PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004001315A1 22.07.2004
Titel Verfahren zum Reparaturschweißen einer Komponente und damit reparierte Komponente
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Murphy, John Thomas, Niskayuna, N.Y., US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 07.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004001315
Offenlegungstag 22.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.07.2004
IPC-Hauptklasse B23K 9/04
IPC-Nebenklasse B23K 9/095   B23K 9/235   
Zusammenfassung Ein Verfahren zum Reparieren (Ausbessern) einer Metalllegierungskomponente (10) und die sich daraus ergebende reparierte Komponente (10). Das Verfahren beinhaltet die Bearbeitung der Komponentenoberfläche (10), um einen Defekt (12) zu entfernen, und daran anschließend das Einbringen eines Füllmaterialeinsatzes (30) in den sich ergebenden Oberflächenhohlraum (32), wobei die Größe und Gestalt des Füllmaterialeinsatzes so vorbestimmt sind, dass der Schweißvorgang derart ausgeführt werden kann, dass der Einsatz (30) vollständig geschmolzen wird, während das Anschmelzen der Komponente (10) in unmittelbarer Umgebung des Einsatzes (30) auf ein Minimum reduziert wird. Dadurch tritt lediglich eine minimale Vermischung zwischen dem Material des Einsatzes (30) und jenem der Komponente (10) auf, wodurch die Gefahr einer Rissbildung anschließend an den Schweißvorgang verringert wird.

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung (1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zum Reparaturschweißen von Metalllegierungen, insbesondere solchen, die zum Einsatz in einer Hochtemperaturumgebung einer Gasturbine geeignet sind. Mehr im Einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer kontrollierten Schweißreparatur eines Schadens in einer aus einer solchen Legierung bestehenden Komponente, wobei das Verfahren das Verschmelzen der Legierung mit einem zum Reparieren des Schadens verwendeten Füll- oder Zusatzmaterial auf ein Minimum reduziert.

(2) Beschreibung des Standes der Technik

Heißbereichkomponenten einer Gasturbine, wie Schaufeln (Laufschaufeln), Leitschaufeln (Düsen) und Brennkammern bestehen typischerweise aus Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis-Superlegierungen (super alloys), die sich durch die jeweils erforderlichen mechanischen Eigenschaften bei den Turbinenbetriebstemperaturen auszeichnen. Diese Komponenten werden typischerweise in Form von Gussstücken eingesetzt und können deshalb punktförmige Schäden oder Defekte z.B. keramische Einschlüsse, Poren, etc., aber auch kleine linienförmige Defekte oder Schäden aufweisen, die eine Reparatur (Ausbesserung) erforderlich machen. Es wurden schon verschiedene Schweißtechniken entwickelt, die diese Schäden reparieren können, einschließlich Wolfram-Inertgas (WIG; TIG) – und Plasmalichtbogen (PL; PTA) Schweißverfahren, die aber sorgfältig durchgeführt werden müssen, um brauchbare Schweißergebnisse zu erzielen und sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften der Superlegierung erhalten bleiben. Dabei werden insbesondere verhältnismäßig einfache andere Reparaturmethoden wie etwa WIG (TIG) mit einem Füll- oder Zusatzmaterial verwendet, die von den Gusslieferanten leicht umgesetzt werden können.

