EP4037869A1 - Reparatur von beschichteten bauteilen mittels designanpassung - Google Patents

Reparatur von beschichteten bauteilen mittels designanpassung

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EP4037869A1
EP4037869A1 EP20797392.6A EP20797392A EP4037869A1 EP 4037869 A1 EP4037869 A1 EP 4037869A1 EP 20797392 A EP20797392 A EP 20797392A EP 4037869 A1 EP4037869 A1 EP 4037869A1
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wall thickness
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Heiko LAMMERS
Daniel Vöhringer
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    • Y10T29/49737—Metallurgically attaching preform

Definitions

  • the invention relates to the repair of components with an externally coated substrate, in which the coating is still present and, if necessary, cracks are present in the substrate.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • Ceramic residues of a layer 13 of a component 20 that are preferably present are removed by a preferably automatic blasting system. Thus only a used MCrAlY (MCrAlY contour line 4) remains on a substrate 21 with the initial contour line 10 of the component 20.
  • the surface of the component 20 is now purely metallic, which is important for further measurements. Furthermore, it can also be important for the further production steps to separate ceramic layer components and metal, if any.
  • the ceramic layer or the ceramic layer parts can be left on the substrate 21 in order to be removed together with the MCrAlY in the same work step. This also applies to the TGO, which was formed from the MCrAlY.
  • a suitable scan in particular water jet or laser beam ultrasound or CT, etc., in particular in a zero clamping system, an exact image with the position of the inner contour 16 of the substrate 21 is generated.
  • an external scan in particular by means of strip light projection, laser scan, etc., preferably in the same zero-clamping system, an accurate 3D model of the current component is obtained in this way.
  • the scan of the outer contour or the MCrAlY contour 4 is carried out in particular with the foot in the zero clamping system and scan internal geometry with the foot in the zero clamping system, so that the exact position of the blade as a 3D model with an inner contour in the zero clamping system is achieved.
  • a target component here a turbine blade, with a minimum contour 1, based on a minimum permissible minimum wall thickness 24, is now generated based on the inner contour 16.
  • the measurement tolerances of the inner contour 16 are preferably added to the outer tolerance machining and measurement, since only external machining takes place.
  • the layer 13 is removed and the substrate 21 is repaired at the same time by all machinable cracks 7 in the substrate 21 being worked out if necessary.
  • weld seams can be processed again with the machine data on the milling machine or grinding machine, in particular for smoothing and adaptation to the final geometry.

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Abstract

Durch die direkte mechanische Bearbeitung eines beschichteten Bauteils (20) nach Benutzung entfällt der Schritt des Entschichtens und selektiven Ausmuldens und selektivem Reparieren von Rissen (7), weil durch eine Designanpassung das Bauteil (20) so ausgelegt oder so eingesetzt wird, dass es aufgrund äußerer Geometriebedingungen nochmals eingesetzt werden kann.

