WO2005007334A1 - Method and device for laser-welding structural parts by means of a wire and inductive preheating - Google Patents

Method and device for laser-welding structural parts by means of a wire and inductive preheating Download PDF

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WO2005007334A1
WO2005007334A1 PCT/DE2004/001227 DE2004001227W WO2005007334A1 WO 2005007334 A1 WO2005007334 A1 WO 2005007334A1 DE 2004001227 W DE2004001227 W DE 2004001227W WO 2005007334 A1 WO2005007334 A1 WO 2005007334A1
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laser
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welded
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Klaus Emiljanow
Maik Zeugner
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Mtu Aero Engines Gmbh
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  • a copy of the state-of-the-art documents mentioned in this report is enclosed. 1.
  • Basis of the report a. With regard to the language, the international search was carried out on the basis of the international application in the language in which it was submitted, unless stated otherwise under this point.
  • the invention relates to a method for laser welding of components according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for laser welding of components according to the preamble of patent claim 7.
  • the present invention relates to the field of welding technology, namely so-called laser welding.
  • Laser welding uses the energy of a laser for the actual welding process.
  • Laser welding is used, for example, for auto-welding or joint welding on workpieces or components made of nickel and / or cobalt-based super alloys.
  • Laser autowelding or laser connection welding is used, for example, in the repair of components of a gas turbine, in particular in the repair of turbine blades.
  • EP 0 785 837 B1 discloses a method for laser welding components made of a nickel- and / or cobalt-based superalloy.
  • the component to be welded is preheated using an inductive heating device and welded while maintaining or maintaining the inductive heating, a laser device being used as the energy source for the welding.
  • the material required for welding is provided in the form of a powder.
  • the corresponding device has a powder feed.
  • EP 0785 837 B1 proposes arranging the component on a movement system and moving the entire component via the movement system during welding.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel method for laser welding components and a corresponding device.
  • a material required for welding is supplied to the component to be welded in the form of a welding wire.
  • the feed and / or movement of the welding wire is controlled or regulated by a control or regulating device in such a way that the welding wire is moved along a welding point during welding in such a way that the entire welding point is welded.
  • the laser device is controlled or regulated by the control device in such a way that a laser beam is guided along the welding point synchronously with the welding wire. Complex movement systems for the component to be welded can thus be dispensed with.
  • the inventive device for laser welding of components is characterized by the features of claim 7.
  • FIG. 1 shows as an example a component part of a blade 10 of a high-pressure turbine, wherein a crack (not shown) within the blade 10 is to be repaired with the aid of the method and the device according to the invention by means of laser welding.
  • the blade 10 is arranged in a protective gas container 11, the protective gas container 11 serving to receive the component to be welded or the blade 10.
  • the shielding gas container 11 has a feed 12 for the shielding gas in the direction of the arrow 13.
  • a feeder 12 for the shielding gas supplies a network of pipelines (not shown in FIG. 1) with shielding gas.
  • a pipe 14 is shown in cross section.
  • the network of pipes 14 is arranged in the bottom region of the protective gas container 11 and is surrounded, for example, by steel wool 15. This serves to ensure a uniform distribution of the protective gas at the bottom of the protective gas container 11.
  • the protective gas flows through a perforated or perforated base plate 16 of the protective gas container 11 into a working space 17 of the same.
  • the blade 10 to be welded is positioned on a component receptacle 18 in the working space 17 of the protective gas container 11.
  • the shielding gas flowing through the base plate 16 uniformly flushes the outer surfaces of the blade 10 to be welded during the entire process.
  • the shielding gas can be discharged therefrom through leads, not shown, which are preferably located in an upper section of the shielding gas container 11.
  • the blade 10 to be welded or the component to be welded is positioned within the protective gas container 11 and is surrounded by an inductive heating device 19, two windings 20 of the inductive heating device 19 being shown by way of example in FIG. 1.
  • the inductive heating device 20 is connected to a high-frequency generator 23 via high-frequency bushings 21 and 22. 4 manure.
  • the heating power of the inductive heating device 19 can be adjusted via the high-frequency generator 23.
  • the blade 10 is preheated to a preheating temperature by means of the inductive heating device 19.
  • the actual laser welding is carried out while maintaining inductive heating.
  • the component or the blade 10 is kept at a temperature which is dependent on the specific superalloy. This welding temperature is usually between 900 ° C and 1 100 ° C.
  • the heating of the blade 10 or the temperature thereof is measured without contact by a pyrometer 24.
  • the pyrometer 24 is connected to a control or regulating device 26 via a control line 25.
