WO2011080257A1 - Verfahren zur reparatur eines gehäuseteils eines flugzeugtriebwerks - Google Patents

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WO2011080257A1
WO2011080257A1 PCT/EP2010/070774 EP2010070774W WO2011080257A1 WO 2011080257 A1 WO2011080257 A1 WO 2011080257A1 EP 2010070774 W EP2010070774 W EP 2010070774W WO 2011080257 A1 WO2011080257 A1 WO 2011080257A1
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WO
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housing part
filler
housing
bore
piece
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/070774
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Oke Peters
Thomas Gartner
Thilo Seitz
Norbert Arendt
Original Assignee
Lufthansa Technik Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form

Definitions

  • the invention relates to a method for repairing a housing part of an aircraft engine.
  • entste ⁇ hen to housing parts of aircraft engines often local damage caused by, for example, corrosion, mechanical stress or foreign body impact.
  • the corrosive and mechanical plante ⁇ to occur regularly in the same locations, namely where the body part is exposed to particularly high loads.
  • the invention is based on the object to provide a method for Re ⁇ paratur of a housing part, which can also be used when high demands are made on the strength of the material structure. Based on the above-mentioned prior art, the object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments can be found in the subclaims.
  • a conical bore is produced in the housing part.
  • a filling piece with a conical lateral surface is provided, with the conical lateral surface fitting into the conical bore.
  • the filler consists of a material which, compared to the material of the housing ⁇ part has an increased resistance to a load occurring at this Stel ⁇ le.
  • the filler is rotated in such a way that the material of the filler and the material of the housing flange are heated and plastified by rotational friction.
  • the filler and the housing flange are compressed in the axial direction against each other, so that an intimate connection is formed.
  • the housing flange with the inserted filler is machined so that the filler is flush with the Ge ⁇ housing flange.
  • housing ⁇ part includes all components that serve to ⁇ give the turbine or cover. In particular, these are the engine inlet housing, the fan housing, the combustion chamber housing, the low ⁇ pressure turbine housing and the high pressure compressor housing. Except ⁇ which the term also includes the structural components (Engl. Fra ⁇ mes), on the thrusts of the engines on the
  • the damaged material is removed from the housing part, the wall of the conical bore So it is made of undamaged material.
  • the cone-shaped lateral surface of the filler ⁇ then fitted into the conical bore, when there is contact between the conical surface and the wall of the conical bore in the inserted state over the entire circumference.
  • the contact can be flat, or it can only exist along one edge.
  • a necessary condition for the filler to fit the cone bore is that the smallest diameter of the filler is smaller than the largest diameter of the cone bore and that the largest diameter of the filler is greater than the smallest diameter of the cone bore.
  • a burden on the material of the housing may be anything that results in damage to the material during operation of the aircraft engine.
  • the load may be a mechanical, chemical or thermal load or a combination thereof.
  • in the inlet region of the engine occurs outside ⁇ the foreign body impact through stones or other hard Par ⁇ particles that are sucked from the runway into the engine.
  • a material then has an increased resistance to a certain load, if it can be exposed to this load for a longer period of time compared to another material, without being damaged.
  • the rotating and upsetting steps of the invention may be separate or combined with each other.
  • the rotation is stopped when the material is plasticized ⁇ from reaching. Only then, the force acting in the axial direction ⁇ is increased, so that the filler piece and the housing flange are mutually compressed.
  • the force acting in the axial direction is increased at the end, without the rotation being previously stopped.
  • the compression can also consist in that the force acting in the axial direction is already increased continuously during rotation. After all it is possible that through a large ⁇ SSE force is applied during rotation in the axial direction and that the rotation is stopped at the end, without increasing the force.
  • the method can be applied if the damage occurs on the surface of the housing wall. Damage in the surface of the housing wall can be caused for example by corrosion, by rubbing or by foreign body impact. A cone bore is created through the housing wall which is arranged and dimensioned to completely remove the damaged material and that the cone bore is limited only by undamaged material. After ⁇ the filler is connected by friction welding to the housing part, the filler is processed so that it is flush with the housing part. Flush finish means here that at the transition between the housing part and the filler no edges or heels more. In particular, the contour of the housing part can be restored so that it corresponds to the original corresponds to the contour of the housing part before the occurrence of the damage. In the area in which the patch has been inserted, the housing part has an improved Bestän ⁇ speed of withstanding the loads.
  • the inventive method is used to restore damaged holes in the housing part. Holes are provided for example in housing flanges, where a plurality of housing parts abut each other and are held together ⁇ screws. If the wall is of such a bore is damaged, the bore is extended into a conical bore, wherein the damaged material will wear ⁇ completely rank. So the wall of the conical bore consists of non ⁇ TMdigtem material. After the filler is connected by friction welding to the housing part and the filler was machined so ⁇ tet that it is flush with the housing part, a hole is produced by the filler, which corresponds to the original bore. The wall of the bore is then formed by the mate ⁇ rial of the filler and thus of a material that is better matched to the loads that occur in the bore.
  • the housing elevated Tem ⁇ temperatures and corrosive media may be exposed. In this environment, corrosion also occurs on materials that are considered less resistant to corrosion than corrosion. If the damage is caused in the housing part by corrosion, the quality of the housing part opposite this Be ⁇ utilization can be improved by a filler is used which has compared to the material of the housing part ei ⁇ ne increased corrosion resistance the material.
  • the degree of Korro ⁇ sion resistance can be measured according to ASTM B117-811.1, a standard that is also applied in determining the corrosion resistance to salt-containing solutions.
  • the corrosion resistance of metal alloys generally increases with a higher proportion of Cr in the alloy.
  • the Cr content in the material of the filler is higher than the Cr content in the material of the housing part.
  • steel is from a proportion of 12% Cr as corrosion resistant angese ⁇ hen. All percentages in the context of the invention relate to percent by weight. Occurs in such a steel as a result of use in an aircraft engine nevertheless in some places corrosion, then comes as a material for the filler, a steel into consideration, the Cr content is greater than 12 ⁇ 6, preferably greater than 15% before, more preferably greater than 20%.
  • the material of the filler may also be a nickel-based alloy.
  • the element preceding the term base alloy denotes the component of the alloy which has the largest share.
  • Nickel base alloys generally have higher corrosion resistance than steel. With a Gu ⁇ piece of a nickel-based alloy may under certain circumstances, a higher corrosion resistance can be achieved even if the Cr content is smaller than in the steel of the housing part. However, better results are also obtained here, when the Cr content in the filler is greater than in the housing part.
  • the Cr content is greater than 12%, more preferably greater than 15%, more preferably greater than 20% even with a nickel-based alloy. It may also contribute to the improvement of the corrosion resistance if, in the filler, alternatively or in addition to the Cr fraction, an Al content is contained.
  • ⁇ sondere suitable as a material for the filler are the nickel-based alloys IN718, Waspaloy, and Udimet 720. These are Le ⁇ alloys, the temperatures of a very high strength at elevated operation ⁇ and have excellent corrosion properties with good processability and which therefore as a material for turbine housings.
  • IN718 is composed (by weight) of 18.5% Fe, 19% Cr, 3% Mo, 5.1% Nb, 0.5% Al, 0.95% Ti, minor proportions C and B, with the remainder Ni.
  • Waspaloy and Udimet however, have no iron, but cobalt as the main alloying element.
  • Waspaloy consists of (insonspro ⁇ percent): 19.5% Cr, 13.5% Co, 4.3% Mo, 1.3% Al, 3% Ti, at low share ⁇ C and B, balance Ni.
  • the chemical composition of Udimet 720 is (by weight): 18% Cr, 14.5% Co, 3% Mo, 1.3 W, 2.5% Al, 5% Ti, low levels of C and B, balance Ni.
  • the housing part can also be damaged by mechanical stress. Damage due to mechanical stress can occur, for example, due to the engagement of centering pins or anti-rotation pins in bores.
  • the material can be damaged by rubbing ge ⁇ . Grooves in which pins are guided, can be beaten ⁇ .
  • the quality of the housing part can be increased by using a filler whose material has an increased wear resistance compared with the material of the housing part. The degree of wear resistance can be measured according to the standard ASTM G132-96 (2007), which is based on a so-called pin abrasion testing.
  • the Verschlierefes ⁇ activity is regularly improved when the material of the filler has a greater hardness than the material of the housing part.
  • He ⁇ ranges can be an increased wear resistance beispiels ⁇ example with a filler from Tribaloy T-800.
  • Tribaloy T-800 is a Co-Cr-Mo-Si alloy (Co-17, 5Cr-28Mo-3, 5Si, in weight percent ⁇ ).
  • the microstructure is about 50 ⁇ 6 each of a hard intermetallic Lavesphase and a soft cobalt matrix. This structure results in optimum wear protection own sheep ⁇ th, due to the soft Co matrix and optimal corrosion protection properties ⁇ due to the high Co and Cr content.
  • the contact between the housing part and a counterpart does not always cause the housing part to be damaged.
  • a repair of the engine may also be necessary because of this. become detrimental because the counterpart has been damaged, with which the housing is engaged. This can also be counteracted by the housing part is better adapted to the actual load occurring.
  • the load for the counterpart can be reduced by using a filler whose material has a lower hardness than the material of the housing part.
  • a bronze alloy filler such as CuAl (Cu-9% Al-4% Fe-4% Ni, in weight percent) or CuZn (Cu-37% Zn-2% Mn-2% Al, in Weight percent).
