WO2008138385A1 - Verfahren zum schweissen von turbinenbauteilen - Google Patents

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WO2008138385A1
WO2008138385A1 PCT/EP2007/004399 EP2007004399W WO2008138385A1 WO 2008138385 A1 WO2008138385 A1 WO 2008138385A1 EP 2007004399 W EP2007004399 W EP 2007004399W WO 2008138385 A1 WO2008138385 A1 WO 2008138385A1
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welding
turbine
protective material
solvent
blade
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PCT/EP2007/004399
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Nikolai Arkajine
Jan Steinbach
Steffen Walter
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B23K37/06—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for positioning the molten material, e.g. confining it to a desired area
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    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
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    • 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
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a method for welding turbine components with at least one opening to be protected during welding.
  • Gas turbine-carrying turbine components such as guide vanes or rotor blades of gas turbines, are exposed during operation to highly corrosive environmental conditions. The life of such turbine components is therefore limited. Due to the repair (so-called refurbishment) of the turbine components their useful life can be extended. During reprocessing, damage such as cracks in the base material is repaired so that the component can then be put back into operation. The repair is often done by welding processes, such as laser welding or arc welding. An exemplary welding process for repairing turbine components is described in US 2006/0138093 A1.
  • openings also called film cooling holes, through which cooling air is blown out, which lays over the component surface as a protective cooling air film and thus attacks the hot gas on the component surface reduced.
  • openings should not be closed or reduced in diameter during the reprocessing of the turbine component by means of welding, as this would adversely affect the film cooling or, in the worst case, completely prevent it.
  • US 2006/0248719 A1 describes sealing turbine blade openings prior to welding by means of preformed inserts of heat-resistant metal or by means of a paste of heat-resistant metal, so that they are protected against ingress of liquid weld metal.
  • the method according to the invention for welding turbine components with at least one opening to be protected during welding comprises the steps of introducing a protective material into the opening to be protected before welding, welding the turbine component and removing the protective material after welding.
  • the protective material used is a ceramizable polymer material which is ceramized before welding.
  • the ceramization can in this case take place in particular during the preheating of the turbine component before welding, so that an additional process step for the ceramization is not necessary.
  • the protective material can be introduced into the opening to be protected as a hardenable paste and hardened before the ceramization in order to be able to securely hold the polymer material in the openings until the ceramization process.
  • the use of the ceramizable polymer material allows for easy filling of the openings by, for example, coating.
  • the ceramizable material may in particular comprise polysiloxane, a solvent and an inorganic filler.
  • a particularly suitable polysiloxane here is the polysiloxane of the form [CH 3 SiOi, 5 ] n .
  • Particularly suitable solvents are organic solvents, such as terpenol-based solvents.
  • inorganic fillers are in particular carbon powder and / or metal powder in question.
  • silicon oxy carbide glasses With the described material composition, so-called silicon oxy carbide glasses (SiOC glasses) form during the ceramization, which are outstandingly suitable as protective materials during welding.
  • the curing before ceramization can be brought about by a heat treatment at a temperature below 600 0C.
  • the ceramization can then be carried out by a pyrolysis at a temperature from the temperature range between 600 0 C and 1200 0 C.
  • the softening temperature of the resulting glass can also be influenced.
  • the pyrolysis is carried out in an argon atmosphere or in vacuum, the above-mentioned silicon oxy carbide glass is produced mainly.
  • quartz glass also called a crystallite
  • the ceramic material produced by the ceramization can be removed after welding, for example by burnout or by means of a blasting process, gently for the turbine component become. Leaching as in the material used in US 2006/0248719 A1 is not necessary.
  • FIG. 1 shows by way of example a gas turbine in a longitudinal partial section.
  • Figure 2 shows a perspective view of a blade or vane of a turbomachine.
  • FIG. 3 shows a combustion chamber of a gas turbine.
  • FIGS. 4 to 8 show different stages in the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with, for example, an annular hot gas channel 111.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
  • a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working medium 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium flows
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and this drives the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure longitudinal grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These writings are with respect. the chemical composition of the alloys part of the revelation.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium.
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition.
  • a thermal barrier coating On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schissebwschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These writings are with respect. the chemical composition of the alloy part of the disclosure.
  • the blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Grain structure (columnar, i.e. grains which extend over the entire length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i.