  • the control or regulating device 26 compares the measured value provided by the pyrometer 24 with a corresponding desired value and controls or regulates the high-frequency generator 23 as a function of the deviation between the measured value and the desired value. In this way, the component or the blade to be welded becomes 10 heated to the required temperature and kept at this temperature.
  • a laser device 27 is used for laser welding the blade 10.
  • the laser device 27 is shown in a highly schematic manner in FIG. 1.
  • the laser device 27 can be, for example, a C0 2 laser. However, other laser devices can also be used.
  • the selection of a suitable laser device is the responsibility of the specialist addressed here.
  • the material required for welding or the material required for welding is supplied in the form of a welding wire 28 to the component to be welded or the blade 10 to be welded.
  • a welding wire feed device 29, shown schematically in FIG. 1, is used for this purpose.
  • the blade 10 is namely welded within the inductive heating device 19 during inductive heating.
  • the fact that the material required for welding is brought to the component or the blade 10 in the form of a welding wire is local 5 targeted or positionally accurate feeding of the material to the blade 10 to be welded possible.
  • the laser device 27 and the welding wire feed device 29 are also connected to the control line 25 via the control line 25.
  • Control device 26 connected.
  • the control or regulating device 26 is therefore not only used to control or regulate the inductive heating device 19, but rather also to control or regulate the laser device 27 and the welding wire feed device 29.
  • the control or regulating device 26 controls namely the feeding and / or movement of the welding wire 28 such that, on the one hand, the welding wire 28 is guided in the exact position in the area of the inductive heating device 19 to a welding point to be welded, and on the other hand that the welding wire 28 is moved along the welding point in such a way that the entire welding point can be welded.
  • a welding device (not shown) is assigned to the welding wire feed device 29. This is controlled by the control or regulating device 26 and guides or moves the welding wire 28 in the above sense.
  • the laser device 29 is also assigned a further movement device, not shown. This can also be controlled or regulated by the control or regulating device 26. For example, when welding the welding point of the blade 10, not only is the welding wire 28 moved along the welding point to be welded, but rather the laser beam is also moved synchronously with the welding wire 28 along the welding point. This ensures that the entire welding point is welded accurately and reliably. Elaborate movement devices for the component to be welded can be omitted.
  • the component to be welded or the blade 10 to be welded can of course also be moved relative to the laser device 27 and the welding wire feed device 29.
  • the component receptacle 18 can be designed to be movable within the protective gas container.
  • the method according to the invention and the device according to the invention it is proposed for the first time to heat the component to be welded using an inductive heating device during laser welding and to bring the required material in the form of a welding wire to the component to be welded.
  • This combination is particularly advantageous.
  • Laser welding has a small heat affected zone, which minimizes cracking on the component to be welded.
  • the welding wire can be used to bring the material required for welding to the component to be welded in a precise position. This reduces the design effort and increases the welding accuracy.

Abstract

The invention relates to a method for laser-welding workpieces (10). The structural part (10) is preheated by means of an inductive heating apparatus (19). Welding is done while maintaining inductive heating, a laser apparatus (27) being used as an energy source during welding of the structural part (10). According to the invention, a material that is required for welding is delivered to the structural part (10) which is to be welded in the form of a welding wire (28).

Description

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INTERNATIONALER RECHERCHENBERICHT (Artikel 18 sowie Regeln 43 und 44 PCT)INTERNATIONAL SEARCH REPORT (Article 18 and Rules 43 and 44 PCT)
