WO2015150034A1 - Lötverfahren zum reparieren einer oberfläche eines turbinenbauteils - Google Patents

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WO2015150034A1
WO2015150034A1 PCT/EP2015/055062 EP2015055062W WO2015150034A1 WO 2015150034 A1 WO2015150034 A1 WO 2015150034A1 EP 2015055062 W EP2015055062 W EP 2015055062W WO 2015150034 A1 WO2015150034 A1 WO 2015150034A1
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turbine
turbine component
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solder
replacement
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PCT/EP2015/055062
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Britta Laux
Ingo Reinkensmeier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0018—Brazing of turbine parts
    • 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
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    • B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form
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    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/238—Soldering

Definitions

  • the present invention relates to a soldering method for repairing a surface of a turbine component, in particular a turbine blade, for example a guide vane or a rotor blade of a gas turbine.
  • a challenge with this method is currently the fixation of the coupon on the component, so that during the soldering process, the coupon does not slip or slip.
  • a spot welding of the coupons was investigated as a fixation option, which is limited to coupons with a thickness of about 1mm.
  • the spot welding causes considerable damage to the Coupons, for example in the form of cratering, and the component.
  • the Lotfolien usually have a thickness of 0.05 - 0.1 mm. If the solder gap, which results between the tolerated component and the coupon, exceeds this thickness, there is an incomplete connection of the coupon. This requires a very precise preparation of the component and the coupon, which is associated with high costs.
  • the soldering method according to the invention for repairing a surface of a turbine component comprises the following steps: Material, in particular damaged material, is removed or removed from a damaged area of the surface of the turbine component. In this case, for example, a recess can be generated. A prefabricated replacement element is applied to the damaged area of the turbine component.
  • a powdered solder-base material mixture is applied to at least one joining surface by means of high-velocity high-velocity oxygen (HVOF) flame spraying.
  • HVOF high-velocity high-velocity oxygen
  • the surface of the replacement element is completely soldered onto the damaged area of the surface of the turbine component.
  • the replacement element and the damaged area of the surface can be connected to one another, for example by laser soldering.
  • a solder base material At the joining surface to which a solder base material
  • Mixture is applied by means of high-speed flame spraying, it may be the damaged area of the surface of the turbine component and / or a surface of the replacement element.
  • a solder-base material mixture is understood as meaning a mixture of a solder material and the material, for example the alloy, the damaged turbine component or the replacement element.
  • the brazing material is, for example, a base material-like alloy enriched with a melting point depressant.
  • the turbine component comprises a base material or consists of a base material.
  • the replacement element comprises the same base material or consists of the same
  • the turbine component in particular a turbine blade, and / or the replacement element may comprise a nickel base superalloy.
  • the replacement element is first fixed on the damaged area of the surface before the replacement element and the damaged area of the surface are joined together by soldering.
  • the replacement element on the damaged area of the surface by applying solder or a solder-base material mixture
  • the applied material form a fixing layer.
  • a fixing layer generated or formed or constructed.
  • the fixing layer can be removed after the replacement element and the damaged area of the surface of the turbine component have been joined together by soldering.
  • the fixing layer can be ground off after the soldering process.
  • the fixing has the advantage that the replacement element, for
  • Example of the coupon used during soldering does not slip or slip.
  • the turbine component is preferably a turbine blade.
  • This may be a gas turbine blade or a steam turbine blade.
  • the turbine blade may be a vane or a rotor blade.
  • the turbine blade preferably includes a platform having at least one side surface, wherein the coupon is soldered to the side surface. Since thermal protective coatings typically applied to turbine blade airfoils are often not applied to the side surfaces of the turbine blade platform, the platform side surfaces are susceptible to damage due to thermal stresses.
  • the method according to the invention has the advantage that it is particularly suitable for the repair of platform side surfaces.
  • the turbine blade may basically comprise or consist of a nickel-base superalloy.
  • the surface of the turbine component to be repaired can be processed and adapted to the replacement element to be soldered on, for example to the coupon to be soldered, before the prefabricated coupon or the replacement element to be soldered onto the surface to be repaired Turbine component is placed.
  • the surface of the turbine component can be processed by default adapted to the coupon size.
  • a standardized surface section can be removed from the surface of the turbine blade, which corresponds to the respective coupon size.