  • the whole work piece consists of a single crystal.
  • directionally solidified structures generally refers to single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, as well as stem crystal structures that have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co),
  • Nickel (Ni) is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5Re.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed from protective layers after use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. Thereafter, a the coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged in the circumferential direction around a rotation axis 102 open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 0 C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 Al, the The chemical composition of the alloy should be part of this disclosure.
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • FIG. 4 shows, in a highly schematic illustration, a section through the wall of the turbine blade 120 after removal of the ceramic thermal barrier coating and the MCrAlX coating.
  • the base material 1 of the turbine blade 120 and a cooling air bore 3 extending through the base material 1 can be seen.
  • the cooling air bore 3 extends from a cavity located in the interior of the turbine blade 120 and not shown in the figures to the surface 5 of the base material.
  • Surface 5 is also shown a damage 7 as a recess in the base material 1 schematically. This damage 7 is located in the immediate vicinity of the outlet opening 9 of the cooling air bore 3 in the surface 5.
  • the damage 7 is to be repaired by means of build-up welding.
  • the cooling air hole 3 is closed with a filler.
  • a curable polymer paste is coated in the cooling air hole 3.
  • the material composition of the polymer paste in the present embodiment comprises a polysiloxane, namely CH 3 Si0i, 5 , a terpeniol-based solvent and a filler comprising metal and / or carbon powder.
  • a polysiloxane namely CH 3 Si0i, 5
  • a terpeniol-based solvent e
  • a filler comprising metal and / or carbon powder.
  • the methylsiloxane is mixed with the thermopoly-based solvent as well as with the filler, the amount of solvent being chosen such that a spreadable paste is formed.
  • the turbine blade 120 to a heat treatment at a temperature in the range between 300 0 C and 600 0 C is subjected to the above middle paste hardens to form a cured body 11, wherein the material comparable wets.
  • the turbine blade 120 with the hardened body 11 arranged in the cooling air bore 3 is shown in FIG.
  • the crosslinked cured body 11 is a matrix which comprises inorganic constituents, namely Si-O-Si chains and organic side chains, predominantly -CH 3 present side by side.
  • the preheating temperature is between 600 ° C and 1200 0 C. At these temperatures also the pyrolysis located in the cooling air hole 3 cured body 11 takes place, which leads to a ceramization of the body. 11 In the present embodiment, the preheating - and thus the pyrolysis - takes place in a vacuum.
  • the polymer network of the cured body 11 is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases. If, as in the present embodiment, the pyrolysis takes place in vacuo, mainly Si-O-C networks, so mainly silicon oxy carbide glass are formed. Substantially the same result is obtained by carrying out the pyrolysis in an argon atmosphere instead of under vacuum. If, on the other hand, pyrolysis is carried out in air, Si-O-Si networks, ie a quartz glass, are mainly produced. Whether the pyrolysis is carried out in an argon atmosphere or in a vacuum or in air therefore depends on which glass is to be formed. Regardless of the choice of pyrolysis atmosphere, the organic
  • the build-up welding is carried out for repairing the damaged area 7.
  • a metal powder is added to the base material 1 of the turbine body. Schaufei 120 is similar or similar art, fed by means of a material supply line 15 to the damaged point 7.
  • the supplied material is melted, so that a weld pool 19 is formed in the area of the damaged point 7.
  • the weld pool 19 covers a little more surface 5 than the damaged area 7, so that it projects into a region 21 of the surface 5 of the base material 1, in which the outlet opening 9 of the cooling air bore 3 is located. This can be seen in FIG. However, due to the ceramic body 13 located in the cooling air bore 3, the cooling air bore 3 is protected against ingress of weld metal from the weld pool 19.
  • the ceramic body 13 After completion of the build-up welding and subsequent machining of the surface 5, the ceramic body 13 is burnt out of the cooling air bore 3. Alternatively, it is also possible to remove the ceramic body 13 from the cooling air bore 3 by waiting until the turbine blade has cooled down, wherein the ceramic body 13 becomes brittle due to the different cooling rates between the ceramic and the base material 1 and therefore easily by means of a blasting method, For example, sand or water jets can be removed. Of course, the final treatment of the surface 5 can also take place only after the removal of the ceramic material 13. The turbine blade 120 after removing the
  • the ceramizable polymer composition is not as
  • Paste painted in the cooling air holes instead, the mass is filled into molds that correspond to the cooling air holes in shape. Thereafter, a sectionaushärtung the paste, so that a partially hardened body, a so-called green body, arises, which is adapted in its shape exactly to the cooling air hole.