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Dieser internationale Recherchenbericht wurde von der Internationalen Recherchenbehörde erstellt und wird dem Anmelder gemäß Artikel 18 übermittelt. Eine Kopie wird dem Internationalen Büro übermittelt. Dieser internationale Recherchenbericht umfaßt insgesamt . . Blätter. X Darüber hinaus liegt ihm jeweils eine Kopie der in diesem Bericht genannten Unterlagen zum Stand der Technik bei. 1. Grundlage des Berichts a. Hinsichtlich der Sprache ist die internationale Recherche auf der Grundlage der internationalen Anmeldung in der Sprache durchgeführt worden, in der sie eingereicht wurde, sofern unter diesem Punkt nichts anderes angegeben ist. | | Die internationale Recherche ist auf der Grundlage einer bei der Behörde eingereichten Übersetzung der internationalen Anmeldung (Regel 23.1 b)) durchgeführt worden. b. | [] Hinsichtlich der in der internationalen Anmeldung offenbarten Nucleotid- und/oder Aminosäuresequenz siehe Feld Nr. 2. H Bestimmte Ansprüche haben sich als nicht recherchierbar erwiesen (siehe Feld II). 3. PH Mangelnde Einheitlichkeit der Erfindung (siehe Feld III). 4. Hinsichtlich der Bezeichnung der Erfindung | | wird der vom Anmelder eingereichte Wortlaut genehmigt. [x"| wurde der Wortlaut von der Behörde wie folgt festgesetzt: VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM LASERSCHWEISSEN VON BAUTEILEN MIT EINEM DRAHT UN INDUKTIVER VORWÄRMUNG
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This international search report has been prepared by the International Searching Authority and will be transmitted to the applicant in accordance with Article 18. A copy will be sent to the International Office. This international search report comprises a total. , Leaves. X In addition, a copy of the state-of-the-art documents mentioned in this report is enclosed. 1. Basis of the report a. With regard to the language, the international search was carried out on the basis of the international application in the language in which it was submitted, unless stated otherwise under this point. | | The international search was carried out on the basis of a translation of the international application submitted to the authority (Rule 23.1 b)). b. | [] With regard to the nucleotide and / or amino acid sequence disclosed in the international application, see field no. 2. H Certain claims have proven to be non-researchable (see field II). 3. PH lack of uniformity of the invention (see field III). 4. With regard to the designation of the invention | the text submitted by the applicant is approved. [x " | the wording was determined by the authority as follows: METHOD AND DEVICE FOR LASER WELDING COMPONENTS WITH A WIRE AND INDUCTIVE PREHEATING
5. Hinsichtlich der Zusammenfassung I I wird der vom Anmelder eingereichte Wortlaut genehmigt. |x~| wurde der Wortlaut nach Regel 38.2b) in der in Feld Nr. IV angegebenen Fassung von der Behörde festgesetzt. Der Anmelder kann der Behörde innerhalb eines Monats nach dem Datum der Absendung dieses internationalen Recherchenberichts eine Stellungnahme vorlegen. 6. Hinsichtlich der Zeichnungen a. ist folgende Abbildung der Zeichnungen mit der Zusammenfassung zu veröffentlichen: Abb. Nr. 1 [ ~| wie vom Anmelder vorgeschlagen | | wie von der Behörde ausgewählt, weil der Anmelder selbst keine Abbildung vorgeschlagen hat. | | wie von der Behörde ausgewählt, weil diese Abbildung die Erfindung besser kennzeichnet. b. [~ wird keine der Abbildungen mit der Zusammenfassung veröffentlicht.5. With regard to Summary II, the wording submitted by the applicant is approved. | x ~ | the wording according to Rule 38.2b) in the version specified in field No. IV was determined by the authority. The applicant may submit an opinion to the Authority within one month of the date of dispatch of this international search report. 6. With regard to the drawings a. the following illustration of the drawings with the summary is to be published: Fig. No. 1 [ ~ | as proposed by the applicant | | as selected by the authority because the applicant did not propose a picture himself. | | as selected by the agency because this figure better characterizes the invention. b. [~ none of the figures with the summary will be published.
Formblatt PCT/ISA 210 (Blatt 1 ) (Januar 2004) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM LASERSCHWEISSEN VON BAUTEILEN MIT EINEM DRAHT UND INDUKTIVER VORWÄRMUNGForm PCT / ISA 210 (sheet 1) (January 2004) METHOD AND DEVICE FOR LASER WELDING COMPONENTS WITH A WIRE AND INDUCTIVE PREHEATING
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Laserschweißen von Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for laser welding of components according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for laser welding of components according to the preamble of patent claim 7.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schweißtechnik, nämlich das sogenannte Laserschweißen. Beim Laserschweißen wird die Energie eines Lasers für den eigentlichen Schweißvorgang genutzt. Das Laserschweißen findet zum Beispiel Verwendung beim Autragschweißen oder Verbindungsschweißen an Werkstücken bzw. Bauteilen aus Superlegierungen auf Nickel- und/oder Kobaltbasis. So wird La- serautragschweißen oder Laserverbindungsschweißen zum Beispiel bei der Reparatur von Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere bei der Reparatur von Turbinenschaufeln, verwendet.The present invention relates to the field of welding technology, namely so-called laser welding. Laser welding uses the energy of a laser for the actual welding process. Laser welding is used, for example, for auto-welding or joint welding on workpieces or components made of nickel and / or cobalt-based super alloys. Laser autowelding or laser connection welding is used, for example, in the repair of components of a gas turbine, in particular in the repair of turbine blades.