  • the replacement element for example the coupon, may first be adapted to the surface of the turbine component to be repaired before it is placed on the surface of the turbine component to be repaired. This has the advantage that unnecessary material removal from the surface of the turbine component is avoided.
  • the solder-base material mixture can be applied by means of high-speed flame spraying onto at least one joining surface in the form of at least two solder layers. This has the advantage that material removal from the damaged surface of the turbine component, which leads to a recess whose depth at least partially exceeds the thickness of the replacement component to be soldered, can be compensated.
  • the present invention has the overall advantage that for brazing the replacement component, for example the coupon, in a high-temperature brazing process, a powdered solder-base material mixture can be used instead of a brazing foil, which is produced by high-velocity high-velocity oxygen injection. HVOF) is applied. In this case, a uniform coating order can be achieved, wherein it is both conceivable to coat both joining partners, as well as to apply only on a joining partner solder base material powder.
  • Soldering process can be removed again, for example by grinding.
  • the inventive combination of the coupon repair with a HVOF Lotap consideration offers in particular the possibility of in situ fixation in the HVOF process and is an attractive option for a solder repair.
  • the advantage of a coupon repair namely the possibility of a high-strength , structural repair of extensive and deep damage, with the advantage of an automatable near-net-shape application using HVOF be connected. As a result, significant time and cost savings can be generated in the long term.
  • Fig. 1 shows schematically a gas turbine.
  • Fig. 2 shows schematically a guide vane of a gas turbine in a perspective view.
  • Fig. 3 shows schematically the first platform in the
  • Figure 2 shown guide vane
  • Fig. 4 schematically shows a coupon for a platform side surface.
  • 5 shows schematically a sectional view of a platform side surface to be repaired with a coupon to be soldered.
  • FIG. 1 shows schematically a gas turbine.
  • a Gasturbi ne has inside a rotatable about a rotation axis th th rotor with a shaft 107, which is also referred to as a turbine runner.
  • a turbine runner Along the rotor follow each other, an intake housing 109, a compressor 101, a Brenneranord tion 15, a turbine 105 and the exhaust housing 190th
  • the burner assembly 15 communicates with an example annular hot gas duct.
  • a plurality of successively connected turbine stages form the turbine 105.
  • Each turbine stage is formed of blade rings.
  • a row of guide vanes 115 follows in the hot gas duct of a row of guide vanes 117.
  • the guide vanes 117 are fastened to an inner housing of a stator, whereas the moving blades 115 of a row are attached to the rotor, for example by means of a turbine disk. Coupled to the rotor is a generator or a work machine.
  • FIG. 2 schematically shows a guide vane 117 of a gas turbine in a perspective view.
  • the Leitschau- fei 117 includes an airfoil 1, a first platform 2, a first blade root 6, a second platform 3 and a second blade root 7.
  • the first platform 2 is disposed between the airfoil 1 and the first blade root 6.
  • the second platform 3 is arranged between the blade 1 and the second blade root 7.
  • the airfoil 1 comprises a leading edge 4 and a trailing edge 5.
  • the platforms 2 and 3 each include side surfaces.
  • a side surface of the first platform is indicated by the reference numeral 10.
  • FIG. 3 schematically shows the detail marked by the reference numeral 8 in FIG.
  • the side surface 10 of the first platform 2 is to be repaired.
  • the side surface 10 has been processed such that a prefabricated replacement element shown schematically in FIG. 4 in the form of a coupon 11 for a platform side surface can be soldered onto the side surface 10.
  • FIG. 5 schematically shows a sectional view of a platform side surface 10 to be repaired with a coupon 11 to be soldered.
  • FIG. 5 shows a detail of one
  • Damaged material was first removed or removed from a damaged area of the turbine blade surface, for example by erosion or milling. This results in a recess whose surface is designated by the reference numeral 14.
  • a prefabricated replacement element in the form of a coupon 11 is provided for application to the damaged area of the surface 14, for example for insertion into the cut-away surface area or cut-out or recess.
  • a pulverulent solder-base material mixture 12 is applied by means of high-speed flame spraying onto at least one joining surface, that is to say on the underside 15 of the coupon 11 and / or the surface 14 of the damaged region.
  • solder-base material mixture 12 is applied by means of high-speed flame spraying onto the joining surface 14 in the form of at least two solder layers. This has the advantage that the depth of the recess, which exceeds the thickness of the coupon 11, can be filled and compensated.