  • the green bodies are then, for example, manually introduced into the cooling air holes. Thereafter, the complete curing or ceramizing takes place.
  • the invention provides a method in which cooling air holes are sealed before welding by means of a ceramizable polymer mass, in order to protect them from penetration of weld metal. After welding, the ceramic material can be removed from the cooling air holes with relatively simple mechanical or thermal methods.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen (120) mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden Öffnung (3) zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Einbringen eines Schutzmaterials (13) in die zu schützende Öffnung (3) vor dem Schweißen, Schweißen des Turbinenbauteils (120) und Entfernen des Schutzmaterials (13) nach dem Schweißen. Als Schutzmaterial (13) findet ein keramisierbares Polymermaterial (11) Verwendung, das vor dem Schweißen keramisiert wird.

Description

Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schwei- ßen von Turbinenbauteilen mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden Öffnung.
Heizgasführende Turbinenbauteile wie etwa Leit- oder Laufschaufeln von Gasturbinen sind während des Betriebs stark korrosiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Die Lebensdauer derartiger Turbinenbauteile ist daher begrenzt . Durch die Reparatur (so genanntes Refurbishment) der Turbinenbauteile kann deren nutzbare Lebensdauer verlängert werden. Beim Wiederaufarbeiten werden Beschädigungen wie etwa Risse im Basismaterial repariert, so dass das Bauteil anschließend wieder im Betrieb genommen werden kann. Das Reparieren erfolgt häufig durch Schweißverfahren, etwa Laserschweißen oder Lichtbogenschweißen. Ein beispielhaftes Schweißverfahren zum Reparieren von Turbinenbauteilen ist in US 2006/0138093 Al beschrieben.
Um Turbinenbauteile während des Betriebs einer Gasturbine vor dem Angriff des korrosiven Heißgases zu schützen, weisen diese oft Öffnungen auf, auch Filmkühllöcher genannt, durch die Kühlluft ausgeblasen wird, die sich als schützender Kühlluftfilm über die Bauteiloberfläche legt und so den Angriff des Heißgases auf die Bauteiloberfläche vermindert. Derartige Öffnungen sollen beim Wiederaufarbeiten des Turbinenbauteils mittels Schweißens nicht verschlossen oder in ihrem Durchmes- ser verringert werden, da dadurch die Filmkühlung beeinträchtigt oder schlimmstenfalls vollständig unterbunden würde.
Um ein aufwendiges Wiederöffnen der Filmkühlöffnungen nach dem Wiederaufarbeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Öffnungen während des Schweißprozesses durch Einfüllen eines Füllmaterials vor dem Eindringen von flüssigem Schweißgut zu schützen. In US 4,726,104 ist bspw. beschrieben, eine Mischung aus Keramikpartikeln und einer Flüssigkeit in die Filmkühlöffnungen einzubringen und anschließend zu sintern. Die Öffnungen sind dann während des Schweißens gegen ein Eindringen flüssigen Schweißgutes geschützt.
In US 2006/0248719 Al ist beschrieben, Öffnungen von Turbinenschaufeln vor dem Schweißen mittels vorgeformter Einsätze aus hitzebeständigem Metall oder mittels einer Paste aus hitzbeständigem Metall zu verschließen, so dass sie gegen ein Eindringen flüssigen Schweißgutes geschützt sind.
Gegenüber dem genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen zur Verfügung zu stellen, in dem der Schutz der Öffnungen durch ein alternatives Material realisiert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden Öffnung umfasst die Schritte: Einbringen eines Schutzmaterials in die zu schützende Öffnung vor dem Schweißen, Schweißen des Turbinenbauteils und Entfernen des Schutzmate- rials nach dem Schweißen. Im erfindungsgemäßen Verfahren findet als Schutzmaterial ein keramisierbares Polymermaterial Verwendung, das vor dem Schweißen keramisiert wird. Das Kera- misieren kann hierbei insbesondere im Rahmen des Vorwärmens des Turbinenbauteils vor dem Schweißen erfolgen, so dass ein zusätzlicher Verfahrensschritt für das Keramisieren nicht notwendig ist.