Es ist bekannt, dass das Schweißen ein örtliches Aufschmelzen und eine Wiederverfestigung beinhaltet. Um eine Rissbildung zu vermeiden, muss eine durch Schweißen zu reparierende Legierung so duktil sein, dass sie die beim Schweißen auftretenden Wärmespannungen aufnehmen kann. Die bei Gasturbinen verwendeten warmfesten Materialien sind aber von sich aus gegen Verformung widerstandsfähig, so dass Füll- oder Zusatzmaterialien der gleichen Legierung wie der der zu reparierenden Komponente bei Raumtemperaturen nur schwierig zu benutzen sind. Demgemäß werden zur Reparatur von Superlegierungskomponenten häufig duktilere Legierungen als die Haupt- oder Grundlegierung verwendet. Eine Schwierigkeit, die bei der Verwendung eines duktilen Füll- oder Zusatzmaterials zur Reparatur einer Superlegierungskomponente auftritt, besteht darin, dass das Verhältnis des Füllmaterials zu dem Haupt- oder Ausgangsmaterial bei von Hand durchgeführten Verfahren, wie WIG (TIG) nur schwer zu kontrollieren ist. WIG (TIG) Schweißungen von Superlegierungen und anderen schwer zu schweißenden Legierungen leiden wegen übermäßigen Einschmelzens von Grundmaterial in das Schmelzbad aus Füll- oder Zusatzmaterial unter Rissbildung im Wurzelbereich der Schweißnaht.

In Anbetracht dieser Umstände besteht ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Reparatur von hochwarm-festen Metalllegierungen, bei dem ein übermäßiges Aufschmelzen des Grund- oder Ausgangsmaterials und dessen Vermischung mit dem Füll- oder Zusatzmaterial auf ein Minimum reduziert werden kann.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Reparieren einer Metalllegierungskomponente, wie etwa einer Superlegierungskomponente einer Gasturbine und die sich daraus ergebende reparierte Komponente. Das Verfahren verwendet einen Füllmaterialeinsatz, dessen Größe und Gestalt so vorbestimmt sind, dass der Schweißvorgang derart ausgeführt werden kann, dass der Einsatz vollständig aufgeschmolzen wird, während das Schmelzen der umgebenden Metalllegierungskomponente auf ein Minimum reduziert wird. Damit tritt eine minimale Vermischung zwischen dem Einsatz und der Komponente auf, wodurch die Gefahr der Rissbildung im Anschluss an den Schweißvorgang herabgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Schweiß-Reparaturverfahren beinhaltet die Durchführung einer Abschätzung oder Auswertung, bei der die Entwicklung eines Schweißschmelzbads in einer Fläche eines Körpers, z.B. einer Füll- oder Zusatzmateriallegierung über die Zeit so bestimmt wird, dass die jeweilige Schmelzbadbreite, -tiefe und -gestalt für einen Satz Schweißparameter mit der Zeit korreliert wird. Sodann wird eine aus einer Metalllegierung (die die gleiche wie die des beurteilten Körpers oder eine von dieser verschiedene sein kann) bestehende Komponente, die einen Oberflächendefekt aufweist, spanabhebend bearbeitet, um den Defekt zu entfernen und einen Hohlraum in der Oberfläche zu erzeugen, der eine Weite, eine Tiefe und eine Gestalt aufweist, die im Wesentlichen gleich wie die Schmelzbadbreite, – tiefe und – gestalt ist, die mit einer Zeitdauer während der Abschätzung (Auswertung) korreliert worden ist. Der Füllmaterialeinsatz, der etwa die gleiche Weite, Tiefe und Gestalt wie der Hohlraum aufweist, wird sodann in den Hohlraum so eingesetzt, dass die Außenfläche des Füllmaterialeinsatzes der Hohlraumoberfläche gegenüber liegt. Schließlich wird der Füllmaterialeinsatz unter Verwendung des im Wesentlichen gleichen Satzes von Schweißparametern und während der gleichen bei der Abschätzung (Auswertung) korrelierten Zeitdauer, wie sie als Grundlage der Bemessung sowohl des Hohlraums als auch des Einsatzes benutzt worden waren, erwärmt. Als Ergebnis wird der Füllmaterialeinsatz so aufgeschmolzen dass er eine metallurgisch gebundene Schweißreparatur erzeugt, die den Hohlraum ausfüllt.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird die Abschätzung (Auswertung) dazu verwendet, für einen gegebenen Satz von Schweißbedingungen und -parametern das Maß in dem sich eine Schmelzfront durch die Füllmateriallegierung ausbreitet oder wenigstens den jeweiligen Ort der Schmelzfront zu verschiedenen Zeitpunkten zu bestimmen. Diese Information wird dann beim Erwärmen des Füllmaterialeinsatzes so verwendet, dass die sich durch den Einsatz zu dessen Außenfläche hin ausbreitende Schmelzfront im Wesentlichen gleichzeitig an der gesamten Außenoberfläche des Füllmaterialeinsatzes ankommt. Die Erwärmung kann dann weiter fortgesetzt werden, um einen begrenzten Teil der Komponente unter der Oberfläche des Hohlraums aufzuschmelzen, derart, dass der geschmolzene Teil eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist, die mit Absicht so begrenzt ist, dass sie eine Vermischung zwischen dem Material des Einsatzes und dem der Komponente auf ein Minimum reduziert. Im Ergebnis kann so eine Metalllegierung, die verhältnismäßig schwer zu schweißen ist, wie etwa einer Superlegierung, mit einem Einsatz aus einer Legierung, die duktiler ist und/oder einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist repariert werden, jedoch mit einem zufolge einer verringerten Vermischung in der Schweißnaht verkleinerten Risiko der Rissbildung bei dem Schweißvorgang.