Aus der EP 0 785 837 B1 ist ein Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen aus einer nickel- und/oder kobaltbasierten Superlegierung bekannt. Nach diesem Stand der Technik wird das zu schweißende Bauteil mithilfe einer induktiven Heizeinrichtung vorgewärmt und unter Aufrechterhaltung bzw. Beibehaltung des induktiven Heizens geschweißt, wobei eine Lasereinrichtung als Energiequelle für das Schweißen verwendet wird. Gemäß der EP 0 785 837 B1 wird der zum Schweißen erforderliche Werkstoff in Form eines Pulvers bereitgestellt. Hierzu verfügt die entsprechende Vorrichtung über eine Pulverzuführung. Weiterhin wird in der EP 0785 837 B1 vorgeschlagen, das Bauteil auf einen Bewegungssystem anzuordnen und das gesamte Bauteil über das Bewegungssystem während des Schweißens zu bewegen.EP 0 785 837 B1 discloses a method for laser welding components made of a nickel- and / or cobalt-based superalloy. According to this prior art, the component to be welded is preheated using an inductive heating device and welded while maintaining or maintaining the inductive heating, a laser device being used as the energy source for the welding. According to EP 0 785 837 B1, the material required for welding is provided in the form of a powder. For this purpose, the corresponding device has a powder feed. Furthermore, EP 0785 837 B1 proposes arranging the component on a movement system and moving the entire component via the movement system during welding.
Die Zuführung des zum Schweißen erforderlichen Werkstoffs in Pulverform bedarf eines hohen konstruktiven Aufwands, um das Pulver dem zu schweißenden Bauteil örtlich gezielt zuzuführen. Weiterhin erfordert die Bewegung des Bauteils beim Laserschweißen einen hohen konstruktiven Aufwand. Das Verfahren sowie die Vorrichtung gemäß EP 0 785 837 B1 sind demnach aufwendig und teuer. 2The supply of the material required for welding in powder form requires a high level of design effort in order to deliver the powder locally to the component to be welded in a targeted manner. Furthermore, the movement of the component during laser welding requires a great deal of design effort. The method and the device according to EP 0 785 837 B1 are therefore complex and expensive. 2
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.Proceeding from this, the present invention is based on the problem of creating a novel method for laser welding components and a corresponding device.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.This problem is solved in that the aforementioned method for laser welding of components is further developed by the features of the characterizing part of patent claim 1.
Erfindungsgemäß wird ein zum Schweißen erforderlicher Werkstoff in Form eines Schweißdrahts dem zu schweißenden Bauteil zugeführt. Dies hat gegenüber dem Stand der Technik gemäß EP 0 785 837 B1 den Vorteil, dass der zum Schweißen erforderliche Werkstoff örtlich gezielter und gleichzeitig mit geringerem Aufwand an eine Schweißstelle herangeführt werden kann.According to the invention, a material required for welding is supplied to the component to be welded in the form of a welding wire. This has the advantage over the prior art according to EP 0 785 837 B1 that the material required for welding can be introduced to a welding point in a more targeted manner and at the same time with less effort.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Zuführung und/oder Bewegung des Schweißdrahts von einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Schweißdraht beim Schweißen derart entlang einer Schweißstelle bewegt wird, dass die gesamte Schweißstelle geschweißt wird. Die Lasereinrichtung wird dabei von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass ein Laserstrahl synchron mit dem Schweißdraht entlang der Schweißstelle geführt wird. Aufwändige Bewegungssysteme für das zu schweißende Bauteil können somit entfallen.According to an advantageous development of the invention, the feed and / or movement of the welding wire is controlled or regulated by a control or regulating device in such a way that the welding wire is moved along a welding point during welding in such a way that the entire welding point is welded. The laser device is controlled or regulated by the control device in such a way that a laser beam is guided along the welding point synchronously with the welding wire. Complex movement systems for the component to be welded can thus be dispensed with.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserschweißen von Bauteilen ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gekennzeichnet.The inventive device for laser welding of components is characterized by the features of claim 7.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Preferred developments of the invention result from the dependent subclaims and the following description.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, without being limited to this. The drawing shows:
Fig. 1 : ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laserschweißen von Bauteilen. 31: a block diagram of a device according to the invention for laser welding of components. 3
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserschweißen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 in größerem Detail erläutert.The inventive method and the inventive apparatus for laser welding are explained in greater detail below with reference to FIG. 1.
Fig. 1 zeigt exemplarisch als Bauteil eine Schaufel 10 einer Hochdruckturbine, wobei mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein nicht-dargestellter Riss innerhalb der Schaufel 10 mithilfe des Laserschweißens repariert werden soll.1 shows as an example a component part of a blade 10 of a high-pressure turbine, wherein a crack (not shown) within the blade 10 is to be repaired with the aid of the method and the device according to the invention by means of laser welding.