Das Schutzmaterial kann insbesondere als aushärtbare Paste in die zu schützende Öffnung eingebracht und vor dem Keramisie- ren ausgehärtet werden, um das Polymermaterial bis zum Kera- misierungsprozess sicher in den Öffnungen halten zu können. Die Verwendung des keramisierbaren Polymermaterials ermöglicht ein einfaches Füllen der Öffnungen durch bspw. Einstreichen. Es ist jedoch auch möglich, das Material im wenigstens teilausgehärteten Zustand, also als so genannter Grünkörper, in die Öffnungen einzuführen. Das Einführen als Grünkörper ermöglicht das gezielte Einführen des keramischen Polymermaterials in die Öffnungen, ohne dass überschüssiges Material wie beim Einstreichen des Polymermaterials von der Oberfläche des Bauteils entfernt werden muss.
Das keramisierbare Material kann insbesondere Polysiloxan, ein Lösungsmittel sowie einen anorganischen Füllstoff umfassen. Ein besonders geeignetes Polysiloxan ist hierbei das Polysiloxan der Form [CH3SiOi, 5] n. Als Lösungsmittel sind ins- besondere organische Lösungsmittel wie etwa Lösungsmittel auf Terpeniolbasis geeignet. Als anorganische Füllstoffe kommen insbesondere Kohlenstoffpulver und/oder Metallpulver in Frage .
Mit der beschriebenen MaterialZusammensetzung bilden sich bei der Keramisierung so genannte Siliziumoxikarbid-Gläser (SiOC- Gläser) die sich hervorragend als Schutzmaterialien während des Schweißens eignen. Das Aushärten vor dem Keramisieren kann durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unter 6000C herbeigeführt werden. Die Keramisierung kann dann durch eine Pyrolysebehandϊung bei einer Temperatur aus dem Temperaturbereich zwischen 6000C und 12000C erfolgen. Durch geeignete Wahl einer Pyrolyse in Argonatmosphäre, in Luft oder in Vakuum kann zudem die Erweichungstemperatur des entstehenden Glases beeinflusst werden. Wenn die Pyrolyse in einer Argonatmosphäre oder in Vakuum durchgeführt wird, so entsteht hauptsächlich das bereits erwähnte Siliziumoxikarbid-Glas . Wird sie hingegen in Luft durchgeführt, entsteht zu einem großen Teil Quarzglas, auch Kristabolit genannt. Das durch die Keramisierung entstandene Keramikmaterial kann nach dem Schweißen bspw. durch Ausbrennen oder mittels eines Strahlprozesses schonend für das Turbinenbauteil entfernt werden. Ein Auslaugen wie beim in US 2006/0248719 Al verwendeten Material ist nicht notwendig.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längs- teilschnitt.
Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine.
Figur 3 zeigt eine Brennkammer einer Gasturbine.
Figuren 4 bis 8 zeigen unterschiedliche Stadien im erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel - ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125. Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium
113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein. Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline
Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be- steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich- tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl . des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zu- mindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) ,
Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10Al-0,4Y-l, 5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht .
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme- dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material
(massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär- medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte . Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildele- mente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 4 bis 8 beschrieben. Figur 4 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen Schnitt durch die Wand der Turbinenschaufel 120 nach dem Entfernen der keramischen Wärmedämmschicht sowie der MCrAlX-Beschichtung. Es sind das Basismaterial 1 der Turbinenschaufel 120 und eine sich durch das Basismaterial 1 erstreckende Kühlluftbohrung 3 zu erkennen. Die Kühlluftbohrung 3 erstreckt sich von einem im Inneren der Turbinenschaufel 120 befindlichen und in den Figuren nicht dargestellten Hohlraum bis zur Oberfläche 5 des Basismaterials. In der
Oberfläche 5 ist außerdem eine Beschädigung 7 als Vertiefung im Basismaterial 1 schematisch dargestellt. Diese Beschädigung 7 befindet sich in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung 9 der Kühlluftbohrung 3 in der Oberfläche 5.