  • the coupon 11 is placed on the damaged area of the surface.
  • the coupon can be fixed thereby, preventing slippage so that solder 13 is applied to the side surfaces of the coupon 11.
  • the proportion of solder in this fixing layer 13 can be kept very low, so that it does not have to be reckoned with a widespread dissipation of the fixing.
  • the fixing layer can be removed again after the soldering process, for example by grinding.
  • the coupon 11 and the damaged portion 14 of the surface are joined together by soldering.
  • Hochtemperaturlötrak a powdered solder-base material mixture is used, which is applied via a high-velocity high-velocity fuel (HVOF).
  • HVOF high-velocity high-velocity fuel
  • a uniform layer It is conceivable to coat both joining partners as well as to apply solder base material powder only to one joining partner. It is already known from HVOF tests already carried out using standard solder-type base material powders that a dense and stable layer is already present directly after the coating, which can then be soldered.
  • a coupon 11 may be used, which is made of the same material as the surface 14 of the turbine blade 117 to be repaired.
  • the main body 9 of the turbine blade 117 and / or the coupon 11 may comprise or consist of a nickel-base superalloy.
  • the surface of the turbine blade to be repaired can be processed and adapted to the coupon to be soldered before the prefabricated coupon or component to be soldered is placed on the surface of the turbine blade to be repaired.
  • Coupons with specific dimensions in large quantities can be prefabricated inexpensively.
  • the surface of the turbine blade can be processed by default adapted to the coupon size.
  • a standardized surface cut can be removed from the surface of the turbine blade, which corresponds to the respective coupon size.
  • the coupon may first be adapted to the turbine blade surface to be repaired before it is placed on the surface of the turbine blade to be repaired. This has the advantage that unnecessary material removal from the surface of the turbine blade is avoided.
  • the described method is analogously also applicable to other components, in particular gas turbine components, for example also for rotor blades.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Lötverfahren zum Reparieren einer Oberfläche (10) eines Turbinenbauteils (115, 117) beschrieben, welches die folgenden Schritte umfasst: von einem beschädigten Bereich der Oberfläche (14) des Turbinenbauteils wird Material abgetragen, ein vorgefertigtes Ersatzelement (11) wird zum Aufbringen auf den beschädigten Bereich der Oberfläche (14) bereitgestellt, ein pulverförmiges Lot-Grundwerkstoff-Gemisch (12) wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf mindestens eine Fügeoberfläche (14, 15) aufgebracht, das Ersatzelement (11) wird auf den beschädigten Bereich der Oberfläche (14) aufgelegt, und das Ersatzelement (11) und der beschädigte Bereich (14) der Oberfläche werden durch Löten miteinander verbunden.

Description

Lötverfahren zum Reparieren einer Oberfläche eines Turbinenbauteils
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötverfahren zum Reparieren einer Oberfläche eines Turbinenbauteils, insbesondere einer Turbinenschaufel, beispielsweise einer Leitschaufel oder einer Laufschaufei einer Gasturbine.
Hintergrund der Erfindung
Zahlreiche Bauteile von Gasturbinen oder Dampfturbinen sind während des Betriebes der Turbine erheblichen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen ausgesetzt. Daher sind Verfahren zur Reparatur und Wiederaufarbeitung von Turbinenbauteilen von großem ökonomischem Interesse. Zur Reparatur von geschädigten Turbinenkomponenten, zum Beispiel Oxidationsschädigungen an Plattformseitenflächen, kann eine strukturelle Reparatur durchgeführt werden, bei der die geschädigten Bereiche aus der Turbinenschaufel herausgetrennt werden und durch vorgefertigte Inserts aus dem gleichen Mate- rial ersetzt werden. Diese Inserts, auch als „Coupons" bezeichnet, können mittels einer konventionellen Lötfolie in den ausgeschnittenen Bereich eingefügt werden. Dabei wird zum Beispiel durch Hochtemperaturlöten ein dem beschädigten Material artgleicher vorgefertigter Coupon mittels einer dünnen Lötfolie auf einen Grundwerkstoff aufgelötet.