  • Bronze alloys generally have a good thermal conductivity and a lower melting point than the material of the housing ⁇ part. Due to friction between the filling piece of the bronze alloy and the housing part, the filler is therefore often in the plasticized state rather than the housing part. For friction welding, this is disadvantageous because no uniform connection can form.
  • the housing part is therefore heated before the actual step of friction ⁇ welding. It is possible, for example, an inductive heating of the housing part.
  • An alternative way of He ⁇ warming is to take a different piece of the filler friction ⁇ piece and to heat the housing part by rotational friction between the friction piece and the housing part. If the housing part is sufficiently heated, the friction piece is removed and instead the filler used to complete the process of friction welding by further rotary rubbing.
  • the inventive method is applicable in its hitherto be appreciatede ⁇ nen form in steels, including martensitic steels, and Ni and Co-based alloys, which are common for housing parts of aircraft engines.
  • steels including martensitic steels, and Ni and Co-based alloys, which are common for housing parts of aircraft engines.
  • precipitation hardening martensitic steels is ⁇ sets.
  • housing material for the high-pressure compressor titanium alloys and martensitic steels are used.
  • some engine casings are made of the martensitic M152 steel with proportions of 12% Cr, 2.5% Ni, 1.8% Mo and 0.33% V.
  • Another steel used for housing parts is the alloy 17-4 PH (17 % Cr - 4% Ni - 3.1% Cu). This alloy is also among the martensitic steels, with the peculiarity of an additional precipitation hardening, which achieves even higher strength compared to the purely martensitic steels. It was not to be expected that the process would also work for martensitic steels, because martensitic steel is very difficult to process with conventional welding processes.
  • the process is therefore carried out as the case of aluminum alloys, that instead of a filler having an increased resistance, a filler is selected from ⁇ certain loads, the dissimilar from a suitable for the aluminum alloy of the housing part welding filler material is.
  • An alloy is referred to as alien to a base alloy if alloying elements are outside the specified tolerance range of the base alloy.
  • Non-native alloys generally have a new specification in the relevant standards, such as the ASM International specifications.
  • the Her ⁇ position method of dissimilar filler is not necessarily tied to the manufacturing process of the base material.
  • the welding filler material is the material that is supplied during the welding process to fill the welding region. Which type foreign welding filler material is suitable for a specific aluminum ⁇ minium alloy can be found in the corresponding tables.
  • the Al alloy A16061 which is particularly suitable for the area of the engine intake and the fan, has a nominal chemical composition in percent by weight of 1.0% Mg, 0.6% Si, balance aluminum.
  • a high strength of the repaired material is achieved when the welding filler metal Al-Mg-Mn-Zr is chosen for the filler, the magnesium content between 3.0% and 7.0%, the manganese content between 0.3% and 1.0 % and the Zir ⁇ koniumgehalt between 0% and 1.5%.
  • Particularly preferred is the alloy: 6.0% Mg, 0.8% Mn, 0.1% Zr, balance AI.
  • the A12219 aluminum alloy which is also suitable for the engine intake and fan area, has a nominal chemical composition in weight percent ⁇ 6 "6 Cu, 0.3% Mn, balance Al.
  • A12319 alloy is suitable with the composition : 6.3% Cu, 0.3% Mn, 0.18% Zr, 0.15% Ti, 0.1% V, remainder AI
  • the alloy addition Ti in Al 2319 serves to compensate for the hardness drop.
  • the method according to the invention as described above can serve both for repairing damage in the surface of the housing part and for repairing bores in housing parts.
  • the following paragraphs apply to both embodiments of the method according to the invention.
  • a filling piece of an extruded material can be used.
  • a filler made of powder metallurgy material is especially true if the mate ⁇ rial of the filler is a superalloy nickel-based as in ⁇ example IN718 or if the alloy comprises refractory metals.
  • the method can be used when the cone hole has a smallest diameter of 8.5 mm and a length of 5 mm. It is possible to perform the friction welding so that over the entire circumference of the filler and over the entire Ma ⁇ material thickness of the housing flange of 5 mm an intimate connection arises between the filler and the housing flange.
  • the inventive process can therefore in particular applied to ⁇ if the material thickness of the housing part is greater than 2 mm or larger than 3 mm.
  • An essential aspect in the implementation of the method is to use the rotational friction so that both the filler and the conical bore are uniformly plasticized over the entire surface to be connected.
  • Good force transmission for the rotational friction between the filler and the bore is achieved in that both the filler and the bore have a cone shape.
  • the wall of the cone bore is inclined at an angle of inclination between 15 ° and 30 ° with respect to the axial direction of the bore.
  • the inclination angle of the filler can be identical to the inclination ⁇ angle of the conical bore, so that the lateral surface of the filler can lie flat against the cone bore. It is then a very large torque required to enable the filler against the cone bore in rotation.
  • a lower driving force for the filler is sufficient if the angle of inclination of the filler slightly deviates from the angle of inclination of the conical bore ⁇ .
  • the deviation is preferably between 0.5 ° and 8 °, more preferably between 1 ° and 4 °.
  • the rotational friction acts initially in the wide part of the cone bore. Only when the material is plasticized in this area, the rotational friction continues in the direction of the narrower part of the conical bore. If the angle of inclination of the filling piece is smaller than the angle of inclination of the conical bore, the rotational friction first acts in the narrow part of the conical bore and then continues into the wide part. In the first attempts, the latter has led to better results.
  • the housing flange In order to avoid that too much heat energy is released into the environment in the regions of the housing flange which are near the surface and, as a result, the intimate connection between the filler piece and the housing flange is impaired.
  • An excessive release of heat energy can be prevented by the housing flange is deposited in the region of the conical bore with a plate before the Rotati ⁇ onsreibung between the filler and the housing flange is generated.
  • the plate may have an opening. The plate is so arranged ⁇ that the opening and the conical bore overlap.
  • the covering such that the opening of the plate is greater than the outlet of the conical bore, there is a risk of an inhomogeneous material flow at the outlet of the cone ⁇ bore.
  • the quality of the connection between the filler and the housing flange can suffer and it can cause cracks in the material.
  • the opening may be smaller than the exit of the cone bore. In the area in which the material of the filler and the material of the housing flange are plasticized by rotational friction, then the plate rests on the housing flange and prevents inhomogeneous material flow.
  • the opening in the plate has a cylindrical shape ha ⁇ ben is.
  • the angle of inclination of the tapered aperture in a preferred embodiment is equal to the angle of inclination of the wall of the tapered bore so that the aperture lengthens the tapered bore without kinking.
  • the angle of inclination of the opening may also be smaller or larger than the inclination angle of the conical bore.
  • the conical shape of the opening in the plate is particularly important in the immediate vicinity of the exit of the conical bore, because the plate there has a direct influence on the properties of the plasticized material. In the area facing away from the conical bore region, the opening of the plate can also have a different shape and, for example, pass into a cylindrical bore.
  • the material of the plate is preferably steel. A good resulting ⁇ nis of the process is obtained if the plate consists of a steel having face-centered cubic lattice structure which has a low thermal conductivity. If the friction welding deposit ⁇ closed, the plate is removed. If the plate has been welded to the flange during friction welding, it must be removed by a metal-cutting process. To facilitate this he ⁇ , the plate can be composed of several overlapping parts. A first, preferably thinner part rests on the flange. If this part connects to the flange, it can be removed with little effort by a machining process. A second part is on the first part. The second part can be easily lifted after friction welding because it has not connected to the first part.
  • the sacrificial plate consists of a material which is similar to the material of the housing flange or the filler. Two materials are art ⁇ the same if they are based on the same base alloy based. The material of the sacrificial plate can then contribute to the plasticized ed material of the filler and the housing flange vermen ⁇ gen and a homogeneous connection.
  • the material may be annealed prior to machining.
  • the annealing time is preferably at least two times longer than during normal tempering.
  • Typical of mar- tensitician steel is a two-stage tempering process, in which the material in the first step for three hours by a Tempe ⁇ temperature of 564 ° C and in the second step three hours at a temperature of 511 ° C is treated.
  • the first step may be extended to nine hours, while the second step remains unverän ⁇ changed.
  • Fig. 1 a cut-out view of two housing parts in the assembled state
  • FIG. 2 shows a section of a housing part in disassembled to stand ⁇ ; ig. 3-7: schematic representations of the method according to the invention;
  • ig. 8 shows an alternative embodiment of the invention
  • ig. 9 shows a detail of a housing part
  • a housing of an aircraft engine is assembled from a plurality of housing parts 10, 11. On the housing parts 10, 11 flanges 12, 13 are formed, via which the housing parts 10, 11 abut each other.
  • the flanges 12, 13 are 5 mm thick.
  • cylindrical bores 14, 15 are formed with a diameter of 8.5 mm. The holes 14, 15 are aligned with each other when the engine is assembled, so that the housing parts 10, 11 can be connected to each other via a screw 16.
  • the housing is disassembled as shown in Fig. 2, is shown in many FAEL ⁇ len corrosion in the wall of the bore 14, as is indicated at 17.
  • Such damage can be repaired using the inventive method in such a way that the housing part after the Repara ⁇ structure a higher resistance to corrosion has as a new part.
  • the bore 14 is expanded to a tapered bore 18, being so deeply engaged in the Gezzau ⁇ seflansch 12, that the attacked by corrosion material is completely removed.
  • the wall of the cone ⁇ bore 18 is inclined at an angle to the axial direction.
  • a filler 19 shown in FIG. 3 and a plate 20 are provided.