Description

Reparatur von beschichteten Bauteilen mittels Designanpassung
Die Erfindung betrifft die Reparatur von Bauteilen mit außen beschichtetem Substrat, bei denen die Beschichtung noch vor handen ist und ggf. Risse im Substrat vorhanden sind.
Eine Voraussetzung für eine gelungene Digitalisierung in der Turbinenschaufelreparatur ist eine weitgehende Automatisie rung der Fertigung. Heutige Ansätze nehmen nur einzelne her kömmliche Arbeitsschritte heraus und versuchen diese durch einen Roboter oder durch eine automatisierte Fertigungsanlage zu ersetzen. Dieses Vorgehen ist aufwändig, da sehr viele Fertigungs- und Prüfanlagen angeschafft werden müssen, nicht besonders produktiv und in der Umsetzung komplex, da hier durch unnötig viele Schnittstellen zwischen Maschinen entste hen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, oben genanntes Problem zu lö sen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigt die Figur schematisch die Vorgehensweise der Erfin dung.
Die Figur und Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Die Reparatur läuft insbesondere wie folgt ab:
Vorbereitung :
Durch eine vorzugsweise automatische Strahlanlage werden vor zugsweise vorhandene keramische Reste einer Schicht 13 eines Bauteils 20 abgetragen. So verbleibt nur noch eine verbrauch te MCrAlY (MCrAlY Konturlinie 4) auf einem Substrat 21 mit der Ausgangskontur-Linie 10 des Bauteils 20.
Die Oberfläche des Bauteils 20 ist nun rein metallisch, was für weitere Messungen wichtig ist. Des Weiteren kann es auch für die weiteren Fertigungsschritte wichtig sein, keramische Schichtanteile und Metall zu trennen, falls vorhanden.
Alternativ kann die keramische Schicht oder können die kera mischen Schichtteile auf dem Substrat 21 belassen werden, um zusammen mit der MCrAlY in dem gleichen Arbeitsschritt ent fernt zu werden. Dies gilt ebenso für die TGO, die sich aus der MCrAlY heraus gebildet hat.
Durch einen geeigneten Scan, insbesondere Wasserstrahl- bzw. Laserstrahl-Ultraschall oder CT etc., insbesondere in einem Nullspannsystem wird ein genaues Bild mit Lage der Innenkon tur 16 des Substrats 21 erzeugt. Zusammen mit einem Außen scan, insbesondere mittels Streifenlichtprojektion, Laser scan, etc. vorzugsweise im selben Nullspannsystem erhält man so ein genaues 3D-Modell des aktuellen Bauteils im Raum.
Der Scan der Außenkontur oder der MCrAlY-Kontur 4 erfolgt insbesondere mit Fuß im Nullspannsystem und Scan Innengeomet rie mit Fuß im Nullspannsystem, so dass eine genaue Lage der Schaufel als 3D-Modell mit Innenkontur im Nullspannsystem er zielt wird.
Mit diesem Modell wird nun basierend auf der Innenkontur 16 ein Soll-Bauteil, hier eine Turbinenschaufel, mit Minimalkon tur 1, basierend auf einer minimal zulässigen Mindestwand dicke 24 generiert. Zu der Minimalkontur 1 wird ein Zuschlag für die Fertigung und/oder bei Toleranzen, nämlich die Toleranzkontur 2 ad diert.
Die Messtoleranzen der Innenkontur 16 werden vorzugsweise auf die äußere Toleranzbearbeitung und Messung aufgeschlagen, da nur eine äußere Bearbeitung erfolgt.
Dieses Modell zusammen mit dem Scan und dem Bauteil 20 im Nullspannsystem erlaubt es nun, das Bauteil 20 so zu bearbei ten, insbesondere durch Schleifen, Spanen, Fräsen, etc. ..., um die gewünschte Sollgeometrie = Toleranzkontur 2 herzustellen.
Hierdurch wird die Schicht 13 abgetragen und das Substrat 21 gleichzeitig repariert, indem auch ggf. alle bearbeitbaren Risse 7 im Substrat 21 herausgearbeitet werden.
Ein weiterer enormer Vorteil ist die Möglichkeit, somit erst mals Befunde im Radius wirklich reparieren zu können. Die Ge nauigkeit eines maschinellen Prozesses erlaubt es, hier den Radius leicht nach hinten und nach unten zu versetzen, ohne die Radiusgeometrie zu beeinflussen.
Des Weiteren könnten gleichzeitig alle Schweißvorbereitungen erfolgen. Da das Bauteil in einem Nullspannsystem eingespannt ist können diese Daten direkt an die Schweißanlage übertragen werden.
Nach dem Schweißen können die Schweißnähte wieder mit den Ma schinendaten auf der Fräse oder Schleifmaschine bearbeitet werden, insbesondere zur Glättung, Anpassung an die Endgeo metrie.
Danach muss das so bearbeitete Substrat 21 nur noch beschich tet werden. Zusammenfassung:
Optionales Abstrahlen der TBC —» Scannen / Innen / Außen —» Erstellung eines Sollmodels der Schaufel —» Abtragende Bear beitung auf Sollmaß —» Schweißen des Bauteils —» Bearbeitung der Schweißnähte auf Endkontur —» Beschichten.