Eine Herausforderung bei diesem Verfahren ist zurzeit die Fixierung des Coupons an der Komponente, so dass während des Lötprozesses der Coupon nicht abgleitet oder verrutscht. Bis- lang wurde als Fixierungsmöglichkeit lediglich ein Punktschweißen das Coupons untersucht, welches jedoch auf Coupons mit einer Dicke von ca. 1mm begrenzt ist. Weiterhin verursacht das Punktschweißen eine beträchtliche Schädigung des Coupons, beispielsweise in Form von Kraterbildung, und der Komponente .
Weiterhin weisen die Lotfolien in der Regel eine Dicke von 0,05 - 0,1mm auf. Sofern der Lötspalt, der sich zwischen der ausgemuldeten Komponente und dem Coupon ergibt, diese Dicke überschreitet, kommt es zu einer unvollständigen Anbindung des Coupons. Damit ist eine sehr präzise Vorbereitung der Komponente und des Coupons erforderlich, die mit hohen Kosten verbunden ist.
Beschreibung der Erfindung Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaftes Lötverfahren zum Reparieren einer Oberfläche eines Turbinenbauteils zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Lötverfahren zum Reparieren ei- ner Oberfläche eines Turbinenbauteils gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Lötverfahren zum Reparieren einer Ober- fläche eines Turbinenbauteils umfasst die folgenden Schritte: Von einem beschädigten Bereich der Oberfläche des Turbinenbauteils wird Material, insbesondere beschädigtes Material, abgetragen bzw. herausgetrennt. Hierbei kann zum Beispiel eine Ausnehmung erzeugt werden. Ein vorgefertigtes Ersatzele- ment wird zum Aufbringen auf den beschädigten Bereich der
Oberfläche bereitgestellt, insbesondere zum Einbringen in den herausgetrennten Oberflächenbereich bzw. Ausschnitt oder die erzeugte Ausnehmung. Ein pulverförmiges Lot-Grundwerkstoff- Gemisch wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel - HVOF) auf mindestens eine Fügeoberfläche aufgebracht. Anschließend wird das Ersatzelement auf den beschädigten Bereich der Oberfläche aufgelegt und das Ersatz- element und der beschädigte Bereich der Oberfläche des Turbinenbauteils werden durch Löten miteinander verbunden.
Vorzugsweise wird die Oberfläche des Ersatzelements vollstän- dig auf den beschädigten Bereich der Oberfläche des Turbinenbauteils aufgelötet. Das Ersatzelement und der beschädigte Bereich der Oberfläche können zum Beispiel durch Laserlöten miteinander verbunden werden. Bei der Fügeoberfläche, auf die ein Lot-Grundwerkstoff-
Gemisch mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen aufgebracht wird, kann es sich um den beschädigten Bereich der Oberfläche des Turbinenbauteils und/oder eine Oberfläche des Ersatzelements handeln.
Unter einem Lot-Grundwerkstoff-Gemisch wird ein Gemisch aus einem Lotmaterial und dem Werkstoff, beispielsweise der Legierung, des beschädigten Turbinenbauteils oder des Ersatzelements verstanden. Bei dem Lotmaterial handelt es sich zum Beispiel um eine grundwerkstoffähnliche Legierung, die mit einem Schmelzpunkterniedriger angereichert ist.
Das Turbinenbauteil umfasst einen Grundwerkstoff oder besteht aus einem Grundwerkstoff. Bevorzugt umfasst das Ersatzelement den gleichen Grundwerkstoff oder besteht aus dem gleichen
Grundwerkstoff. Zum Beispiel kann das Turbinenbauteil, insbesondere eine Turbinenschaufel, und/oder das Ersatzelement eine Nickelbasis-Superlegierung umfassen. Vorteilhafterweise wird das Ersatzelement auf dem beschädigten Bereich der Oberfläche zunächst fixiert, bevor das Ersatzelement und der beschädigte Bereich der Oberfläche durch Löten miteinander verbunden werden. Bevorzugt wird das Ersatzelement auf dem beschädigten Bereich der Oberfläche durch Auftragen von Lot oder einem Lot-Grundwerkstoff-Gemisch an
Seitenflächen des Ersatzelements fixiert. Dabei kann das aufgetragene Material eine Fixierschicht ausbilden. Zum Beispiel kann durch Auftragen von Lot oder einem Lot-Grundwerkstoff- Gemisch an den Seitenflächen des Ersatzelements eine Fixierschicht erzeugt bzw. gebildet oder aufgebaut werden.