Aus dem Vorstehenden ist zu entnehmen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene Schweißtechniken angewandt werden können, so wie etwa Handlichtbogenschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, wobei jeweils die gleiche Technik sowohl bei der Abschätzung (Auswertung) als auch bei dem Schweißvorgang eingesetzt wird, so dass die Schweißparameter dazu verwendet werden können, das Maß des Aufschmelzens genau zu kontrollieren oder zu steuern, das während des Schweißreparaturvorgangs auftritt. Darüberhinaus kann die Abschätzung (Auswertung) einer Metalllegierung so vorgenommen werden, dass mehrere Schmelzbadweiten, -tiefen und -gestalten bei einem oder mehreren Sätzen von Schweißparametern mit mehreren Zeitdauern korreliert werden. Es können dann Mehrfach-Fülleinsätze ausgebildet werden, die näherungsweise die jeweilige Weite, Tiefe und Gestalt aufweisen, welche bei der Abschätzung (Auswertung) ermittelt worden ist, so dass abhängig von der Größe des zu reparierenden Defektes jeweils ein spezieller Füllmaterialeinsatz ausgewählt werden kann. Das erfindungsgemäße Reparaturverfahren ist von sich aus in hohem Maße geeignet zum Ausfüllen von Rissen, Porositäten, Gussnarben und anderen Oberflächenlöchern oder -schäden, die in einer Metalllegierungskomponente vorhanden sein können, wobei die Zusammensetzung des Füllmaterialeinsatzes maßgerecht so gewählt werden kann, dass sie die Zusammensetzung der zu reparierenden Komponente komplementiert, so dass sich eine hoch beanspruchbare, rissfreie Schweißreparatur ergibt.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 veranschaulicht einen bei einer Abschätzung (Auswertung) durchgeführten Schritt, durch den erfindungsgemäß die Entwicklung eines Schweißschmelzbades über die Zeit bestimmt wird,