  • Housing flange 12 is made of M152 martensitic steel with proportions of 12% Cr, 2.5% Ni, 1.8% Mo and 0.33% V.
  • the material of plate 20 is a cubic face-centered steel with low thermal conductivity ,
  • a cone-shaped lateral surface 21 matching the conical bore 18 is formed.
  • the lateral surface is inclined at an angle ⁇ with respect to the axial direction and extends over a height h which is greater than the material thickness of the housing flange.
  • the height h may be 8 mm, for example.
  • the plate 20 comprises a cone-shaped opening 22 with a Nei ⁇ supply angle ⁇ with respect to the axial direction.
  • the filler 19 is made in this embodiment of the nickel-based alloy IN718.
  • the alloy contains about 20% chromium.
  • IN718 significantly korrosionsbehavi ⁇ ger than the steel M152.
  • a filler 19 made of one of the nickel-based alloys Waspaloy or Udimet 720 or a filler 19 made of a steel having a Cr content of about 20% could be used. All of these materials are significantly more corrosion resistant than steel M152.
  • the plate 20 is placed on the housing flange 12 so that the opening 22 is arranged concentrically to the conical bore 18.
  • the diameter of the Publ ⁇ voltage 22 is the same as the outlet of the conical bore 18. In other embodiments, the diameter of opening 22 is smaller.
  • the filler 19 is inserted into the conical bore 18, so that over the entire circumference of the filler 19, a contact between the conical lateral surface 21 and the conical bore 18 is.
  • the smallest diameter of the cone-shaped lateral surface 21 coincides with the smallest diameter of the conical bore 18. The contact between the cone-shaped lateral surface 21 and the conical bore 18 thus arises in this area.
  • the filling piece 19 is set in rotation, then the material of the filling piece 19 and the material of the housing flange 12 heats up in this area and is finally plastified.
  • the filling ⁇ piece 19 can penetrate deeper into the cone bore 18, whereby further material is plasticized. If the filler 19 penetrated so far into the conical bore such that the material over the entire height of the conical bore is plasticized 18 Rota ⁇ tion of the filler 19 is stopped. The filler 19 is compressed against the housing flange 12, so that an intimate connection between the material of the filler 19 and the material of the housing flange 12 is formed.
  • FIG. 5 shows the state of housing flange 12 and filler 19 after completion of friction welding and after removal of plate 20. Over the entire height of cone bore 18 there is a homogeneous connection between steel M152 of housing flange 12 and nickel-base alloy IN718 of filler 19. impurities which were squeezed out by the compression of the joining zone, 19 ge ⁇ collects in beads 28 of the filler piece side. The material of the housing flange 12 and the filler 19 is then annealed to reduce stresses.
  • the housing flange 12 By machining the housing flange 12 is then brought into the state shown in Fig. 6, wherein the introduced with the filler 19 in the housing flange 12 material is indicated by puncturing.
  • the filler 19 is thus processed so that it is flush with the surface of the Geotrou- sese flange 12 and that the original contour in the surface of the housing flange 12 is restored.
  • a new cylindrical bore through the Med ⁇ piece 19 is produced through, the position and dimensions of the original cylindrical bore 14 correspond, see Fig. 7.
  • the repaired housing flange corresponds in its strength of the material structure substantially the original housing flange.
  • the repaired housing flange is superior to the original housing flange because the entire wall of the bore 14 is formed of the corrosion resistant material IN718. It is expected that the flight ⁇ generating engine can remain in operation with the repaired housing part 10 is longer before a new repair due to corrosion in the bore 14 will be charged.
  • the method according to the invention can be used if the disassembly of the housing shows that the bore 14 is not damaged by corrosion but by mechanical stress.
  • the bore 14 may be knocked out or may have an oval cross section instead of a circular cross section.
  • the repair process then proceeds in its essential steps as described above.
  • a filler with increased corrosion resistance ⁇ speed a filler 19 is used with better wear resistance.
  • the filler 19 is made of the alloy Tribaloy T800, so that the material has significantly improved wear properties ⁇ than the martensitic steel M152 of the housing part 10.
  • the wall of the bore 14 is made entirely of Tribaloy T-800 and the risk of renewed Damage to the bore 14 due to mechanical stress is reduced.
  • the step of upsetting is of particular importance because oxides which have formed in the wall of the conical bore 18 when changing from the friction piece to the filling piece 19 must be pressed out completely from the joining zone.
  • the Verun ⁇ cleanings are removed from the joint zone is formed over the entire height of the conical bore 18 of a homogeneous connection between the bronze material of the filler 19 and the material of the housing flange 12.
  • the wall of the bore 14 has a reduced Hardness, so that the reduced load for the cooperating with the bore 14 counterpart.
  • a sacrificial plate 23 is additionally placed on the housing flange 12 from above.
  • the sacrificial plate 23 has an opening 24 which allows access to the inlet of the cone bore 18.
  • the opening 24 of the sacrificial plate 23 runs conically, wherein the inclination angle coincides with the inclination angle of the conical bore 18. If the filling ⁇ piece 19 inserted into the conical bore 18 and set in rotation, so not only the material of the housing flange 12, son ⁇ countries is also a part of the material of the sacrifice board 23 plasticized sheet.
  • the remaining material of sacrificial plate 22 is mechanically ent ⁇ removed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Gehäuseteils (10, 25) eines Flugzeugtriebwerks. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Konusbohrung (18, 27) in dem Gehäuseteil (10, 25) erzeugt. Es wird ein Füllstück (19) bereitgestellt, das eine konusförmige Mantelfläche (21) aufweist, die in die Konusbohrung (18, 27) passt. Das Füllstück (19) besteht aus einem Material, das verglichen mit dem Material des Gehäuseteils (10, 25) eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einer bestimmten Belastungaufweist. Das Füllstück (19) wird in Rotation versetzt, so dass Material des Füllstücks (19) und des Gehäuseteils (10, 25) sich durch Rotationsreibung erwärmt und plastifiziert wird. Das Füllstück (19) und das Gehäuseteil (12, 25) werden gegeneinander in Axialrichtung gestaucht. Das Füllstück (19) wird bearbeitet, so dass es bündig mit dem Gehäuseteil (12, 25) abschließt. Mit dem unter dem Begriff Reibschweißen bekannten Verfahren kann das beschädigte Gehäuseteil (12, 25) so repariert werden, dass es verglichen mit einem Neuteil eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einer bestimmten Belastung aufweist.

Description

Verfahren zur Reparatur eines Gehäusete
eines Flugzeugtriebwerks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Gehäuseteils eines Flugzeugtriebwerks. Im Laufe des Betriebs entste¬ hen an Gehäuseteilen von Flugzeugtriebwerken häufig lokale Schäden durch beispielsweise Korrosion, mechanische Beanspruchung oder Fremdkörpereinschlag. Die korrosiven und mechanischen Schä¬ den treten regelmäßig an denselben Stellen auf, nämlich dort, wo das Gehäuseteil besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist.
Fremdkörpereinschlag durch Steine tritt insbesondere an der In¬ nenwand von Triebwerkseinlassgehäusen und Fangehäusen auf.
Bislang werden beschädigte Gehäuseteile meistens durch Neuteile ersetzt. Es zeigt sich, dass nach einer entsprechenden Betriebs¬ dauer des Triebwerks mit dem neuen Gehäuseteil wieder die glei¬ chen Schäden auftreten wie bei dem ursprünglichen Gehäuseteil. Um dies zu vermeiden, werden Reparaturen zum Teil in der Weise durchgeführt, dass das beschädigte Material von dem Gehäuseteil abgetragen wird und dass stattdessen eine Buchse eingesetzt wird, die gegenüber der betreffenden Belastung eine höhere Beständigkeit aufweist. So kann beispielsweise eine ausgeschlagene Bohrung aufgebohrt werden und eine Buchse eingesetzt werden, die eine größere Härte hat und den ursprünglichen Durchmesser der Bohrung wieder herstellt. Die in die Bohrung eingesetzte Buchse wird nur durch Reibungskraft in dem Gehäuseteil gehalten. Eine solche Reparatur kommt deswegen nicht in Betracht, wenn die Fes¬ tigkeit der Materialstruktur in dem Gehäuseteil von Bedeutung ist . Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Re¬ paratur eines Gehäuseteils vorzustellen, das auch eingesetzt werden kann, wenn hohe Anforderungen an die Festigkeit der Materialstruktur gestellt werden. Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Konusbohrung in dem Gehäuseteil erzeugt. Es wird ein Füllstück mit einer konusförmigen Mantelfläche bereitgestellt, wobei die konusförmi- ge Mantelfläche in die Konusbohrung passt. Das Füllstück besteht aus einem Material, das verglichen mit dem Material des Gehäuse¬ teils eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einer an dieser Stel¬ le auftretenden Belastung aufweist. Das Füllstück wird derart in Drehung versetzt, dass Material des Füllstücks und Material des Gehäuseflanschs sich durch Rotationsreibung erwärmt und plasti- fiziert wird. Das Füllstück und der Gehäuseflansch werden in A- xialrichtung gegeneinander gestaucht, so dass eine innige Verbindung entsteht. Der Gehäuseflansch mit dem eingefügten Füllstück wird so bearbeitet, dass das Füllstück bündig mit dem Ge¬ häuseflansch abschließt.