Die Schaufel 10 ist hierzu in einem Schutzgasbehälter 1 1 angeordnet, wobei der Schutzgasbehälter 1 1 der Aufnahme des zu schweißenden Bauteils bzw. der Schaufel 10 dient. Der Schutzgasbehälter 11 verfügt über eine Zuführung 12 für das Schutzgas in Richtung des Pfeils 13. Über die Zuführung 12 für das Schutzgas wird ein in Fig. 1 nicht näher dargestelltes Netz von Rohrleitungen mit Schutzgas versorgt. In Fig. 1 ist lediglich eine derartige Rohrleitung 14 im Querschnitt dargestellt. Das Netz von Rohrleitungen 14 ist im Bodenbereich des Schutzgasbehälters 1 1 angeordnet und beispielsweise von Stahlwolle 15 umgeben. Dies dient der Gewährleistung einer Gleichverteilung des Schutzgases am Boden des Schutzgasbehälters 11. Das Schutzgas strömt durch eine perforierte bzw. gelochte Bodenplatte 16 des Schutzgasbehälters 11 in einen Arbeitsraum 17 desselben. Im Arbeitsraum 17 des Schutzgasbehälters 1 1 ist die zu schweißende Schaufel 10 auf einer Bauteilaufnahme 18 positioniert. Das durch die Bodenplatte 16 strömende Schutzgas umspült während des gesamten Verfahrens gleichmäßig die äußeren Oberflächen der zu schweißenden Schaufel 10. Das Schutzgas kann durch nicht-gezeigte Ableitungen, die sich vorzugsweise in einem oberen Abschnitt des Schutzgasbehälters 1 1 befinden, aus demselben abgeführt werden.For this purpose, the blade 10 is arranged in a protective gas container 11, the protective gas container 11 serving to receive the component to be welded or the blade 10. The shielding gas container 11 has a feed 12 for the shielding gas in the direction of the arrow 13. A feeder 12 for the shielding gas supplies a network of pipelines (not shown in FIG. 1) with shielding gas. In Fig. 1, only such a pipe 14 is shown in cross section. The network of pipes 14 is arranged in the bottom region of the protective gas container 11 and is surrounded, for example, by steel wool 15. This serves to ensure a uniform distribution of the protective gas at the bottom of the protective gas container 11. The protective gas flows through a perforated or perforated base plate 16 of the protective gas container 11 into a working space 17 of the same. The blade 10 to be welded is positioned on a component receptacle 18 in the working space 17 of the protective gas container 11. The shielding gas flowing through the base plate 16 uniformly flushes the outer surfaces of the blade 10 to be welded during the entire process. The shielding gas can be discharged therefrom through leads, not shown, which are preferably located in an upper section of the shielding gas container 11.
Die zu schweißende Schaufel 10 bzw. das zu schweißende Bauteil ist innerhalb des Schutzgasbehälters 1 1 positioniert und ist von einer induktiven Heizeinrichtung 19 umgeben, wobei in Fig. 1 exemplarisch zwei Windungen 20 der induktiven Heizeinrichtung 19 dargestellt sind. Die induktive Heizeinrichtung 20 steht über Hochfrequenzdurchführungen 21 und 22 mit einem Hochfrequenzgenerator 23 in Verbin- 4 dung. Über den Hochfrequenzgenerator 23 ist Heizleistung der induktiven Heizeinrichtung 19 einstellbar.The blade 10 to be welded or the component to be welded is positioned within the protective gas container 11 and is surrounded by an inductive heating device 19, two windings 20 of the inductive heating device 19 being shown by way of example in FIG. 1. The inductive heating device 20 is connected to a high-frequency generator 23 via high-frequency bushings 21 and 22. 4 manure. The heating power of the inductive heating device 19 can be adjusted via the high-frequency generator 23.