2 veranschaulicht einen Punktdefekt in einer Oberfläche einer Komponente,

3, 4 und 5 veranschaulichen Schritte, die zur Reparatur des Defektes nach 2 ausgeführt werden, indem Oberflächenmaterial in und rings um den Defekt abgenommen wird, um einen Hohlraum einer vorbestimmten Größe auszubilden, sodann ein entsprechend bemessener Füllmaterialeinsatz in den Hohlraum eingesetzt und schließlich ein Schweißvorgang durchgeführt wird, der so gesteuert wird, dass der Einsatz und eine begrenzte Menge der Komponente unmittelbar an den Einsatz anschließend geschmolzen werden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die 1 bis 5 veranschaulichen eine Folge von Schritten, die zur Reparatur einer Komponente 10 durchgeführt werden, die einen Oberflächendefekt oder Schaden 12 aufweist, wie er in 2 dargestellt ist. Die Komponente kann aus eine Vielzahl von Metalllegierungen bestehen, einschließlich solchen, die verhältnismäßig schwer zu schweißen sind, wie etwa Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis-Superlegierungen, die zur Herstellung von gegossenen oder geschmiedeten Komponenten von Gasturbinen verwendet werden. Wenn die Komponente 10 ein Gussteil ist, ist der Defekt 12 typischerweise ein Punktdefekt, wie etwa ein keramischer Einschluss, eine Pore, etc., wenngleich der Defekt 12 stattdessen naturgemäß ein linienförmiger Defekt sein kann.

Unter Veranschaulichung eines ersten Schrittes der Erfindung zeigt 1 eine Oberfläche 24 eines Metalllegierungskörpers, der mit einem von einem WIG (TIG) Schweißgerät 23 erzeugten Brennerstrahl (Lichtbogen) 22 so erwärmt wird, dass sich ein Schweißschmelzbad 26 entwickelt. Wie zu erwarten, entwickelt sich das Schmelzbad 26 in Abhängigkeit von der Zeit längs einer Schweißschmelzfront 28, die sich von einer dem Brennerstrahl 22 nächst gelegenen Stelle aus, radial nach außen und unten, durch den Körper 20 ausbreitet. Die endgültige Größe und Gestalt des Schweißschmelzbades 26 fällt mit der größten Ausdehnung der Schmelzfront 28 in dem Zeitpunkt zusammen, in dem der Brennerstrahl 22 gelöscht wird. Für die Abschätzung oder Auswertung werden, ebenso wie die verwendeten Schweißparameter, die Ausbreitung der Schmelzfront 28 und deshalb die Größe (Breite und Tiefe) und die Gestalt des Schmelzbads 26 in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet. Abhängig von der speziellen Art der jeweils verwendeten Schweißtechnik beinhalten derartige Parameter den Schweißstrom, die Verwendung von Flussmitteln, die Lage des Brennerstrahls 22 bezüglich der Oberfläche 24, etc. wie dies dem Fachmann geläufig ist.

Der Körper 20 ist vorzugsweise aus der gleichen Legierung wie jener der zur reparierenden Komponente 10 ausgebildet, wenngleich, wie dies aus der nachfolgenden Erörterung noch hervorgeht, der Körper 20 auch aus einem verschiedenen Material hergestellt sein kann, so lange sich die Schweißschmelzfront 28 durch den Körper in einer Weise ausbreitet, die ähnlich jener einer Schweißschmelzfront 38 ist, welche unter ähnlichen Schweißbedingungen zur Ausbreitung durch die Komponente 10 gebracht wird. Der Ausdruck „gleiche Metalllegierung" wie er hier verwendet wird, umfasst jeweils alle Legierungen, die hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Mikrostruktur so ähnlich mit einander sind, dass sie ähnliche Schweißeigenschaften aufweisen.