Die Fixierschicht kann entfernt werden, nachdem das Ersatz - element und der beschädigte Bereich der Oberfläche des Turbinenbauteils durch Löten miteinander verbunden wurden. Dazu kann die Fixierschicht im Anschluss an den Lötprozess abgeschliffen werden. Das Fixieren hat den Vorteil, dass das Ersatzelement, zum
Beispiel der verwendete Coupon, während des Lötens nicht abgleitet oder verrutscht.
Bei dem Turbinenbauteil handelt es sich vorzugsweise um eine Turbinenschaufel. Dabei kann es sich um eine Gasturbinenschaufel oder eine Dampfturbinenschaufel handeln. Weiterhin kann es sich bei der Turbinenschaufel um eine Leitschaufel oder eine Laufschaufei handeln. Die Turbinenschaufel umfasst bevorzugt eine Plattform mit mindestens einer Seitenfläche, wobei der Coupon auf die Seitenfläche aufgelötet wird. Da thermische Schutzbeschichtun- gen, die typischerweise auf Schaufelblätter von Turbinenschaufeln aufgebracht werden, häufig nicht auf die Seitenflä- chen der Plattform der Turbinenschaufel aufgebracht werden, sind die Plattformseitenflächen anfällig für Beschädigungen infolge thermischer Belastungen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es sich besonders für die Reparatur von Plattformseitenflächen eignet.
Die Turbinenschaufel kann grundsätzlich eine Nickelbasis- Superlegierung umfassen oder aus einer solchen bestehen.
Prinzipiell kann die zu reparierende Oberfläche des Turbinen- bauteils bearbeitet und an das aufzulötende Ersatzelement, zum Beispiel an den aufzulötenden Coupon, angepasst werden bevor der vorgefertigte Coupon beziehungsweise das aufzulötende Ersatzelement auf die zu reparierende Oberfläche des Turbinenbauteils aufgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass Coupons mit bestimmten Abmessungen in großer Stückzahl preisgünstig vorgefertigt werden können. Zudem kann die Oberfläche des Turbinenbauteils standardmäßig angepasst an die Coupon- große bearbeitet werden. Es kann also zum Beispiel ein standardisierter Oberflächenausschnitt von der Oberfläche der Turbinenschaufel abgetragen werden, der der jeweiligen Coupongröße entspricht. Alternativ dazu kann das Ersatzelement, zum Beispiel der Coupon, zunächst an die zu reparierende Oberfläche des Turbinenbauteils angepasst werden, bevor er auf die zu reparierende Oberfläche des Turbinenbauteils aufgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass überflüssiger Materialabtrag von der Oberfläche des Turbinenbauteils vermieden wird.
Optional kann das Lot-Grundwerkstoff-Gemisch wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf mindestens eine Fügeoberfläche in Form von mindestens zwei Lotschichten aufge- bracht werden. Dies hat den Vorteil, dass Materialabtrag von der beschädigten Oberfläche des Turbinenbauteils, der zu einer Ausnehmung führt, deren Tiefe zumindest teilweise die Dicke des aufzulötenden Ersatzbauteils übersteigt, ausgeglichen werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat insgesamt den Vorteil, dass zum Löten des Ersatzbauteils, zum Beispiel des Coupons, in einem Hochtemperaturlötprozess ein pulverförmiges Lot- Grundwerkstoff-Gemisch anstelle einer Lötfolie verwendet wer- den kann, welches über ein Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel - HVOF) appliziert wird. Dabei kann ein gleichmäßiger Schichtauftrag erzielt werden, wobei es sowohl denkbar ist, beide Fügepartner zu beschichten, als auch, lediglich auf einem Fügepartner Lot-Grundwerkstoff- Pulver aufzubringen.
Aus bereits durchgeführten HVOF-Versuchen mit standardmäßig eingesetzten Lot-Grundwerkstoff-Pulvern ist bekannt, dass be- reits direkt nach dem Beschichten eine dichte und stabile Schicht vorliegt, die anschließend gelötet werden kann. Um das Problem der Coupon-Fixierung zu lösen, ist es möglich, einige Lotschichten zu applizieren, anschließend den Coupon aufzulegen und diesen über einen geringen Lotauftrag an den Seitenflächen zu fixieren. Der Anteil an Lot in dieser Fixierschicht kann sehr gering gehalten werden, so dass nicht mit einem weitläufigen Zerfließen der Fixierung gerechnet werden muss. Die Fixierschicht kann im Anschluss an den
Lötprozess wieder entfernt werden, zum Beispiel durch Abschleifen .