Die Beschädigung 7 soll mittels Auftragsschweißen repariert werden. Um zu verhindern, das flüssiges Schweißgut aus dem Schweißbad während des Auftragschweißens in die in unmittelbarer Nähe gelegene Kühlluftbohrung 3 eintritt, wird die Kühlluftbohrung 3 mit einem Füllmaterial verschlossen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird daher eine aushärtbare Polymerpaste in die Kühlluftbohrung 3 eingestrichen. Die MaterialZusammensetzung der Polymerpaste umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Polysiloxan, nämlich CH3Si0i,5, ein auf Terpeniol basierendes Lösungsmittel sowie einen Füllstoff, der Metall- und/oder Kohlenstoffpulver umfasst. Statt des genannten Methylsiloxans kann aber auch ein anderes Polysiloxan oder ein Gemisch aus verschiedenen Polysiloxanen zur Anwendung kommen. Das Methylsiloxan wird mit dem Lösungsmit- tel auf Therpeniolbasis sowie mit dem Füllstoff vermischt, wobei die Menge an Lösungsmittel so gewählt ist, dass eine streichfähige Paste entsteht.
Nachdem die Polymerpaste in die Kühlluftbohrung 3 eingestri- chen worden ist, wird die Turbinenschaufel 120 einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur im Bereich zwischen 3000C und 6000C unterzogen, wobei die eingestrichene Paste zu einem ausgehärteten Körper 11 aushärtet, wobei das Material ver- netzt. Die Turbinenschaufel 120 mit dem in der Kühlluftbohrung 3 angeordneten ausgehärteten Körper 11 ist in Figur 5 dargestellt. Im vernetzten ausgehärteten Körper 11 liegt eine Matrix vor, die anorganische Bestandteile, nämlich Si-O-Si- Ketten und organische Seitenketten, überwiegend -CH3 nebeneinander vorliegend umfasst . Durch das Aushärten der Polymerpaste wird die Füllmasse sicher in der Kühlluftbohrung 3 gehalten.
Anschließend wird die Turbinenschaufel für das Auftragsschweißen vorgewärmt. Die Vorwärmtemperatur beträgt zwischen 600 °C und 12000C. Bei diesen Temperaturen findet außerdem eine Pyrolyse des in der Kühlluftbohrung 3 befindlichen ausgehärteten Körpers 11 statt, der zu einer Keramisierung des Körpers 11 führt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel findet das Vorwärmen - und damit die Pyrolyse - im Vakuum statt .
Bei der Pyrolyse wird das Polymernetzwerk des ausgehärteten Körpers 11 zersetzt und über thermische Zwischenstufen von amorphem bis kristallinen Phasen neu strukturiert. Wenn, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Pyrolyse im Vakuum stattfindet, bilden sich hauptsächlich Si-O-C-Netzwerke, also hauptsächlich Siliziumoxikarbid-Glas . Im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erhält man wenn man die Pyrolyse statt im Vakuum in einer Argonatmosphäre durchführt. Wird die Pyrolyse hingegen in Luft durchgeführt, so entstehen hauptsächlich Si-O-Si-Netzwerke, also ein Quarzglas. Ob die Pyrolyse in Argonatmosphäre bzw. im Vakuum durchgeführt wird oder an Luft hängt daher davon ab, welches Glas entstehen soll. Unabhängig von der Wahl der Pyrolyseatmosphäre werden die organischen
Bestandteile des ausgehärteten Körpers 11 während der Pyrolyse ausgegeben. Die Turbinenschaufel 120 mit dem nach der Pyrolyse entstandenen Keramikkörper 13 in der Kühlluftbohrung 3 ist in Figur 6 dargestellt.
Nach der Keramisierung erfolgt das Auftragsschweißen zum Reparieren der beschädigten Stelle 7. Zum Auftragsschweißen wird ein Metallpulver, das zum Basismaterial 1 der Turbinen- schaufei 120 artähnlich oder artgleich ist, mittels einer Materialzufuhrleitung 15 zu der beschädigten Stelle 7 zugeführt. Mittels eines Lasers 17 wird das zugeführte Material aufgeschmolzen, so dass ein Schweißbad 19 im Bereich der be- schädigten Stelle 7 entsteht. Das Schweißbad 19 bedeckt dabei etwas mehr Oberfläche 5 als die beschädigte Stelle 7, so dass es in einen Bereich 21 der Oberfläche 5 des Basismaterials 1 hineinragt, in dem sich die Austrittsöffnung 9 der Kühlluft- bohrung 3 befindet. Dies ist in Figur 7 zu erkennen. Durch den in der Kühlluftbohrung 3 befindlichen Keramikkörper 13 ist die Kühlluftbohrung 3 jedoch gegen ein Eindringen von Schweißgut aus dem Schweißbad 19 geschützt.