Unter der Annahme, dass der Körper 20 isotrope Eigenschaften aufweist, haben das Schmelzbad 26 und die Schmelzfront 28 jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt auf der Oberfläche 24 des Körpers 20. Abhängig von der jeweils verwendeten Schweißtechnik können das Schweißbad 26 und die Schweißfront 28 auch eine jeweils halbkugelförmige Gestalt aufweisen, wenngleich zum Reparieren vieler Oberflächendefekte, wie etwa des in 2 dargestellten Defekts 12 typischerweise ein größeres Abmessungsverhältnis (Tiefe zu Breite) bevorzugt wird. Es werden deshalb, wenn auch verschiedene Schweißtechniken zur Ausführung der Erfindung benutzt werden können, typischerweise Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweißverfahren zur Reparatur von Defekten bevorzugt, die ein größeres Abmessungsverhältnis aufweisen. Unter Umständen unter denen ein Handschweißverfahren verwendet wird, können WIG (TIG)- und PLS (PTA)-Schweißverfahren eingesetzt werden. Mit der Entwicklung organischer Flussmittel kann das Abmessungsverhältnis (Tiefe zu Breite) eines durch WIG (TIG) ausgebildeten Schweißschmelzbades bis zu 300 vergrößert werden, womit WIG (TIG) ein geeigneter Wahlpartner für viele Arten von Defekten wird. Bei der in 1 dargestellten WIG (TIG) Technik wird der Lichtbogen in der WIG (TIG) Maschine mit Vorzug in dem sogenannten Paneelseimodus gezündet, wobei der Lichtbogenstrom anschließend konstant gehalten wird.

Eine geeignete technische Vorgangsweise zur Beobachtung der Ausbreitung der Schmelzfront 28 und der Größe des Schmelzbades 26 ist eine metallographische Schnitttechnik. Bei der in 1 veranschaulichten Abschätzung oder Auswertung kann eine Datenbank aufgestellt werden, mit der die Größe und Gestalt des Schmelzbades 26 für die jeweils verwendete Schweißtechnik und die jeweils verwendeten Parameter für jede Zahl von Schweißzeiten aufgezeichnet werden kann, wobei die Größe und Gestalt des jeweiligen Schmelzbads 26 und der damit korrelierten Schweißzeitdauer katalogisiert werden. Unter Verwendung der gleichen Technik kann die Datenbank so erweitert werden, dass sie die mit der jeweiligen Schweißzeitdauer korrelierten Schmelzbadgrößen und -gestalten für eine Vielzahl verschiedener Legierungen, Schweißtechniken und Parameter beinhaltet.

In 2 ist ein den Defekt 12 umgebender Oberflächenbereich 16 der Komponente 10 dargestellt. Um den ganzen Defekt 12 zu umfassen, sind Größe und Gestalt des durch die Grenzlinie 18 begrenzten Oberflächenbereichs 16 ziemlich genau gleich wie bei dem Schmelzbad 26 bei der größten Ausdehnung der Schweißschmelzfront 28 in 1. Der Oberflächenbereich 16 ist zur Beseitigung bestimmt, wodurch der Defekt 12 von der Oberfläche 14 der Komponente 10 entfernt wird, so dass sich eine in 3 dargestellter Hohlraum 32 ergibt. Zur Entfernung des Oberflächenbereiches 16 können verschiedene Techniken verwendet werden, einschließlich des Einsatzes von Druckluftwerkzeugen, die mit Hartmetallschneidwerkzeugen ausgerüstet sind, um den Hohlraum 32 auszuschruppen, woran sich die Verwendung eines genauen Schlichtschneidwerkzeugs anschließt, so dass die Größe (Breite und Tiefe) und Gestalt des Hohlraums 32 eng jenen des Oberflächenbereiches 16 entsprechen und deshalb ziemlich genau gleich sind wie bei dem Schweißschmelzbad 26 bei dessen weitester Ausdehnung in 1. Zur Vorbereitung des in 3 veranschaulichten Schweißvorgangs werden die Oberfläche 14, die Komponente 10 und die Oberfläche des Hohlraums 32 mit Vorzug einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um Oxide und andere Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, die für den Schweißvorgang hinderlich sein könnten.