Die erfindungsgemäße Kombination der Coupon-Reparatur mit einer HVOF-Lotapplikation bietet insbesondere die Möglichkeit einer in-situ-Fixierung im HVOF-Prozess und stellt eine attraktive Möglichkeit für eine Lötreparatur dar. Dabei kann der Vorteil einer Coupon-Reparatur, nämlich die Möglichkeit einer hochfesten, strukturellen Reparatur großflächiger und tiefer Schädigungen, mit dem Vorteil einer automatisierbaren near-net-shape-Applikation mittels HVOF verbunden werden. Dadurch kann langfristig eine deutliche Zeit- und Kostenersparnis generiert werden.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher be- schrieben. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsvarianten stellen lediglich Beispiele dar, welche den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht be- schränken.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Gasturbine. Fig. 2 zeigt schematisch eine Leitschaufel einer Gasturbine in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 3 zeigt schematisch die erste Plattform der in der
Figur 2 gezeigten Leitschaufel .
Fig . 4 zeigt schematisch einen Coupon für eine Plattformseitenfläche . Fig. 5 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer zu reparierenden Plattformseitenfläche mit einem aufzulötenden Coupon.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Gasturbine. Eine Gasturbi ne weist im Inneren einen um eine Rotationsachse drehgelager ten Rotor mit einer Welle 107 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 109, ein Verdichter 101, eine Brenneranord nung 15, eine Turbine 105 und das Abgasgehäuse 190.
Die Brenneranordnung 15 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hintereinander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 105. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung ei- nes Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißgaskanal einer Leitschaufelreihe 117 eine aus Laufschaufeln 115 gebildete Reihe. Die Leitschaufeln 117 sind dabei an einem Innengehäuse eines Stators befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 115 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe am Rotor angebracht sind. An dem Rotor angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine.
Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 101 durch das Ansauggehäuse 109 Luft angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 101 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brenneranordnungen 15 geführt und dort mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums in der Brennkammer verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 117 und den Laufschaufeln 115 vorbei. An den Laufschaufeln 115 entspannt sich das Arbeitsmedium impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 115 den Rotor antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine .
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Leitschaufel 117 einer Gasturbine in einer perspektivischen Ansicht. Die Leitschau- fei 117 umfasst ein Schaufelblatt 1, eine erste Plattform 2, einen ersten Schaufelfuß 6, eine zweite Plattform 3 und einen zweiten Schaufelfuß 7. Die erste Plattform 2 ist zwischen dem Schaufelblatt 1 und dem ersten Schaufelfuß 6 angeordnet. Die zweite Plattform 3 ist zwischen dem Schaufelblatt 1 und dem zweiten Schaufelfuß 7 angeordnet. Das Schaufelblatt 1 umfasst eine Anströmkante 4 und eine Abströmkante 5. Die Plattformen 2 und 3 umfassen jeweils Seitenflächen. Eine Seitenfläche der ersten Plattform ist mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Die Figur 3 zeigt schematisch den in der Figur 1 mit der Bezugsziffer 8 gekennzeichneten Ausschnitt. In der Figur 3 ist die Seitenfläche 10 der ersten Plattform 2 zu reparieren. Zu diesem Zweck wurde die Seitenfläche 10 dahingehend bearbeitet, dass ein in der Figur 4 schematisch gezeigtes vorgefer- tigtes Ersatzelement in Form eines Coupons 11 für eine Plattformseitenfläche auf die Seitenfläche 10 aufgelötet werden kann .
Die Figur 5 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer zu reparierenden Plattformseitenfläche 10 mit einem aufzulötenden Coupon 11. Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem
Grundkörper 9 der ersten Plattform.
Von einem beschädigten Bereich der Oberfläche der Turbinen- schaufei wurde zunächst beschädigtes Material abgetragen bzw. herausgetrennt, zum Beispiel durch Erodieren oder Fräsen. Dabei entsteht eine Ausnehmung, deren Oberfläche mit der Bezugsziffer 14 gekennzeichnet ist. Ein vorgefertigtes Ersatzelement in Form eines Coupons 11 wird zum Aufbringen auf den beschädigten Bereich der Oberfläche 14, beispielsweise zum Einbringen in den herausgetrennten Oberflächenbereich bzw. Ausschnitt oder Ausnehmung, bereitgestellt. Ein pulverförmiges Lot-Grundwerkstoff-Gemisch 12 wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf mindestens eine Fügeoberfläche, also auf die Unterseite 15 des Coupons 11 und/oder die Oberfläche 14 des den beschädigten Bereich auf- gebracht.