Zunächst werden einige Begriffe erläutert. Der Begriff Gehäuse¬ teil umfasst alle Bauteile, die dazu dienen, die Turbine zu um¬ geben oder abzudecken. Insbesondere sind dies das Triebwerkseinlassgehäuse, das Fangehäuse, das Brennkammergehäuse, das Nieder¬ druckturbinengehäuse und das Hochdruckverdichtergehäuse. Außer¬ dem umfasst der Begriff auch die Strukturbauteile (engl. Fra¬ mes) , über die die Schubkräfte von den Triebwerken auf die
Struktur des Flugzeugs übertragen werden.
Mit dem Erzeugen der Konusbohrung wird das beschädigte Material von dem Gehäuseteil abgetragen, die Wand der Konusbohrung be- steht also aus unbeschädigtem Material. Die konusförmige Mantel¬ fläche des Füllstücks passt dann in die Konusbohrung, wenn im eingesetzten Zustand über den gesamten Umfang ein Kontakt zwischen der konusförmigen Mantelfläche und der Wand der Konusbohrung besteht. Der Kontakt kann flächig sein, oder er kann nur entlang einer Kante bestehen. Eine notwendige Bedingung, damit das Füllstück zu der Konusbohrung passt, ist es, dass der kleinste Durchmesser des Füllstücks kleiner ist als der größte Durchmesser der Konusbohrung und dass der größte Durchmesser des Füllstücks größer ist als der kleinste Durchmesser der Konusbohrung .
Eine Belastung für das Material des Gehäuses kann alles sein, was im Betrieb des Flugzeugtriebwerks zu Schäden im Material führt. Beispielsweise kann die Belastung eine mechanische, che¬ mische oder thermische Belastung sein oder eine Kombination daraus. Insbesondere im Einlassbereich des Triebwerks tritt außer¬ dem Fremdkörpereinschlag auf durch Steine oder andere harte Par¬ tikel, die von der Startbahn in das Triebwerk eingesogen werden. Ein Material hat dann eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einer bestimmten Belastung, wenn es verglichen mit einem anderen Material dieser Belastung für einen längeren Zeitraum ausgesetzt werden kann, ohne Schaden zu nehmen.
Die erfindungsgemäßen Schritte Rotieren und Stauchen können voneinander getrennt oder miteinander kombiniert sein. So ist es möglich, dass die Rotation gestoppt wird, wenn das Material aus¬ reichend plastifiziert ist. Erst anschließend wird die in Axial¬ richtung wirkende Kraft erhöht, so dass das Füllstück und der Gehäuseflansch gegeneinander gestaucht werden. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Axialrichtung wirkende Kraft am Ende erhöht, ohne dass die Rotation zuvor gestoppt wird. Ferner kann das Stauchen auch darin bestehen, dass die in Axialrichtung wirkende Kraft bereits während des Rotierens kontinuierlich erhöht wird. Schließlich ist es möglich, dass während des Rotierens durchgehend eine gro¬ ße Kraft in Axialrichtung anliegt und dass die Rotation am Ende gestoppt wird, ohne die Kraft zu erhöhen.
Verfahren, bei denen ein Materialstück durch Reibung plastifi- ziert wird, um es mit einem zweiten ebenfalls plastifizierten Materialstück zu verbinden, sind unter dem Begriff Reibschweißen bekannt. Beim Reibschweißen wird das zu verbindende Material nicht über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt, sondern es wird le¬ diglich ein plastifizierter Zustand des Materials herbeigeführt. Da folglich beim Abkühlen kein Übergang von flüssig nach fest stattfindet, tritt auch die damit verbundene Veränderung der Ma¬ terialstruktur beim Reibschweißen nicht auf. Die durch Reibschweißen hergestellte Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseteil ist deswegen homogen und hat eine hohe Festigkeit.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, ein Gehäuseteil so zu reparieren, dass es für die an der Reparaturstelle auftretenden Belastungen eine höhere Qualität aufweist als ein Neuteil .
Das Verfahren kann angewendet werden, wenn der Schaden auf der Oberfläche der Gehäusewand auftritt. Schäden in der Oberfläche der Gehäusewand können beispielsweise durch Korrosion, durch Scheuern oder durch Fremdkörpereinschlag hervorgerufen werden. Es wird eine Konusbohrung durch die Gehäusewand hindurch erzeugt, die so angeordnet und bemessen ist, dass das beschädigte Material vollständig entfernt wird und dass die Konusbohrung ausschließlich durch unbeschädigtes Material begrenzt ist. Nach¬ dem das Füllstück durch Reibschweißen mit dem Gehäuseteil verbunden ist, wird das Füllstück so bearbeitet, dass es bündig mit dem Gehäuseteil abschließt. Bündig abschließen heißt hier, dass am Übergang zwischen dem Gehäuseteil und dem Füllstück keine Kanten oder Absätze mehr bestehen. Insbesondere kann die Kontur des Gehäuseteils so wiederhergestellt werden, dass sie der ur- sprünglichen Kontur des Gehäuseteils vor dem Auftreten der Beschädigung entspricht. In dem Bereich, in dem das Füllstück eingesetzt worden ist, hat das Gehäuseteil eine verbesserte Bestän¬ digkeit gegenüber den auftretenden Belastungen.
In einem alternativen Anwendungsfall dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, beschädigte Bohrungen in dem Gehäuseteil wiederherzustellen. Bohrungen sind beispielsweise in Gehäuseflanschen vorgesehen, wo mehrere Gehäuseteile aufeinander stoßen und mit¬ tels Schrauben zusammengehalten werden. Ist die Wand einer solchen Bohrung beschädigt, so wird die Bohrung zu einer Konusbohrung erweitert, wobei das beschädigte Material vollständig abge¬ tragen wird. Die Wand der Konusbohrung besteht also aus unbe¬ schädigtem Material. Nachdem das Füllstück durch Reibschweißen mit dem Gehäuseteil verbunden ist und das Füllstück so bearbei¬ tet wurde, dass es bündig mit dem Gehäuseteil abschließt, wird eine Bohrung durch das Füllstück erzeugt, die der ursprünglichen Bohrung entspricht. Die Wand der Bohrung wird dann von dem Mate¬ rial des Füllstücks gebildet und damit von einem Material, das besser auf die Belastungen abgestimmt ist, die in der Bohrung auftreten .
Im Betrieb des Flugzeugtriebwerks kann das Gehäuse erhöhten Tem¬ peraturen und korrosiven Medien ausgesetzt sein. In dieser Umgebung tritt Korrosion auch an Materialien auf, die in weniger belastender Umgebung als korrosionsbeständig angesehen werden. Ist der Schaden in dem Gehäuseteil durch Korrosion verursacht worden, so kann die Qualität des Gehäuseteils gegenüber dieser Be¬ lastung verbessert werden, indem ein Füllstück verwendet wird, dessen Material verglichen mit dem Material des Gehäuseteils ei¬ ne erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweist. Der Grad der Korro¬ sionsbeständigkeit kann gemessen werden nach ASTM B117-811.1, einer Norm, die auch beim Bestimmen der Korrosionsfestigkeit gegenüber salzhaltigen Lösungen Anwendung findet. Die Korrosionsbeständigkeit von Metalllegierungen erhöht sich allgemein mit einem höheren Anteil an Cr in der Legierung. Erfindungsgemäß kann deswegen vorgesehen sein, dass der Cr-Gehalt in dem Material des Füllstücks höher ist als der Cr-Gehalt in dem Material des Gehäuseteils. Unter normalen Bedingungen wird Stahl ab einem Anteil von 12% Cr als korrosionsbeständig angese¬ hen. Alle Prozentangaben beziehen sich im Rahmen der Erfindung auf Gewichtsprozent. Tritt bei einem solchen Stahl infolge der Verwendung in einem Flugzeugtriebwerk gleichwohl an einigen Stellen Korrosion auf, so kommt als Material für das Füllstück ein Stahl in Betracht, dessen Cr-Gehalt größer ist als 12 ~6 , vor zugsweise größer als 15%, weiter vorzugsweise größer als 20%.
Alternativ kann das Material des Füllstücks auch eine Nickel- Basislegierung sein. Das dem Begriff Basislegierung vorangestellte Element bezeichnet den Bestandteil der Legierung, der den größten Anteil hat. Nickel-Basislegierungen haben allgemein eine höhere Korrosionsbeständigkeit als Stahl. Mit einem Füll¬ stück aus einer Nickel-Basislegierung kann unter Umständen auch dann eine höhere Korrosionsbeständigkeit erreicht werden, wenn der Cr-Gehalt kleiner ist als im Stahl des Gehäuseteils. Bessere Ergebnisse werden jedoch auch hier erzielt, wenn der Cr-Gehalt in dem Füllstück größer ist als in dem Gehäuseteil. Vorzugsweise ist der Cr-Gehalt auch bei einer Nickel-Basislegierung größer als 12%, weiter vorzugsweise größer als 15%, weiter vorzugsweise größer als 20%. Ebenfalls zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit kann es beitragen, wenn in dem Füllstück alternativ oder zusätzlich zu dem Cr-Anteil ein AI-Anteil enthalten ist. Insbe¬ sondere geeignet als Material für das Füllstück sind die Nickel- Basislegierungen IN718, Waspaloy und Udimet 720. Dies sind Le¬ gierungen, die eine sehr hohe Festigkeit bei erhöhten Betriebs¬ temperaturen sowie ausgezeichnete Korrosionseigenschaften bei guter Verarbeitbarkeit aufweisen und die sich deswegen als Werkstoff für Turbinengehäuse anbieten. IN718 setzt sich zusammen (in Gewichtsprozent) aus 18,5% Fe, 19% Cr, 3% Mo, 5,1% Nb, 0,5% AI, 0,95% Ti, geringen Anteilen C und B, mit Rest Ni . Waspaloy und Udimet weisen dagegen kein Eisen, sondern Kobalt als Hauptlegierungselement auf. Waspaloy besteht aus (in Gewichtspro¬ zent) : 19,5% Cr, 13,5% Co, 4,3% Mo, 1,3% AI, 3% Ti, geringen An¬ teilen C und B, Rest Ni . Die chemische Zusammensetzung von Udimet 720 ist (in Gewichtsprozent): 18% Cr, 14,5% Co, 3% Mo, 1,3 W, 2,5% AI, 5% Ti, geringe Anteile C und B, Rest Ni .