3 veranschaulicht das Einfügen eines Füllmaterialeinsatzes 30 in den in der Oberfläche 14 der Komponenten 10 ausgebildeten Hohlraum 32. Wie dargestellt, ist der Einsatz 30 im Vergleich zu dem Hohlraum 32 geringfügig unterdimensioniert. Der Einsatz 30 kann z.B. so bemessen sein, dass er zwischen der Außenoberfläche des Einsatzes 30 und jener des Hohlraumes 33 ein diametrales Spiel von etwa ein bis fünf Prozent des Durchmessers des Einsatzes 30 ergibt, um dadurch das Einfügen des Einsatzes 30 in den Hohlraum 32 zu erleichtern. Erfindungsgemäß gehören zu geeigneten Materialien für den Einsatz 30 Legierungen, die mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen, welche mit jenen des Materials der Komponente 10 vergleichbar sind, z.B. eine Legierung auf Nickelbasis, wenn die Komponente 10 aus einer Superlegierung auf Nickelbasis besteht. In diesem Sinne kann der Einsatz 30 als aus der gleichen Metalllegierung wie die Komponente 10 bestehend betrachtet werden, weil, so lange gleiche Schweißbedingungen verwendet werden, eine Schweißschmelzfront 38 (4) sich durch den Einsatz 30 in ähnlicher Weise wie die Schweißschmelzfront 28 ausbreiten wird, die sich bei der Abschätzung oder Auswertung durch den Körper 20 ausbreitet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einsatz 30 so abgewandelt, dass er duktiler ist und eine niedrigere Schmelztemperatur als die Legierung der Komponente 10 aufweist. Wie an sich bekannt, gehören zu dazu geeigneten Legierungsbestandteilen Bor und Silicium.

4 veranschaulicht den Vorgang des Verschweißens des Einsatzes 30 mit der Komponente 10 durch Erwärmen des Einsatzes 30 mit einem Brennerstrahl 42, der unter den im Wesentlichen gleichen Parametern arbeitet wie sie zur Durchführung der in 1 veranschaulichten Ausgangsabschätzung oder -auswertung verwendet worden sind. Um unter in weitem Maße veränderlichen Bedingungen eine konsistente Anordnung des Brennerstrahls 42 bezüglich der Komponentenoberfläche 14 sicher zu stellen, ist das WIG (TIG) Schweißgerät 43, wie dargestellt, auf einem starren Träger 44 angeordnet. Wie bei dem Körper 20 der 1 hat sich in dem Einsatz 30 zufolge der von einer dem Brennerstrahl 42 nächstgelegenen Stelle durch den Einsatz 30 nach außen fortschreitenden Ausbreitung der Schweißschmelzfront 38 in dem Einsatz 30 ein Schweißschmelzbad 30 ausgebildet. Mit den bei der Abschätzung oder Auswertung des Körpers 20 akquirierten Daten können die Größe und Gestalt der Schweißschmelzfront 38 zu jedem gegebenen Zeitpunkt auf der Basis der Zeit genau bestimmt werden, die seit dem Beginn des Schweißvorgangs verstrichen ist. Da die Größe des Einsatzes 30 bekannt ist, kann darüberhinaus die Zeit, die die Schmelzfront 38 benötigt um die Außenoberfläche des Einsatzes 30 zu erreichen, ebenfalls genau vorhergesagt werden. Schließlich kann, da die Größe und Gestalt des Einsatzes 30 und die Lage des Brennerstrahls 42 mit der Größe und Gestalt des Schmelzbades 26 bzw. der Brennerstrahllage der 1 zusammenfallen, der Schmelzvorgang so durchgeführt werden, dass die Schmelzfront 38 an der gesamten Außenoberfläche 34 des Einsatzes 30 fast gleichzeitig ankommt.