Nach dem Beenden des Auftragsschweißens und dem Nachbearbei- ten der Oberfläche 5 wird der Keramikkörper 13 aus der Kühlluftbohrung 3 ausgebrannt. Alternativ ist es auch möglich, den Keramikkörper 13 aus der Kühlluftbohrung 3 zu entfernen, indem gewartet wird, bis die Turbinenschaufel abgekühlt ist, wobei der Keramikkörper 13 auf Grund der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten zwischen der Keramik und den Basismaterial 1 versprödet und daher leicht mittels eines Strahlverfahrens, bspw. Sand- oder Wasserstrahlen entfernt werden kann. Selbstverständlich kann die Endbehandlung der Oberfläche 5 auch erst nach dem Entfernen des Keramikmaterials 13 erfolgen. Die Turbinenschaufel 120 nach dem Entfernen des
Keramikmaterials mit der geometrisch erhaltenen bzw. unveränderten Kühlluftbohrung 3 ist in Figur 8 dargestellt.
Obwohl das Verfahren im beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Laserschweißprozess ausgeführt wird, sind auch andere zum Auftragsschweißen geeignete Schweißprozesse möglich, etwa Lichtbogenschweißen.
In der Abwandlung des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahrens wird die keramisierbare Polymermasse nicht als
Paste in die Kühlluftbohrungen eingestrichen. Stattdessen wird die Masse in Formen gefüllt, die den Kühlluftbohrungen in ihrer Form entsprechen. Danach erfolgt eine Teilaushärtung der Paste, so dass ein teilausgehärteter Körper, ein so genannter Grünkörper, entsteht, der in seiner Form genau an die Kühlluftbohrung angepasst ist. Die Grünkörper werden anschließend bspw. manuell in die Kühlluftbohrungen eingeführt. Danach erfolgt das vollständige Aushärten oder gleich das Keramisieren .
Die Erfindung stellt also ein Verfahren zur Verfügung, in dem Kühlluftbohrungen vor dem Schweißen mittels einer keramisier- baren Polymermasse verschlossen werden, um sie vor Eindringen von Schweißgut zu schützen. Nach dem Schweißen lässt sich das Keramikmaterial mit relativ einfachen mechanischen oder thermischen Methoden wieder aus den Kühlluftbohrungen entfernen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen (120) mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden Öffnung (3) mit den Schritten:
- Einbringen eines Schutzmaterials (13) in die zu schützende Öffnung (3) vor dem Schweißen,
- Schweißen des Turbinenbauteils (120) , - Entfernen des Schutzmaterials (13) nach dem Schweißen,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Schutzmaterial (13) ein keramisierbares Polymermaterial (11) Verwendung findet, das vor dem Schweißen keramisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schutzmaterial (13) als aushärtbare Paste in die zu schützende Öffnung (3) eingebracht und vor dem Keramisieren ausgehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass
das keramisierbare Polymermaterial (11) Polysiloxan, ein
Lösungsmittel sowie einen anorganischen Füllstoff umfasst .
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Polysiloxan ein Polysiloxan der Form [CH3SiOi,5]n ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Lösungsmittel ein Lösungsmittel auf Terpeniolbasis ist
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der anorganische Füllstoff Kohlenstoffpulver und/oder Metallpulver umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Aushärten durch eine Wärmebehandlung bei einer Tempera- tur unter 6000C herbeigeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das Keramisieren durch eine Pyrolysebehandlung bei einer Temperatur aus dem Temperaturbereich zwischen 6000C und 12000C herbeigeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pyrolyse in einer Argonatmosphäre, in Luft oder im Vakuum durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schutzmaterial (13) nach dem Schweißen mittels eines Strahlverfahrens entfernt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schutzmaterial (13) nach dem Schweißen durch Ausbrennen entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das Turbinenbauteil (120) vor dem Schweißen vorgewärmt wird und das Keramisieren während des Vorwärmens herbeigeführt wird.
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