Dieses vorteilhafte Vorgehen würde folgende Prozesse in einem bündeln:
• Entschichten der TBC, TGO falls kein Abstrahlen der Kera mik erfolgt
• Entschichten der MCrAlY / es wären keine Säurebäder mehr nötig
• Maskieren der Füße und Schützen der Innenschaufel für das Entschichten
• Zwischenstrahlen beim Entschichten
• Strahlen des Schaufelblattes
• Restschichtschleifen
• Heat Tint
• Manuell mechanische Reparatur (Beschleifen von Befunden).
• Dokumentation der Befunde
• Abnahme der Anstreifkante
• Schweißvorbereitungen
Die Vorteile sind:
• Es werden die Arbeitsschritte Entschichten, Maskieren, Re paratur, Schweißvorbereitung, Restschichtschleifen, etc. in einem Schritt obsolet,
• Kosteneinsparung durch Prozessverschlankung,
• es lassen sich mehr Bauteile retten, da eine Reparatur im Radius und Plattform ermöglicht wird,
• alles mit heutigem Equipment möglich,
• Lebensdauerberechnungen werden einfacher, da nur noch eine Restwanddicke bestimmt werden muss und keine komplizierten Rissfortschrittsrechnungen mehr nötig sind,
• durch die Referenz auf die Einspannung und den Schaufelfuß kann die Lage im Raum direkt via Maschinendaten zwischen den Prozessstationen ausgetauscht werden und erfordern keine wiederholten Scans.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reparatur eines zumindest außen beschichteten (13) hoh len Bauteils (20), bei dem das Bauteil (20) ein Substrat (21) aufweist, wobei das Substrat (21) zumindest eine Schicht (13) auf weist, wobei die zumindest eine Schicht (13) eine metallische und/oder keramische Beschichtung darstellt, wobei das Substrat (21) gegebenenfalls Risse (7) aufweist, wobei für das Verfahren die Innenkontur (16) und Außenkon tur (10) des hohlen Bauteils (20), insbesondere eine Wanddicke vermessen wird und durch eine Designanpassung oder -Überprüfung eine Mindest wanddicke (24) festgelegt wird, ob eine Minimalkontur (1) mit der Mindestwanddicke (24) vorhanden ist, wobei die Minimalkontur (1) einen erneuten Einsatz eines überarbeiteten Bauteils (20) mit dieser Mindestwanddicke (24) ermöglicht, und dann eine mechanische Bearbeitung des Bauteils, also des Substrats (21) und der Beschichtung (13) bis zu einer Toleranzkontur (2) erfolgt, also ohne vorherige Entschichtung und gegebenenfalls auch Material des Substrats (21) abgetragen wird, um Risse (7) zu entfernen, insbesondere mechanisch bearbeitet wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zuerst eine keramische Schicht oder keramische Schichtteile der Schicht (13) entfernt werden. 3. Variante des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem eine keramische Schicht oder keramische Schichttei le der Schicht (13) während der Reparatur nicht separat entfernt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem eine Schweißung von Rissen (7) im Substrat (21) er folgt, insbesondere nach der Abtragung von Material des Substrats (21).
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem nach Entfernung der Beschichtung (13) und optiona len Reparaturen, insbesondere Schweißung von Rissen (7), eine erneute Beschichtung erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem ein Bauteil (20), insbesondere eine Turbinenschaufel bearbeitet wird und durch die Referenz auf die Einspannung und insbesondere auf den Schaufelfuß der Turbinenschaufel die Lage im Raum direkt via Maschinendaten zwischen den Prozessstationen:
Vermessung, Beschichtung und Verschweißung ausgetauscht werden kann, so dass keine wiederholten Scans zur Referenzierung erfor derlich sind. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem Ultraschall, insbesondere mit Wasserstrahlankopplung, und/oder Laseranregung, Tauchverfahren, und/oder Computertomographie, insbesondere röntgenbasiert, zur Messung der Innenkontur (16) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem Streifenlichtprojektion und/oder Laserscan zur Vermessung der Außenkontur (10) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, bei dem bei der Designanpassung eine Mindestwanddicke (24), definiert wird durch: eine Innenkontur (16) der inneren Geometrie des Bauteils
(20) und durch eine äußere Minimalkontur (1), mit minimal zulässiger Mindestwanddicke (24) des Substrats
(21), wobei zu der Minimalkontur (1) ein Zuschlag für die Ferti gung- und/oder Messtoleranzen, definiert durch die Toleranzkontur (2), addiert wird.
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