Außer durch Korrosion kann das Gehäuseteil auch durch mechanische Beanspruchung Schaden nehmen. Schäden durch mechanische Beanspruchung können beispielsweise durch den Eingriff von Zentrierstiften oder Anti-Rotations-Pins in Bohrungen auftreten. In der Wand des Gehäuseteils kann das Material durch Scheuern ge¬ schädigt sein. Nuten, in denen Stifte geführt sind, können aus¬ geschlagen sein. Gegenüber dieser Art von Belastung kann die Qualität des Gehäuseteils erhöht werden, indem ein Füllstück verwendet wird, dessen Material verglichen mit dem Material des Gehäuseteils eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist. Der Grad der Verschleißfestigkeit kann gemessen werden nach der Norm ASTM G132-96 (2007), die auf einer sog. Stiftabriebsprüfung (Pin Abrasion Testing) beruht. Insbesondere wird die Verschleißfes¬ tigkeit regelmäßig verbessert, wenn das Material des Füllstücks eine größere Härte hat als das Material des Gehäuseteils. Er¬ reicht werden kann eine erhöhte Verschleißfestigkeit beispiels¬ weise mit einem Füllstück aus Tribaloy T-800. Tribaloy T-800 ist eine Co-Cr-Mo-Si-Legierung (Co-17, 5Cr-28Mo-3, 5Si, in Gewichts¬ prozent) . Die Mikrostruktur besteht zu jeweils ca. 50 ~6 aus einer harten intermetallischen Lavesphase und einer weichen Kobaltmatrix. Dieser Aufbau bewirkt optimale Verschleißschutzeigenschaf¬ ten aufgrund der weichen Co-Matrix sowie optimale Korrosions¬ schutzeigenschaften aufgrund des hohen Co- und Cr-Gehaltes.
Der Kontakt zwischen dem Gehäuseteil und einem Gegenstück führt nicht in jedem Fall dazu, dass das Gehäuseteil Schaden nimmt. Eine Reparatur des Triebwerks kann vielmehr auch deswegen erfor- derlich werden, weil das Gegenstück Schaden genommen hat, mit dem das Gehäuse in Eingriff steht. Auch dem kann entgegengewirkt werden, indem das Gehäuseteil besser an die tatsächlich auftretende Belastung angepasst wird. Die Belastungen für das Gegenstück kann vermindert werden, indem ein Füllstück verwendet wird, dessen Material eine geringere Härte hat als das Material des Gehäuseteils. In Betracht kommt ein Füllstück aus einer Bronze-Legierung, wie beispielsweise CuAl (Cu-9%Al-4%Fe-4% Ni, in Gewichtsprozent) oder CuZn (Cu-37%Zn-2%Mn-2%Al, in Gewichtsprozent) .
Bronze-Legierungen haben allgemein eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material des Gehäuse¬ teils. Durch Reibung zwischen dem Füllstück aus der Bronze- Legierung und dem Gehäuseteil geht das Füllstück daher häufig eher in den plastifizierten Zustand über als das Gehäuseteil. Für das Reibschweißen ist dies nachteilig, weil sich keine gleichmäßige Verbindung ausbilden kann. Vorzugsweise wird das Gehäuseteil deswegen vor dem eigentlichen Schritt des Reib¬ schweißens erwärmt. Möglich ist beispielsweise ein induktives Erwärmen des Gehäuseteils. Eine alternative Möglichkeit des Er¬ wärmens besteht darin, ein von dem Füllstück verschiedenes Reib¬ stück zu nehmen und das Gehäuseteil durch Rotationsreibung zwischen dem Reibstück und dem Gehäuseteil zu erwärmen. Wenn das Gehäuseteil hinreichend erwärmt ist, wird das Reibstück entfernt und stattdessen das Füllstück eingesetzt, um den Vorgang des Reibschweißens durch weiteres Rotationsreiben abzuschließen.
Beim Wechsel zwischen dem Reibstück und dem Füllstück können sich Oxide in dem erwärmten Material des Gehäuseteils bilden. Es muss deswegen besonders sorgfältig darauf geachtet werden, dass mit dem Schritt des Stauchens alle Verunreinigungen aus der Fü¬ gezone heraus gepresst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner bisher beschriebe¬ nen Form anwendbar bei Stählen, einschließlich martensitischen Stählen, sowie Ni- und Co-Basislegierungen, die für Gehäuseteile von Flugzeugtriebwerken gängig sind. Im Fanbereich werden für das Strukturbauteil, mit dem der Schub auf die Tragfläche über¬ tragen wird, ausscheidungsgehärtete martensitische Stähle einge¬ setzt. Als Gehäusewerkstoff für den Hochdruckverdichter kommen Titanlegierungen und martensitische Stähle zum Einsatz. Vorteil der martensitischen Stähle gegenüber Titanlegierungen ist die erhöhte Toleranz gegenüber Reibkontakt der Verdichterschaufeln. Die Reibpaarung Titanschaufeln und Titangehäuse kann zu sog. Titanfeuer führen. Mit zunehmender Betriebstemperatur lösen Nickelbasislegierungen die Stähle als Gehäusewerkstoff ab. Nickel¬ basislegierungen stellen den Werkstoff für Brennkammer- und Niederdruckturbinengehäuse sowie für das Strukturbauteil, mit dem die Niederdruckturbine an der Tragfläche aufgehängt ist.
Insbesondere sind einige Triebwerksgehäuse hergestellt aus dem martensitischen Stahl M152 mit Anteilen von 12% Cr, 2,5% Ni, 1,8% Mo und 0,33% V. Ein weiterer für Gehäuseteile verwendeter Stahl ist die Legierung 17-4 PH (17% Cr - 4% Ni - 3,1% Cu) . Diese Legierung zählt auch zu den martensitischen Stählen, mit der Besonderheit einer zusätzlichen Ausscheidungshärtung, die noch höhere Festigkeit gegenüber den rein martensitischen Stählen erreicht. Dass das Verfahren auch bei martensitischen Stählen funktioniert, war nicht zu erwarten, weil martensitischer Stahl mit herkömmlichen Schweißverfahren nur sehr schwierig zu bearbeiten ist.
Als Werkstoff für Triebwerkseinlass- und Fan-Gehäuse kommen au¬ ßerdem Aluminiumlegierungen auf Basis AlCu und AlMgSi in Betracht, insbesondere die Legierungen A12219 und A16061. Diese Legierungen sind ausscheidungsgehärtet und damit nur bedingt mittels konventioneller schmelzmetallurgischer Schweißverfahren schweißbar. Regelmäßig ist im geschweißten Zustand die Festig- keit deutlich vermindert verglichen mit dem Grundmaterial. Es ist nach bisheriger Kenntnis nicht möglich, durch einen Schweißvorgang die Eigenschaften des Materials gegenüber dem Ausgangsmaterial zu verbessern. Das Ziel ist es vielmehr, dass die Ei¬ genschaften des geschweißten Aluminium-Materials so nah wie mög¬ lich an den Eigenschaften des ursprünglichen Materials liegen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird bei A- luminium-Legierungen das Verfahren daher so durchgeführt, dass anstatt eines Füllstücks mit einer erhöhten Beständigkeit gegen¬ über bestimmten Belastungen ein Füllstück gewählt wird, das aus einem für die Aluminium-Legierung des Gehäuseteils geeigneten artfremden Schweißzusatzwerkstoff ist. Als artfremd im Vergleich zu einer Grundlegierung wird eine Legierung bezeichnet, wenn Legierungselemente außerhalb des spezifizierten Toleranzbereichs der Grundlegierung liegen. Artfremde Legierungen haben allgemein eine neue Spezifikation in den entsprechenden Normungen, wie beispielsweise den ASM International Spezifikationen. Das Her¬ stellungsverfahren des artfremden Füllstücks ist nicht unbedingt an das Herstellungsverfahren des Grundwerkstoffs gebunden. Als Schweißzusatzwerkstoff wird das Material bezeichnet, das beim Schweißvorgang zum Auffüllen der Schweißregion zugeführt wird. Welcher artfremde Schweißzusatzwerkstoff für eine bestimmte Alu¬ minium-Legierung geeignet ist, kann den entsprechenden Tabellen entnommen werden.
Die insbesondere für den Bereich des Triebwerkeinlasses und des Fans geeignete Al-Legierung A16061 hat eine nominelle chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent von 1,0% Mg, 0,6% Si, Rest Aluminium. Eine hohe Festigkeit des reparierten Materials wird erreicht, wenn für das Füllstück der Schweißzusatzwerkstoff Al- Mg-Mn-Zr gewählt wird, wobei der Magnesiumgehalt zwischen 3,0% und 7,0%, der Mangangehalt zwischen 0,3% und 1,0% sowie der Zir¬ koniumgehalt zwischen 0% und 1,5% liegt. Besonders bevorzugt ist die Legierung: 6,0% Mg, 0,8% Mn, 0,1% Zr, Rest AI. Die ebenfalls für den Bereich des Triebwerkeinlasses und des Fans geeignete Aluminium-Legierung A12219 hat eine nominelle chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent θΠ 6"6 Cu, 0,3% Mn, Rest AI. Als Material für das Füllstück ist die Legierung A12319 geeignet mit der Zusammensetzung: 6,3% Cu, 0,3% Mn, 0,18% Zr, 0,15% Ti, 0,1% V, Rest AI. Insbesondere der Legierungszusatz Ti in AI 2319 dient zur Kompensation des Härteabfalls.