Entsprechend einem in 5 dargestellten bevorzugten Gesichtspunkt der Erfindung kann sich die Schmelzfront 38 bis zu einer im Wesentlichen gleichmäßigen Tiefe in die Oberfläche des Hohlraumes 32 hinein ausbreiten, so dass das Schmelzbad 38 nicht nur den Einsatz 30 aufzehrt, sondern auch in einen begrenzten Bereich 40 der Komponente 10 unterhalb der Hohlraumoberfläche vordringt, derart, dass eine metallurgische Verbindung zwischen dem Einsatz 30 und der Komponente 10 hergestellt wird. Zu diesem Zwecke wird der Brennerstrahl 42 eine sehr beschränkte Zeitdauer über die zur Ausbildung des Schmelzbades 26 in 1 erforderliche Zeit hinaus einwirken lassen, so dass ein minimales Anschmelzen der Komponente 10 auftritt und sich damit auch eine minimale Vermischung zwischen den Materialien der Komponente 10 und des Einsatzes 30 einstellt. Durch Minimierung dieser Vermischung wird das Auftreten einer Rissbildung während der Abkühlung vom Schweißen und eine sich daran anschließende alterungsbedingte Rissbildung bei Beanspruchung wesentlich herabgesetzt.

Anschließend an den Schweißvorgang wird die Komponente 10 in gebräuchlicher Weise so abkühlen lassen, dass die Gefahr einer von der Schweißung herrührenden Rissbildung weiter verringert wird. Entsprechend der üblichen Praxis kann die Komponente 10 einer sich an das Schweißen anschließenden Wärmebehandlung unterzogen werden, um ein durch Wärmeeinwirkung beeinträchtigtes Gebiet (heat affected zone HAZ) spannungsfrei zu machen, das sich in der Komponente 10 anschließend an den Einsatz 10 ausgebildet haben kann, der nun in Form einer Schweißstelle vorliegt, die den Teil 40 der Komponente 10 beinhaltet, der beim Schweißen aufgeschmolzen worden war. Schließlich kann erforderlichenfalls die Oberfläche 14 der Komponente 10 unter Verwendung jeder geeigneten Technik behandelt werden, um überschüssiges Füllmaterial oder irgendwelche Oberflächenbeeinträchtigungen zu entfernen, die von dem Schweißvorgang zurückgeblieben sind.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass das erfindungsgemäße Reparaturverfahren sich dazu anbietet einen großen Katalog von Einsätzen für die Reparatur einer Vielzahl von Legierungen und Defekten unterschiedlicher Größe aufzustellen, indem die Legierungen einzeln abgeschätzt oder beurteilt werden, so dass vielfältige Schmelzbadbreiten, -tiefen und -gestalten mit entsprechend vielen Schweißzeiten und ggfs. für eine Vielzahl von Schweißtechniken und -parameter korreliert sind. Basierend auf diesen Daten können dann Füllmaterialeinsätze ausgebildet werden, die näherungsweise die jeweils gleiche identifizierte und mit der jeweiligen Schweißzeit korrelierte Breite, Tiefe und Gestalt aufweisen, derart, dass abhängig von der zu reparierenden Legierung, der Größe des Defekts in der Legierung und der verwendeten Schweißtechnik aus der Auswahl von Einsätzen jeweils ein spezieller Einsatz ausgewählt werden kann. Da das erfindungsgemäße Reparaturverfahren die Mischung des Einsatzes mit der Haupt- oder Grundlegierung der Komponente auf ein Minimum reduziert, sind die nachteiligen Auswirkungen einer Vermischung verringert, wobei die Einsätze auch an sich aus einer Anzahl von Füllmaterialien hergestellt werden können, zu denen Legierungen gehören, die mit der zu reparierenden Legierung sonst verhältnismäßig inkompatibel wären.

Wenngleich die Erfindung anhand eine bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, so versteht sich doch, dass der Fachmann sie auch in anderer Weise ausführen könnte. Deshalb ist der Schutzumfang der Erfindung lediglich durch die nachfolgenden Patentansprüche begrenzt.