Vor dem eigentlichen Schweißen der Schaufel 10 wird dieselbe mithilfe der induktiven Heizeinrichtung 19 auf eine Vorwärmtemperatur vorgewärmt. Unter Beibehaltung des induktiven Heizens wird das eigentliche Laserschweißen vorgenommen. Zum Schweißen wird das Bauteil bzw. die Schaufel 10 auf einer von der konkreten Superlegierung abhängigen Temperatur gehalten. Diese Schweißtemperatur liegt in der Regel zwischen 900°C und 1 100°C. Die Erwärmung der Schaufel 10 bzw. die Temperatur derselben wird von einem Pyrometer 24 berührungslos gemessen. Das Pyrometer 24 steht über eine Steuerleitung 25 mit einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 in Verbindung. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 vergleicht den vom Pyrometer 24 bereitgestellten Messwert mit einem entsprechenden Sollwert und steuert bzw. regelt in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Messwert und Sollwert den Hochfrequenzgenerator 23. Auf diese Art und Weise wird das zu schweißende Bauteil bzw. die Schaufel 10 auf die erforderliche Temperatur erwärmt sowie auf dieser Temperatur gehalten.Before the blade 10 is actually welded, the blade 10 is preheated to a preheating temperature by means of the inductive heating device 19. The actual laser welding is carried out while maintaining inductive heating. For welding, the component or the blade 10 is kept at a temperature which is dependent on the specific superalloy. This welding temperature is usually between 900 ° C and 1 100 ° C. The heating of the blade 10 or the temperature thereof is measured without contact by a pyrometer 24. The pyrometer 24 is connected to a control or regulating device 26 via a control line 25. The control or regulating device 26 compares the measured value provided by the pyrometer 24 with a corresponding desired value and controls or regulates the high-frequency generator 23 as a function of the deviation between the measured value and the desired value. In this way, the component or the blade to be welded becomes 10 heated to the required temperature and kept at this temperature.
Zum Laserschweißen der Schaufel 10 findet eine Lasereinrichtung 27 Verwendung. Die Lasereinrichtung 27 ist in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Bei der Lasereinrichtung 27 kann es sich zum Beispiel um einen C02-Laser handeln. Es können jedoch auch andere Lasereinrichtungen verwendet werden. Die Auswahl einer geeigneten Lasereinrichtung obliegt dem hier angesprochenen Fachmann.A laser device 27 is used for laser welding the blade 10. The laser device 27 is shown in a highly schematic manner in FIG. 1. The laser device 27 can be, for example, a C0 2 laser. However, other laser devices can also be used. The selection of a suitable laser device is the responsibility of the specialist addressed here.
Erfindungsgemäß wird das zum Schweißen erforderliche Material bzw. der zum Schweißen erforderliche Werkstoff in Form eines Schweißdrahts 28 dem zu schweißenden Bauteil bzw. der zu schweißenden Schaufel 10 zugeführt. Hierzu dient eine in Fig. 1 schematisiert dargestellte Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29. Mithilfe der Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29 ist der Schweißdraht 28 in den Bereich der induktiven Heizeinrichtung 19 hineinführbar. Die Schaufel 10 wird nämlich während des induktiven Heizens innerhalb der induktiven Heizeinrichtung 19 geschweißt. Bedingt dadurch, dass der zum Schweißen erforderliche Werkstoff in Form eines Schweißdrahts an das Bauteil bzw. die Schaufel 10 herangeführt wird, ist eine örtlich 5 gezielte bzw. positionsgenaue Zuführung des Werkstoffs an die zu schweißende Schaufel 10 möglich.According to the invention, the material required for welding or the material required for welding is supplied in the form of a welding wire 28 to the component to be welded or the blade 10 to be welded. A welding wire feed device 29, shown schematically in FIG. 1, is used for this purpose. The blade 10 is namely welded within the inductive heating device 19 during inductive heating. The fact that the material required for welding is brought to the component or the blade 10 in the form of a welding wire is local 5 targeted or positionally accurate feeding of the material to the blade 10 to be welded possible.
Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind auch die Lasereinrichtung 27 sowie die Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29 über die Steuerleitung 25 mit der Steuerbzw. Regeleinrichtung 26 verbunden. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 dient demnach nicht nur der Steuerung bzw. Regelung der induktiven Heizeinrichtung 19, sondern vielmehr auch der Steuerung bzw. Regelung der Lasereinrichtung 27 sowie der Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 steuert bzw. regelt nämlich die Zuführung und/oder Bewegung des Schweißdrahts 28 derart, dass einerseits der Schweißdraht 28 positionsgenau in den Bereich der induktiven Heizeinrichtung 19 an eine zu schweißende Schweißstelle geführt wird, und dass andererseits der Schweißdraht 28 entlang der Schweißstelle derart bewegt wird, dass die gesamte Schweißstelle geschweißt werden kann. Zur Bewegung des Schweißdrahts 28 entlang der zu schweißenden Schweißstelle ist der Schweißdraht- Zuführungseinrichtung 29 eine nicht-dargestellte Bewegungseinrichtung zugeordnet. Diese wird von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 angesteuert und führt bzw. bewegt den Schweißdraht 28 im obigen Sinne.As can be seen in FIG. 1, the laser device 27 and the welding wire feed device 29 are also connected to the control line 25 via the control line 25. Control device 26 connected. The control or regulating device 26 is therefore not only used to control or regulate the inductive heating device 19, but rather also to control or regulate the laser device 27 and the welding wire feed device 29. The control or regulating device 26 controls namely the feeding and / or movement of the welding wire 28 such that, on the one hand, the welding wire 28 is guided in the exact position in the area of the inductive heating device 19 to a welding point to be welded, and on the other hand that the welding wire 28 is moved along the welding point in such a way that the entire welding point can be welded. To move the welding wire 28 along the welding point to be welded, a welding device (not shown) is assigned to the welding wire feed device 29. This is controlled by the control or regulating device 26 and guides or moves the welding wire 28 in the above sense.