Auch bei Aluminium-Legierungen kann das erfindungsgemäße Verfahren wie oben beschrieben sowohl zur Reparatur von Schäden in der Oberfläche des Gehäuseteils als auch zur Reparatur von Bohrungen in Gehäuseteilen dienen. Die nachfolgenden Absätze gelten für beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der Auswahl eines geeigneten Materials für das Füllstück sollte darauf geachtet werden, dass der Unterschied im Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Füllstücks und dem Material des Gehäuseteils gering ist. Ist der Unterschied zu groß, kann es beim Abkühlen zu Spannungsrissen kommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Füllstück aus einem stranggepressten Material verwendet werden. Es hat sich aber gezeigt, dass in einigen Fällen bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Füllstück aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Material verwendet wird. Dies gilt insbesondere, wenn das Mate¬ rial des Füllstücks eine Superlegierung auf Nickelbasis wie bei¬ spielsweise IN718 ist oder wenn die Legierung Refraktärmetalle umfasst .
Das Verfahren kann angewendet werden, wenn die Konusbohrung einen kleinsten Durchmesser von 8,5 mm und eine Länge von 5 mm hat. Es ist möglich, das Reibschweißen so durchzuführen, dass über den gesamten Umfang des Füllstücks und über die gesamte Ma¬ terialstärke des Gehäuseflanschs von 5 mm eine innige Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch entsteht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also insbesondere angewendet wer¬ den, wenn die Materialstärke des Gehäuseteils größer ist als 2 mm bzw. größer als 3 mm.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Durchführung des Verfahrens ist es, die Rotationsreibung so einzusetzen, dass sowohl das Füllstück als auch die Konusbohrung über die gesamte zu verbindende Fläche gleichmäßig plastifiziert werden. Eine gute Kraftübertragung für die Rotationsreibung zwischen dem Füllstück und der Bohrung wird dadurch erreicht, dass sowohl das Füllstück als auch die Bohrung eine Konusform haben. Vorzugsweise ist die Wand der Konusbohrung um einen Neigungswinkel zwischen 15° und 30° gegenüber der Axialrichtung der Bohrung geneigt. Der Neigungswinkel des Füllstücks kann identisch sein mit dem Neigungs¬ winkel der Konusbohrung, so dass die Mantelfläche des Füllstücks flächig an der Konusbohrung anliegen kann. Es ist dann ein sehr großes Drehmoment erforderlich, um das Füllstück gegenüber der Konusbohrung in Rotation zu versetzen. Eine geringere Antriebskraft für das Füllstück reicht aus, wenn der Neigungswinkel des Füllstücks leicht von dem Neigungswinkel der Konusbohrung ab¬ weicht. Die Abweichung liegt vorzugsweise zwischen 0,5° und 8°, weiter vorzugsweise zwischen 1° und 4°.
Ist der Neigungswinkel des Füllstücks größer als der Neigungs¬ winkel der Konusbohrung, so wirkt die Rotationsreibung anfangs im weiten Teil der Konusbohrung. Erst wenn das Material in diesem Bereich plastifiziert ist, setzt sich die Rotationsreibung in Richtung des engeren Teils der Konusbohrung fort. Ist der Neigungswinkel des Füllstücks kleiner als der Neigungswinkel der Konusbohrung, so wirkt die Rotationsreibung zunächst im engen Teil der Konusbohrung und setzt sich dann in den weiten Teil fort. In ersten Versuchen hat Letzteres zu besseren Ergebnissen geführt . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss vermieden werden, dass in den oberflächennahen Bereichen des Gehäuseflanschs zu viel Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird und dadurch die innige Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch beeinträchtigt wird. Eine übermäßige Abgabe von Wärmeenergie kann verhindert werden, indem der Gehäuseflansch im Bereich der Konusbohrung mit einer Platte hinterlegt wird, bevor die Rotati¬ onsreibung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch erzeugt wird. Um zu vermeiden, dass sich das Füllstück außer mit dem Gehäuseflansch auch mit der dahinterliegenden Platte verschweißt, kann die Platte eine Öffnung aufweisen. Die Platte wird so ange¬ ordnet, dass die Öffnung und die Konusbohrung sich überdecken.
Ist die Überdeckung derart, dass die Öffnung der Platte größer ist als der Austritt der Konusbohrung, so besteht allerdings die Gefahr eines inhomogenen Materialflusses am Austritt der Konus¬ bohrung. Die Qualität der Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch kann leiden und es kann zu Rissen im Material kommen. Um dies zu vermeiden, kann die Öffnung kleiner sein als der Austritt der Konusbohrung. In dem Bereich, in dem das Material des Füllstücks und das Material des Gehäuseflanschs durch Rotationsreibung plastifiziert sind, liegt dann die Platte auf dem Gehäuseflansch auf und verhindert inhomogenen Materialfluss .
Häufig wird die Öffnung in der Platte eine zylindrische Form ha¬ ben. Es hat sich aber gezeigt, dass eine bessere Verbindung zwi¬ schen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch erzielt wird, wenn die Öffnung in der Platte konisch zuläuft. Der Neigungswinkel der konisch zulaufenden Öffnung ist bei einer bevorzugten Ausführungsform gleich dem Neigungswinkel der Wand der Konusbohrung, so dass die Öffnung die Konusbohrung ohne Knick verlängert. Der Neigungswinkel der Öffnung kann auch kleiner oder größer sein als der Neigungswinkel der Konusbohrung. Die konische Form der Öffnung in der Platte ist besonders in direkter Nähe zum Austritt der Konusbohrung von Bedeutung, weil die Platte dort unmittelbaren Einfluss auf die Eigenschaften des plastifi- zierten Materials hat. Im von der Konusbohrung abgewandten Bereich kann die Öffnung der Platte auch eine andere Form haben und beispielsweise in eine zylinderförmige Bohrung übergehen.
Das Material der Platte ist vorzugsweise Stahl. Ein gutes Ergeb¬ nis des Verfahrens wird erzielt, wenn die Platte aus einem Stahl mit kubisch-flächenzentrierter Gitterstruktur besteht, der eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat. Ist das Reibschweißen abge¬ schlossen, wird die Platte wieder entfernt. Hat sich die Platte beim Reibschweißen mit dem Flansch verbunden, so muss sie durch ein spanabhebendes Verfahren entfernt werden. Um dies zu er¬ leichtern, kann die Platte aus mehreren übereinanderliegenden Teilen zusammengesetzt sein. Ein erster vorzugsweise dünnerer Teil liegt auf dem Flansch auf. Wenn dieser Teil sich mit dem Flansch verbindet, kann er mit geringem Aufwand durch ein spanabhebendes Verfahren entfernt werden. Ein zweiter Teil liegt auf dem ersten Teil auf. Der zweite Teil kann nach dem Reibschweißen einfach abgehoben werden, da er sich nicht mit dem ersten Teil verbunden hat.
Um sicherzustellen, dass sich über die gesamte Höhe der Konusbohrung eine homogene Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch bildet, ist eine Reibschweißmaschine mit hoher Leistung erforderlich. Ist die Leistung zu gering, leidet die Qualität der Materialverbindung im Bereich des Eintritts der Konusbohrung, also dort wo die Konusbohrung ihren größten Durchmesser hat. Um dieses Problem zu vermindern, kann eine Opferplatte vorgesehen sein, die vor Beginn des Reibschweißens von dieser Seite auf den Gehäuseflansch aufgelegt wird. Die Opferplatte weist eine Öffnung auf, die einen Zugang zum Eingang der Konusbohrung ermöglicht. Die Öffnung in der Opferplatte ist vor¬ zugsweise konusförmig, wobei der Neigungswinkel weiter vorzugs¬ weise gleich dem Neigungswinkel der Konusbohrung ist. Bei geeig¬ neter Wahl der Verfahrensparameter wird auch die Opferplatte im Übergangsbereich zu der Konusbohrung plastifiziert und fördert dadurch die gleichmäßige Verbindung zwischen dem Füllstück und dem Gehäuseflansch.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Opferplatte aus einem Material, das artgleich zu dem Material des Gehäuse- flanschs oder des Füllstücks ist. Zwei Materialien sind art¬ gleich, wenn ihnen die gleiche Basislegierung zu Grunde liegt. Das Material der Opferplatte kann sich dann mit dem plastifi- zierten Material des Füllstücks und des Gehäuseflanschs vermen¬ gen und zu einer homogenen Verbindung beitragen.