Optional kann das Lot-Grundwerkstoff-Gemisch 12 wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf die Fügeoberfläche 14 in Form von mindestens zwei Lotschichten aufgebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass die Tiefe der Ausnehmung, die die Dicke des Coupons 11 übersteigt, aufgefüllt und ausgeglichen werden kann.
Anschließend wird der Coupon 11 wird auf den beschädigten Be- reich der Oberfläche aufgelegt. Optional kann der Coupon dadurch fixiert und so ein Verrutschen vermieden werden, dass Lot 13 an den Seitenflächen des Coupons 11 aufgetragen wird. Der Anteil an Lot in dieser Fixierschicht 13 kann sehr gering gehalten werden, so dass nicht mit einem weitläufigen Zer- fließen der Fixierung gerechnet werden muss. Die Fixierschicht kann im Anschluss an den Lötprozess wieder entfernt werden, zum Beispiel durch Abschleifen.
Nach dem Auflegen und gegebenenfalls Fixieren des Coupons 11 werden der Coupon 11 und der beschädigte Bereich 14 der Oberfläche durch Löten miteinander verbunden.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass anstelle einer Lötfolie zum Löten des Coupons in einem
Hochtemperaturlötprozess ein pulverförmiges Lot- Grundwerkstoff-Gemisch verwendet wird, welches über ein Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel - HVOF) appliziert wird. Dabei kann ein gleichmäßiger Schicht- auftrag erzielt werden, wobei es sowohl denkbar ist, beide Fügepartner zu beschichten, als auch, lediglich auf einem Fügepartner Lot-Grundwerkstoffpulver aufzubringen. Aus bereits durchgeführten HVOF-Versuchen mit standardmäßig eingesetzten Lot-Grundwerkstoffpulvern ist bekannt, dass bereits direkt nach dem Beschichten eine dichte und stabile Schicht vorliegt, die anschließend gelötet werden kann.
Prinzipiell kann ein Coupon 11 verwendet werden, der aus dem gleichen Material besteht wie die zu reparierende Oberfläche 14 der Turbinenschaufel 117. Zum Beispiel kann der Grundkörper 9 der Turbinenschaufel 117 und/oder der Coupon 11 eine Nickelbasis-Superlegierung umfassen oder aus einer solchen bestehen .
Prinzipiell kann die zu reparierende Oberfläche der Turbinenschaufel bearbeitet und an den aufzulötenden Coupon angepasst werden bevor der vorgefertigte Coupon beziehungsweise das aufzulötende Bauteil auf die zu reparierende Oberfläche der Turbinenschaufel aufgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass
Coupons mit bestimmten Abmessungen in großer Stückzahl preisgünstig vorgefertigt werden können. Zudem kann die Oberfläche der Turbinenschaufel standardmäßig angepasst an die Coupongröße bearbeitet werden. Es kann also zum Beispiel ein stan- dardisierter Oberflächenausschnitt von der Oberfläche der Turbinenschaufel abgetragen werden, der der jeweiligen Coupongröße entspricht.
Alternativ dazu kann der Coupon zunächst an die zu reparie- rende Oberfläche der Turbinenschaufel angepasst werden bevor er auf die zu reparierende Oberfläche der Turbinenschaufel aufgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass überflüssiger Materialabtrag von der Oberfläche der Turbinenschaufel vermieden wird.