Anspruch[de]
  1. Reparaturschweißverfahren , das die folgenden Schritte beinhaltet:

    – Bestimmung der Entwicklung eines Schweißschmelzbades (26) in Abhängigkeit von der Zeit in einer Oberfläche (24) eines aus einer Metalllegierung bestehenden Körpers (20), wobei die Schweißbadbreite, -tiefe und -gestalt für einen Satz Schweißparameter mit der Zeit korreliert werden;

    – Entfernen eines Defekts (12) in einer Oberfläche (14) einer Komponente (10), die aus einer Metalllegierung besteht, welche die gleiche wie die Metalllegierung des Körpers (20) oder eine davon verschiedene Legierung sein kann, wobei die Entfernung des Defekts (12) einen Hohlraum (32) in der Oberfläche (14) mit einer Breite, Tiefe und Gestalt erzeugt, die im Wesentlichen gleich sind wie die Schmelzbadbreite, -tiefe und -gestalt, die während des Bestimmungsschrittes mit einer Zeitdauer korreliert worden ist;

    – Einsetzen eines Füllmaterialeinsatzes (30) in den Hohlraum (32), der im Wesentlichen die gleiche Breite, Tiefe und Gestalt wie der Hohlraum (32) aufweist, so dass die Außenoberfläche (34) des Füllmaterialeinsatzes (30) einer Oberfläche des Hohlraums (32) gegenüber liegt; und anschließend

    – Erwärmen des Füllmaterialeinsatzes unter Verwendung des Satzes von Schweißparametern und während der bei dem Bestimmungsschritt korrelierten Zeitdauer, um den Füllmaterialeinsatz (30) zu schmelzen und eine metallurgisch verbundene Schweißausbesserung auszubilden, die den Hohlraum (32) ausfüllt.
  2. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem während des Erwärmungsschrittes sich eine Schmelzfront (38) durch den Füllmaterialeinsatz (30) zu der Außenoberfläche (34) des Füllmaterialeinsatzes (30) hin ausbreitet und im Wesentlichen gleichzeitig an der gesamten Außenoberfläche (34) des Füllmaterialeinsatzes (30) ankommt.
  3. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem während des Erwärmungsschrittes ein Bereich (40) der Komponente (10) unter der Oberfläche des Hohlraums (32) ebenfalls angeschmolzen wird, wobei der Bereich (40) eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.
  4. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bestimmungs- und der Erwärmungsschritt mit einem Lichtbogenschweißgerät (23, 43) oder einem hochenergetischen Strahl durchgeführt werden.
  5. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metalllegierung der Komponente (10) eine Superlegierung (super alloy) ist.
  6. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bestimmungsschritt das Korrelieren mehrere Schmelzbadbreiten, -tiefen und -gestalten mit mehreren Zeitdauern für den Satz von Schweißparametern beinhaltet.
  7. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Füllmaterialeinsatz (30) einer einer Anzahl von Füllmaterialeinsätzen (30) ist, die mit jeweils einer Breite, Tiefe und Gestalt ausgebildet sind, welche näherungsweise jeweils einer der mehreren Schmelzbadbreiten, -tiefen und -gestalten für den Satz von Schweißparametern entspricht, wobei das Verfahren außerdem den Schritt des Auswählens des jeweiligen Füllmaterialeinsatzes (30) aus der Mehrzahl der Füllmaterialeinsätze (30) beinhaltet.
  8. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Füllmaterialeinsatz (30) aus einer zweiten Metalllegierung besteht, die duktiler ist als die Metalllegierung der Komponente (10) und/oder eine niedrigere Schmelztemperatur als die Metalllegierung der Komponente (10) aufweist.
  9. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bestimmungsschritt die Bestimmung der zeitabhängigen Entwicklung von Schweißschmelzbädern (26) für eine Anzahl von Metalllegierungen beinhaltet, wobei die jeweilige Schmelzbadbreite, -tiefe und -gestalt bei der Mehrzahl von Metalllegierungen für eine Mehrzahl von Sätzen von Schweißparametern jeweils mit der Zeit korreliert werden.
  10. Reparaturschweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metalllegierung der Komponente (10) eine Superlegierung-Gasturbinenkomponente und ein Guss- oder Schmiedeteil ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com