Zwar verändern sich die Eigenschaften des Materials beim Reibschweißen in wesentlich geringerem Umfang, als wenn das Material geschmolzen wird, Spannungen im Material als Folge des Reib¬ schweißens bleiben jedoch nicht aus. Zur Verminderung der Spannungen kann das Material vor der mechanischen Bearbeitung geglüht werden. Die Glühzeit ist vorzugsweise mindestens um den Faktor zwei länger als bei normalem Anlassen. Typisch für mar- tensitischen Stahl ist ein zweistufiger Anlassvorgang, bei dem das Material im ersten Schritt für drei Stunden mit einer Tempe¬ ratur von 564° C und im zweiten Schritt für drei Stunden bei einer Temperatur von 511° C behandelt wird. Bei dem erfindungsge¬ mäßen Verfahren kann beispielsweise der erste Schritt auf neun Stunden verlängert werden, während der zweite Schritt unverän¬ dert bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beige¬ fügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine ausgeschnittene Darstellung zweier Gehäuseteile in zusammengefügtem Zustand;
Fig. 2: einen Ausschnitt eines Gehäuseteils im zerlegten Zu¬ stand; ig. 3-7: schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ;
ig. 8 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ;
ig. 9 einen Ausschnitt aus einem Gehäuseteil;
ig. 10 die Ansicht aus Fig. 9 nach dem Erzeugen einer Konus¬ bohrung; und
ig. 11 die Ansicht aus Fig. 9 nach Abschluss des Reparaturver¬ fahrens .
Ein Gehäuse eines Flugzeugtriebwerks ist aus einer Mehrzahl von Gehäuseteilen 10, 11 zusammengefügt. An den Gehäuseteilen 10, 11 sind Flansche 12, 13 ausgebildet, über die die Gehäuseteile 10, 11 aneinander liegen. Die Flansche 12, 13 sind 5 mm dick. In den Flanschen 12, 13 sind zylindrische Bohrungen 14, 15 mit einem Durchmesser von 8,5 mm ausgebildet. Die Bohrungen 14, 15 fluchten miteinander, wenn das Triebwerk zusammengesetzt ist, so dass die Gehäuseteile 10, 11 über eine Schraubverbindung 16 miteinander verbunden werden können.
Ist das Gehäuse wie in Fig. 2 zerlegt, zeigt sich in vielen Fäl¬ len Korrosion in der Wand der Bohrung 14, wie es bei 17 angedeutet ist. Solche Schäden können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derart behoben werden, dass das Gehäuseteil nach der Repara¬ tur eine höhere Beständigkeit gegenüber Korrosion hat als ein Neuteil .
Im ersten Schritt des Reparaturverfahrens wird die Bohrung 14 auf eine Konusbohrung 18 erweitert, wobei so tief in den Gehäu¬ seflansch 12 eingegriffen wird, dass das durch Korrosion angegriffene Material vollständig entfernt ist. Die Wand der Konus¬ bohrung 18 ist um einen Winkel gegenüber der Axialrichtung geneigt . Es werden ein in Fig. 3 gezeigtes Füllstück 19 und eine Platte 20 bereitgestellt. Der Gehäuseflansch 12 besteht aus dem marten- sitischen Stahl M152 mit Anteilen von 12% Cr, 2,5% Ni, 1,8% Mo und 0,33% V. Das Material der Platte 20 ist ein kubisch- flächenzentrierter Stahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit. An dem Füllstück 19 ist eine zu der Konusbohrung 18 passende konusför- mige Mantelfläche 21 ausgebildet. Die Mantelfläche ist um einen Winkel ß gegenüber der Axialrichtung geneigt und erstreckt sich über eine Höhe h, die größer ist als die Materialstärke des Ge- häuseflanschs . Die Höhe h kann beispielsweise 8 mm betragen. Die Platte 20 umfasst eine konusförmige Öffnung 22 mit einem Nei¬ gungswinkel γ gegenüber der Axialrichtung.
Das Füllstück 19 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus der Nickelbasislegierung IN718. Außer dem Hauptbestandteil Nickel und weiteren Bestandteilen enthält die Legierung einen Anteil von ca. 20% Chrom. Damit ist IN718 erheblich korrosionsbeständi¬ ger als der Stahl M152. Alternativ könnte auch ein Füllstück 19 aus einer der Nickelbasislegierungen Waspaloy oder Udimet 720 oder ein Füllstück 19 aus einem Stahl mit einem Cr-Gehalt von ca. 20% verwendet werden. Alle diese Materialien sind erheblich korrosionsbeständiger als der Stahl M152.
Die Platte 20 wird so auf den Gehäuseflansch 12 aufgelegt, dass die Öffnung 22 konzentrisch zu der Konusbohrung 18 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Öff¬ nung 22 genauso groß wie der Austritt der Konusbohrung 18. Bei anderen Ausführungsformen ist der Durchmesser der Öffnung 22 kleiner. Das Füllstück 19 wird in die Konusbohrung 18 eingesetzt, so dass über den vollständigen Umfang des Füllstücks 19 ein Kontakt zwischen der konusförmigen Mantelfläche 21 und der Konusbohrung 18 besteht. Im Ausführungsbeispiel stimmt der kleinste Durchmesser der konusförmigen Mantelfläche 21 mit dem kleinsten Durchmesser der Konusbohrung 18 überein. Der Kontakt zwischen der konusförmigen Mantelfläche 21 und der Konusbohrung 18 entsteht also in diesem Bereich.
Wird nun das Füllstück 19 in Rotation versetzt, so erwärmt sich das Material des Füllstücks 19 und das Material des Gehäuse- flanschs 12 in diesem Bereich und wird schließlich plastifi- ziert. Durch das plastifizierte Material hindurch kann das Füll¬ stück 19 tiefer in die Konusbohrung 18 eindringen, wodurch weiteres Material plastifiziert wird. Ist das Füllstück 19 so weit in die Konusbohrung eingedrungen, dass das Material über die gesamte Höhe der Konusbohrung 18 plastifiziert ist, wird die Rota¬ tion des Füllstücks 19 gestoppt. Das Füllstück 19 wird gegen den Gehäuseflansch 12 gestaucht, so dass sich eine innige Verbindung zwischen dem Material des Füllstücks 19 und dem Material des Ge- häuseflanschs 12 bildet.
Durch das Stauchen werden mit dem plastifizierten Material auch Verunreinigungen wie Oxide aus der Fügezone herausgepresst . Den Zustand von Gehäuseflansch 12 und Füllstück 19 nach Abschluss des Reibschweißens und nach dem Entfernen der Platte 20 zeigt Fig. 5. Über die gesamte Höhe der Konusbohrung 18 besteht eine homogene Verbindung zwischen dem Stahl M152 des Gehäuseflanschs 12 und der Nickelbasislegierung IN718 des Füllstücks 19. Verunreinigungen, die durch das Stauchen aus der Fügezone herausgepresst wurden, sind in Wülsten 28 seitlich des Füllstücks 19 ge¬ sammelt. Das Material des Gehäuseflanschs 12 und des Füllstücks 19 wird nun geglüht, um Spannungen zu vermindern.
Durch mechanische Bearbeitung wird der Gehäuseflansch 12 anschließend in den in Fig. 6 gezeigten Zustand gebracht, wobei das mit dem Füllstück 19 in den Gehäuseflansch 12 eingebrachte Material durch Punktierung angedeutet ist. Das Füllstück 19 wird also so bearbeitet, dass es bündig mit der Oberfläche des Gehäu- seflanschs 12 abschließt und dass die ursprüngliche Kontur in der Oberfläche des Gehäuseflanschs 12 wiederhergestellt ist. Schließlich wird eine neue zylindrische Bohrung durch das Füll¬ stück 19 hindurch erzeugt, deren Lage und Abmessungen der ursprünglichen zylindrischen Bohrung 14 entsprechen, siehe Fig. 7. Der reparierte Gehäuseflansch entspricht in seiner Festigkeit der Materialstruktur im Wesentlichen dem ursprünglichen Gehäuseflansch. Hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit ist der reparierte Gehäuseflansch dem ursprünglichen Gehäuseflansch überlegen, weil die gesamte Wand der Bohrung 14 von dem korrosionsbeständigen Material IN718 gebildet wird. Es ist zu erwarten, dass das Flug¬ zeugtriebwerk mit dem reparierten Gehäuseteil 10 länger in Betrieb bleiben kann, bevor eine erneute Reparatur wegen Korrosion in der Bohrung 14 fällig wird.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wer¬ den, wenn sich beim Zerlegen des Gehäuses zeigt, dass die Bohrung 14 nicht durch Korrosion, sondern durch mechanische Beanspruchung beschädigt ist. Die Bohrung 14 kann beispielsweise ausgeschlagen sein oder anstatt eines kreisförmigen Querschnitt einen ovalen Querschnitt haben. Das Reparaturverfahren läuft dann in seinen wesentlichen Schritten so ab, wie oben beschrieben. Anstatt eines Füllstücks mit erhöhter Korrosionsbeständig¬ keit wird ein Füllstück 19 mit besserer Verschleißfestigkeit verwendet. Das Füllstück 19 besteht aus der Legierung Tribaloy T800, so dass das Material deutlich verbesserte Verschleißeigen¬ schaften hat als der martensitische Stahl M152 des Gehäuseteils 10. Nach Abschluss des Verfahrens besteht die Wand der Bohrung 14 vollständig aus Tribaloy T-800 und die Gefahr einer erneuten Beschädigung der Bohrung 14 durch mechanische Beanspruchung ist vermindert .