Das beschriebene Verfahren ist analog auch für andere Bauteile, insbesondere Gasturbinenbauteile, zum Beispiel auch für Laufschaufeln, anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1. Lötverfahren zum Reparieren einer Oberfläche (10) eines Turbinenbauteils (115, 117), welches die folgenden Schritte umfasst:
- von einem beschädigten Bereich der Oberfläche (14) des Turbinenbauteils wird Material abgetragen,
- ein vorgefertigtes Ersatzelement (11) wird zum Aufbringen auf den beschädigten Bereich der Oberfläche (14) bereitge- stellt,
- ein pulverförmiges Lot-Grundwerkstoff-Gemisch (12) wird mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf mindestens eine Fügeoberfläche (14, 15) aufgebracht,
- das Ersatzelement (11) wird auf den beschädigten Bereich der Oberfläche (14) aufgelegt, und
- das Ersatzelement (11) und der beschädigte Bereich (14) der Oberfläche werden durch Löten miteinander verbunden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Ersatzelement (11) auf dem beschädigten Bereich der Oberfläche (14) zunächst fixiert wird, bevor das Ersatzelement (11) und der beschädigte Bereich der Oberfläche (14) durch Löten miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 ,
wobei das Ersatzelement (11) auf dem beschädigten Bereich der Oberfläche (14) durch Auftragen von Lot (13) an Seitenflächen des Ersatzelements (11) fixiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 ,
wobei durch Auftragen von Lot (13) an den Seitenflächen des Ersatzelements (11) eine Fixierschicht erzeugt wird und die Fixierschicht entfernt wird nachdem das Ersatzelement (11) und der beschädigte Bereich der Oberfläche durch Löten miteinander verbunden wurden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei es sich bei dem Turbinenbauteil um eine Turbinenschaufel (115, 117) handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei es sich bei der Turbinenschaufel um eine Leitschaufel (117) oder eine Laufschaufei (115) handelt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei es sich bei dem Turbinenbauteil um ein Bauteil einer Gasturbine oder einer Dampfturbine handelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei das Turbinenbauteil (115, 117) einen Grundwerkstoff um- fasst und das Ersatzelement (11) den gleichen Grundwerkstoff umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Turbinenschaufel (115, 117) und/oder das Ersatzele- ment (11) eine Nickelbasis-Superlegierung umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei es sich bei der Fügeoberfläche um den beschädigten Be- reich der Oberfläche (14) des Turbinenbauteils und/oder eine Oberfläche (15) des Ersatzelements (11) handelt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei das Ersatzelement (11) und der beschädigte Bereich (14) der Oberfläche werden durch Laser-Löten miteinander verbunden werden .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zu reparierende Oberfläche (10) bearbeitet und an das aufzulötende Ersatzelement (11) angepasst wird bevor das vorgefertigte Ersatzelement (11) auf die zu reparierende Oberfläche (10) des Turbinenbauteils (115, 117) aufgelegt wird .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei das aufzulötende Ersatzelement (11) zunächst an die zu reparierende Oberfläche (10) des Turbinenbauteils (115, 117) angepasst wird bevor es auf die zu reparierende Oberfläche (10) des Turbinenbauteils aufgelegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
wobei das Lot-Grundwerkstoff-Gemisch (12) mittels Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen auf mindestens eine Fügeoberflä che (14, 15) in Form von mindestens zwei Lotschichten aufge bracht wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107685220A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 中国科学院金属研究所 一种复杂薄壁高温合金热端部件裂纹的修复方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11517969B2 (en) * 2019-01-24 2022-12-06 General Electric Company Weld-brazing techniques
US20220402031A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 Honeywell International Inc. Turbomachine manufacture and repair method using additive manufactured braze preforms

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2078579A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Löten eines Bauteils und Bauteil mit Löt- und Schweissstellen
EP2108477A1 (de) * 2008-04-09 2009-10-14 ALSTOM Technology Ltd Verfahren zur Reparatur der Heißgaskomponente einer Gasturbine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0868253B1 (de) * 1995-12-08 2001-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur rissbeseitigung bei einem metallischen bauteil, insbesondere einer turbinenschaufel, sowie turbinenschaufel
US6575349B2 (en) * 2001-02-22 2003-06-10 Hickham Industries, Inc. Method of applying braze materials to a substrate
DE10161824B4 (de) * 2001-12-15 2004-02-12 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Instandsetzen von verschlissenen oder außer Maß gefertigten Bauteilen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2078579A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Löten eines Bauteils und Bauteil mit Löt- und Schweissstellen
EP2108477A1 (de) * 2008-04-09 2009-10-14 ALSTOM Technology Ltd Verfahren zur Reparatur der Heißgaskomponente einer Gasturbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107685220A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 中国科学院金属研究所 一种复杂薄壁高温合金热端部件裂纹的修复方法
CN107685220B (zh) * 2016-08-04 2019-06-07 中国科学院金属研究所 一种复杂薄壁高温合金热端部件裂纹的修复方法

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