Weiterhin liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass auch der Lasereinrichtung 29 eine nicht-dargestellte, weitere Bewegungseinrichtung zugeordnet ist. Auch diese ist von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 26 steuerbar bzw. regelbar. So wird nämlich beim Schweißen der Schweißstelle der Schaufel 10 nicht nur der Schweißdraht 28 entlang der zu schweißenden Schweißstelle bewegt, sondern es wird vielmehr auch der Laserstrahl synchron mit dem Schweißdraht 28 entlang der Schweißstelle bewegt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die gesamte Schweißstelle genau und zuverlässig geschweißt wird. Aufwendige Bewegungseinrichtungen für das zu schweißende Bauteil können entfallen.Furthermore, it is within the meaning of the present invention that the laser device 29 is also assigned a further movement device, not shown. This can also be controlled or regulated by the control or regulating device 26. For example, when welding the welding point of the blade 10, not only is the welding wire 28 moved along the welding point to be welded, but rather the laser beam is also moved synchronously with the welding wire 28 along the welding point. This ensures that the entire welding point is welded accurately and reliably. Elaborate movement devices for the component to be welded can be omitted.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch das zu schweißende Bauteil bzw. die zu schweißende Schaufel 10 relativ zu der Lasereinrichtung 27 sowie der Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29 bewegt werden können. Hierzu kann die Bauteilaufnahme 18 innerhalb des Schutzgasbehälters verfahrbar ausgebildet sein. Es ist jedoch bevorzugt, die zu schweißende Schaufel 10 im Schutzgas- 6 behälter 11 ortsfest zu positionieren und die Lasereinrichtung 27 sowie die Schweißdraht-Zuführungseinrichtung 29 beim Laserschweißen relativ zum ortfesten Bauteil zu bewegen. Dies ist konstruktiv einfacher realisierbar.At this point, it should be pointed out that the component to be welded or the blade 10 to be welded can of course also be moved relative to the laser device 27 and the welding wire feed device 29. For this purpose, the component receptacle 18 can be designed to be movable within the protective gas container. However, it is preferred to protect the blade 10 to be welded in the protective gas 6 to position the container 11 stationary and to move the laser device 27 and the welding wire feed device 29 relative to the stationary component during laser welding. This is structurally easier to implement.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erstmals vorgeschlagen, beim Laserschweißen das zu schweißende Bauteil mithilfe einer induktiven Heizeinrichtung zu erwärmen und in Kombination den erforderlichen Werkstoff in Form eines Schweißdrahts an das zu schweißende Bauteil heranzuführen. Diese Kombination ist besonders vorteilhaft. Beim Laserschweißen liegt nämlich eine kleine Wärmeeinflusszone vor, wodurch die Rissbildung am zu schweißenden Bauteil minimiert wird. Des weiteren kann mithilfe des Schweißdrahts das zum Schweißen erforderliche Material positionsgenau an das zu schweißende Bauteil herangeführt werden. Dies reduziert den konstruktiven Aufwand und erhöht die Schweißgenauigkeit. With the method according to the invention and the device according to the invention, it is proposed for the first time to heat the component to be welded using an inductive heating device during laser welding and to bring the required material in the form of a welding wire to the component to be welded. This combination is particularly advantageous. Laser welding has a small heat affected zone, which minimizes cracking on the component to be welded. Furthermore, the welding wire can be used to bring the material required for welding to the component to be welded in a precise position. This reduces the design effort and increases the welding accuracy.