Möglich ist es auch, dass sich beim Zerlegen des Gehäuses herausstellt, dass die Wand der Bohrung 14 selbst unbeschädigt ist, dass aber das Gegenstück, das mit der Bohrung 14 zusammenwirkt, beschädigt ist. Ein solcher Schaden deutet darauf hin, dass das Material des Gehäuseteils 10 zu hart ist im Vergleich mit dem Material des Gegenstücks. Die Qualität des Gehäuseteils 10 ge¬ genüber der aufgetretenen Belastung kann dadurch verbessert werden, dass ein weicheres Material für die Wand der Bohrung 14 verwendet wird. In Betracht für das Füllstück 19 kommen insbe¬ sondere Bronze-Legierungen, die zur Gruppe der Kupferlegierungen gehören. Die Bronzelegierungen bieten für Gleitlager bewährte Werkstoffe und ein breites Einsatzspektrum. Insbesondere weisen sich viele Lagerwerkstoffe auf Bronzebasis durch ihre guten Not¬ laufeigenschaften aus. In Betracht für die Reparatur von Triebwerksgehäusen kommen sowohl Schmiede- und Gusswerkstoffe als auch Sinterwerkstoffe. Geeignet sind beispielsweise Legierungen auf Basis von CuSn (Cu-37%Zn-2%Mn-2%Al, in Gewichtsprozent) und CuAl (Cu-9%Al-4%Fe-4%Ni, in Gewichtsprozent) .
Es stellt sich das Problem, dass das Bronze-Material unter dem Einfluss der Rotationsreibung früher in den plastifizierten Zustand übergeht als der Stahl M152 des Gehäuseteils 10. Um trotz¬ dem eine homogene Verbindung zwischen dem Bronze-Material und dem Stahl M152 zu erreichen, wird zunächst ein Reibstück verwendet, das in seiner Form dem Füllstück 19 entspricht. Durch Rotationsreibung mit dem Reibstück wird der Gehäuseflansch 12 so weit erwärmt, bis die Wand der Konusbohrung 18 kurz davor ist, in den plastifizierten Zustand überzugehen. Die weitere Rotationsreibung wird dann mit dem Füllstück 19 aus der Bronze- Legierung ausgeübt, so dass das Füllstück 19 gleichzeitig mit dem Gehäuseflansch 12 in den plastifizierten Zustand übergeht. Der Schritt des Stauchens ist von besonderer Bedeutung, weil 0- xide, die sich beim Wechsel von dem Reibstück zu dem Füllstück 19 in der Wand der Konusbohrung 18 gebildet haben, vollständig aus der Fügezone herausgepresst werden müssen. Wenn die Verun¬ reinigungen aus der Fügezone entfernt sind, entsteht über die gesamte Höhe der Konusbohrung 18 eine homogene Verbindung zwischen dem Bronze-Material des Füllstücks 19 und dem Material des Gehäuseflanschs 12. In dem reparierten Gehäuseflansch 12 hat die Wand der Bohrung 14 eine verminderte Härte, so dass sich die Be- lastung für das mit der Bohrung 14 zusammenwirkende Gegenstück vermindert .
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Schaden in der Wand einer Bohrung des Gehäuseteils aufgetreten. In analoger Weise kann das Verfahren angewendet werden, wenn der Schaden an anderen Stellen auftritt, wie beispielsweise einer Nut des Ge¬ häuses. Das Verfahren ist nicht nur bei Gehäuseteilen aus dem martensitischen Stahl M152, sondern auch bei anderen Stählen sowie bei Ni-Basislegierungen und bei Co-Basislegierungen anwendbar .
In der Ausführungsform der Fig. 8 ist zusätzlich eine Opferplatte 23 von oben auf den Gehäuseflansch 12 aufgelegt. Die Opferplatte 23 weist eine Öffnung 24 auf, die einen Zugang zum Eintritt der Konusbohrung 18 ermöglicht. Die Öffnung 24 der Opferplatte 23 läuft konusförmig zu, wobei der Neigungswinkel mit dem Neigungswinkel der Konusbohrung 18 übereinstimmt. Wird das Füll¬ stück 19 in die Konusbohrung 18 eingesetzt und in Rotation versetzt, so wird nicht nur Material des Gehäuseflanschs 12, son¬ dern auch ein Teil des Materials der Opferplatte 23 plastifi- ziert. Das plastifizierte Material des Gehäuseflanschs 12, das artgleich zum Material der Opferplatte 23 ist, fließt in die Fü¬ gezone; es wird also geopfert, um die homogene Verbindung zwi¬ schen dem Füllstück 19 und dem Gehäuseflansch 12 zu fördern. Das verbleibende Material der Opferplatte 22 wird maschinell ent¬ fernt. Durch die Opferplatte 23 wird es möglich, auch mit einer Reibschweißmaschine mit etwas verminderter Leistung eine homoge¬ ne Verbindung über die gesamte Höhe der Konusbohrung 18 zu erzielen .
Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt eines Gehäuseteils 25, dessen 0- berfläche Beschädigungen 26 durch Korrosion aufweist. In dem Gehäuseteil 25 wird gemäß Fig. 10 eine Konusbohrung 27 erzeugt, mit der die beschädigten Teile des Materials vollständig ent- fernt werden. Die Konusbohrung 27 ist vollständig mit unbeschä¬ digtem Material umgeben. Nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens, wie es mit Bezug auf die Fig. 2 bis 8 detailliert beschrieben ist, entsteht eine homogene Verbindung zwischen dem durch Punktierung angedeuteten Material des Füllstücks 19 und dem Gehäuseteil 25. Die Oberfläche des Gehäuse¬ teils 25 wird dann mechanisch so bearbeitet, dass die ursprüng¬ liche Kontur wiederhergestellt wird und sich der in Fig. 8 ge¬ zeigte Zustand einstellt. Durch das korrosionsbeständige Materi¬ al des Füllstücks ist die Standfestigkeit des Gehäuseteils 25 gegenüber Korrosion verbessert.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Reparatur eines Gehäuseteils (10, 25) eines Flugzeugtriebwerks mit folgenden Schritten:
a. Erzeugen einer Konusbohrung (18, 27) in dem Gehäuseteil (10, 25);
b. Bereitstellen eines Füllstücks (19) mit einer konus- förmigen Mantelfläche (21), wobei die konusförmige Mantelfläche (21) in die Konusbohrung (18, 27) passt und wobei das Füllstück (19) aus einem Material be¬ steht, das verglichen mit dem Material des Gehäuse¬ teils (10, 25) eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einer an dieser Stelle auftretenden Belastung aufweist;
c. Rotieren des Füllstücks (19), so dass Material des
Füllstücks (19) und Material des Gehäuseteils (10, 25) sich durch Rotationsreibung erwärmt und plastifiziert wird;
d. Stauchen des Füllstücks (19) und des Gehäuseteils (10, 25) in Axialrichtung; und
e. Bearbeiten des Füllstücks (19), so dass es bündig mit dem Gehäuseteil abschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a. eine zylindrische Bohrung (14) des Gehäuseteils (10) auf eine Konusbohrung (18, 27) erweitert wird und dass im Anschluss an Schritt e. eine der ursprünglichen zylind¬ rischen Bohrung (14) entsprechende Bohrung durch das Füllstück (19) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Füllstücks (19) eine höhere Korrosi¬ onsbeständigkeit hat als das Material des Gehäuseteils (10, 25) .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Cr-Gehalt in dem Material des Füllstücks (19) höher ist als der Cr-Gehalt in dem Material des Gehäuseteils (10, 25) .
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (10, 25) aus einem Stahl und das Füll¬ stück (19) aus einer Ni-Basislegierung besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Füllstücks (19) eine höhere Verschleißfestigkeit hat als das Material des Gehäuseteils (10, 25) .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Füllstücks (19) eine größe¬ re Härte hat als das Material des Gehäuseteils (10, 25) .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Füllstücks (19) eine gerin¬ gere Härte hat als das Material des Gehäuseteils (10, 25) .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) vor Schritt c. erwärmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) durch Rotationsreibung mit einem von dem Füllstück (19) verschiedenen Reibstück erwärmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) und das Material des Füllstücks (19) unterschiedliche
Hauptlegierungselemente haben.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) ein martensitischer Stahl ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der martensitische Stahl Anteile von 12% Cr, 2,5% Ni, 1,8% Mo und 0,33% V enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (10, 25) mit dem Füll¬ stück (19) vor Schritt e. zur Verminderung von Spannungen im Material geglüht wird.
Verfahren zur Reparatur eines aus einer Aluminium-Legierung bestehenden Gehäuseteils (10, 25) eines Flugzeugtriebwerks mit folgenden Schritten:
a. Erzeugen einer Konusbohrung (18, 27) in dem Gehäuseteil (10, 25);
b. Bereitstellen eines Füllstücks (19) mit einer konus- förmigen Mantelfläche (21), wobei die konusförmige Mantelfläche (21) in die Konusbohrung (18, 27) passt und wobei das Material des Füllstücks (19) ein für die Aluminium-Legierung des Gehäuseteils (10, 25) geeigne¬ ter artfremder Schweißzusatzwerkstoff ist;
c. Rotieren des Füllstücks (19), so dass Material des
Füllstücks (19) und Material des Gehäuseteils (10, 25) sich durch Rotationsreibung erwärmt und plastifiziert wird;
d. Stauchen des Füllstücks (19) und des Gehäuseteils (10, 25) in Axialrichtung; und
e. Bearbeiten des Füllstücks (19), so dass es bündig mit dem Gehäuseteil abschließt.
6. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) A12219 ist und dass das Material des Füllstücks (19) A12319 ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseteils (10, 25) A16061 ist und dass das Material des Füllstücks eine Aluminium-Legierung mit Antei¬ len von 3,0% bis 7,0% Mg, 0,3% bis 1,0% Mn und 0,03% bis 1,5 % Mn ist.
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