile stresses is further reduced, ultimately the susceptibility of the turbine rotor 2 against stress corrosion cracking is further reduced.

Eine alternative Ausgestaltung des Turbinenrotors 2 ist in FIG 3 abgebildet. Hier weist eine jede Schutzanformung 18 zusätzlich eine vorzugsweise ringförmig umlaufende Entlastungskerbe 22 auf, die an einem radial inneren Ende der Schutzanformung 18 platziert ist. Die Anordnung der Entlastungskerben 22 erfolgt dabei zwischen den Grundkörpern der Rotorsegmente 4 und dem Schweißnahtaustrittspunkt 14 bzw. dem Schweißnahtaustrittsbereich, wodurch die lokale Belastung durch Zugspannungen im Bereich des Schweißnahtaustrittspunkts 14 bzw. des Schweißnahtaustrittsbereichs zusätzlich reduziert wird, insbesondere wenn die Zugspannungen im Turbinenrotor 2 durch eine äußere Krafteinwirkung hervorgerufen wird, deren Angriffspunkt nicht im Bereich der Schutzanformungen 18 liegt.An alternative embodiment of the turbine rotor 2 is shown in FIG FIG. 3 displayed. Here, each Schutzanformung 18 in addition to a preferably annular encircling relief notch 22, which is placed at a radially inner end of the Schutzanformung 18. The arrangement of the relief notches 22 takes place between the main bodies of the rotor segments 4 and the weld exit point 14 or the weld exit area, whereby the local load is additionally reduced by tensile stresses in the region of the weld exit point 14 and the weld exit area, in particular if the tensile stresses in the turbine rotor 2 by a external force is caused, the point of attack is not in the range of Schutzanformungen 18.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Claims

Device (2),
in particular a turbine rotor (2) composed of a plurality of rotor segments (4),
constructed from at least two components (4) lined up along a rotation axis (6) and connected to one another via at least one weld seam (8),
wherein each component (4) has a protective formation (18) projecting in the radial direction (12), and wherein the weld seam (8) and a heat-affected zone (10) enveloping the weld seam (8) are continued between the protective moldings (18), so that the Schutzanformungen (18) of the components (4) are interconnected.

Device (2) according to claim 1,
wherein the Schutzanformungen (18) are designed flange.

Device (2) according to claim 1 or 2,
wherein at least one Schutzanformung (18) has a recess (22) in the region of a radially inner end of the Schutzanformung (18).

Device (2) according to one of claims 1 to 3, wherein the course of the heat-affected zone (10) in the region of the Schutzanformungen (18) is deflected.

Device (2) according to one of claims 1 to 4, wherein the course of the heat affected zone (10) in the region of a radially outer end of the Schutzanformungen (18) is aligned substantially parallel to the axis of rotation (6).

Device (2) according to one of claims 1 to 6, wherein in the region of a radially outer end of the Schutzanformungen (18) a cover (20) is provided.

Device (2) according to claim 6,
wherein the cover (20) is made by build-up welding a filler metal.

Device (2) according to one of claims 1 to 7, wherein the components (4) are made of different materials.

Device (2) according to one of claims 1 to 8, wherein at a defined predetermined maximum load limit at least one of the components (4) made of a material having a higher hardness compared to components (4) without Schutzanformung (18).

Device (2) according to claim 9,
the hardness is increased by 10% to 25%.