Claims

7 Patentansprüche 7 claims
1. Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen aus einer nickel- und/oder kobaltbasierten Superlegierung, insbesondere zur Reparatur von Bauteilen einer Gasturbine mittels Auftragschweißen oder Verbindungsschweißen, wobei das Bauteil (10) durch eine induktive Heizeinrichtung (19) vorgewärmt wird und unter Beibehaltung des induktiven Heizens geschweißt wird, und wobei beim Schweißen des Bauteils (10) eine Lasereinrichtung (27) als Energiequelle verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schweißen erforderlicher Werkstoff in Form eines Schweißdrahts (28) dem zu schweißenden Bauteil (10) zugeführt wird.1. A method for laser welding components made of a nickel- and / or cobalt-based superalloy, in particular for repairing components of a gas turbine by means of cladding or joint welding, the component (10) being preheated by an inductive heating device (19) and while maintaining inductive heating is welded, and a laser device (27) is used as the energy source when welding the component (10), characterized in that a material required for welding is supplied to the component (10) to be welded in the form of a welding wire (28).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) unter Beibehaltung des induktiven Heizens innerhalb der induktiven Heizeinrichtung (19) geschweißt wird, wobei der Schweißdraht (28) hierzu mit Hilfe einer Schweißdraht-Zuführungseinrichtung (29) in den Bereich der induktiven Heizeinrichtung (19) geführt bzw. bewegt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the component (10) is welded while maintaining the inductive heating within the inductive heating device (19), the welding wire (28) for this purpose using a welding wire feed device (29) in the area the inductive heating device (19) is guided or moved.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung bzw. Bewegung des Schweißdrahts (28) von einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung (26) derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass einerseits der Schweißdraht (28) an eine Schweißstelle des Bauteils (10) im Bereich der induktiven Heizeinrichtung (19) geführt wird, und dass andererseits der Schweißdraht (28) entlang der Schweißstelle bewegt wird, sodass die gesamte Schweißstelle geschweißt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the supply or movement of the welding wire (28) is controlled or regulated by a control or regulating device (26) such that on the one hand the welding wire (28) to a welding point of the component (10) in the area of the inductive heating device (19), and that, on the other hand, the welding wire (28) is moved along the welding point, so that the entire welding point is welded.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu auch die Lasereinrichtung (27) von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (26) derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass ein Laserstrahl synchron mit dem Schweißdraht (28) entlang der Schweißstelle bewegt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that for this purpose the laser device (27) is controlled or regulated by the control or regulating device (26) such that a laser beam is moved synchronously with the welding wire (28) along the welding point ,
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die induktive Heizeinrichtung (19) bewirkte Erwärmung des Bauteils (10) pyrometrisch gemessen wird. 85. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the heating of the component (10) caused by the inductive heating device (19) is measured pyrometrically. 8th
6. Verfahren nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom erfassten Messwert der Erwärmung des Bauteils (10) die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (26) die Leistung der induktiven Heizeinrichtung (19) steuert bzw. regelt.6. The method according to claim 5, characterized in that the control or regulating device (26) controls or regulates the output of the inductive heating device (19) depending on the measured value of the heating of the component (10).
7. Vorrichtung zum Laserschweißen von Bauteilen aus einer nickel- und/oder kobaltbasierten Superlegierung, insbesondere zur Reparatur von Bauteilen einer Gasturbine mittels Auftragschweißen oder Verbindungsschweißen, mit einer induktiven Heizeinrichtung (19) zur Vorwärmung bzw. Erwärmung des zu schweißenden Bauteils (10), und mir einer Lasereinrichtung (27) als Energiequelle, gekennzeichnet durch eine Schweißdraht- Zuführuπgseinrichtung (29) für die Zuführung des zum Schweißen erforderlichen Werkstoffs in Form eines Schweißdrahts (28).7.Device for laser welding of components made of a nickel and / or cobalt-based superalloy, in particular for repairing components of a gas turbine by means of cladding or joint welding, with an inductive heating device (19) for preheating or heating the component (10) to be welded, and with a laser device (27) as an energy source, characterized by a welding wire feed device (29) for feeding the material required for welding in the form of a welding wire (28).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (26), wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (26) die Bewegung des Schweißdrahts (28) beim Laserschweißen derart steuert bzw. regelt, dass der Schweißdraht (28) entlang einer Schweißstelle bewegt und die gesamte Schweißstelle geschweißt wird, und wobei die Steuerbzw. Regeleinrichtung (26) die Lasereinrichtung (27) derart gesteuert bzw. geregelt, dass ein Laserstrahl synchron mit dem Schweißdraht (28) entlang der Schweißstelle bewegt wird.8. The device according to claim 7, characterized by a control or regulating device (26), wherein the control or regulating device (26) controls the movement of the welding wire (28) during laser welding such that the welding wire (28) moved along a weld and the entire weld is welded, and wherein the Steuerbzw. Control device (26) controls or regulates the laser device (27) such that a laser beam is moved along the welding point in synchronism with the welding wire (28).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu der Lasereinrichtung (27) und der Schweißdraht-Zuführungseinrichtung (29) Bewegungseinrichtungen zugeordnet sind. 9. The device according to claim 8, characterized in that for this purpose the laser device (27) and the welding wire feed device (29) are associated with movement devices.
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