Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR BUILD-UP WELDING WITH OSCILLATING SOLIDIFICATION FRONT BY DEFINING PARAMETERS OF THE BUILD-UP WELDING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/080741
Kind Code:
A1
Abstract:
Improved build-up welds are achieved by means of a targeted frequency selection and an amplitude which relates to the diameter (d) of the energy beam.

Inventors:
ARJAKINE, Nikolai (Bochumer Str. 27, Berlin, 10555, DE)
BOSTANJOGLO, Georg (Hartmannsweilerweg 1, Berlin, 14163, DE)
BURBAUM, Bernd (Jenaer Str. 23, Falkensee, 14612, DE)
GASSER, Andres (Am Pappelweiher 32, Aachen, 52066, DE)
LINNENBRINK, Stefanie (Wewordenstr. 16, Kreuzau, 52372, DE)
MENTZEL, Frank (Obere Drimborn 43, Aachen, 52066, DE)
OTT, Michael (Kuhlendahl 127B, Mülheim an der Ruhr, 45470, DE)
PIRCH, Norbert (Steinbachstr. 15, Aachen, 52074, DE)
Application Number:
EP2016/074482
Publication Date:
May 18, 2017
Filing Date:
October 12, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. (Hansastraße 27 c, München, 80686, DE)
International Classes:
B23K15/00; B23K26/34; B23K101/00; B23K103/18
Domestic Patent References:
2015-10-15
Foreign References:
US4832982A1989-05-23
US20060255019A12006-11-16
JP2001287062A2001-10-16
US20150266124A12015-09-24
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren

zum Auftragschweißen mit oszillierender Erstarrungsfront, bei dem ein Energiestrahl (7),

insbesondere ein Laserstrahl (7),

oszilliert,

wobei der Energiestrahl (7) mit einer Frequenz von 20Hz bis 50Hz oszilliert,

insbesondere mit 35Hz,

und die Amplitude der Oszillation zwischen 35% und 65%, insbesondere 50% des Durchmessers (d) des Energiestrahls (7) am Bearbeitungsort,

insbesondere im Fokus,

beträgt .

2. Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem ein Pulverauftragschweißen,

insbesondere ein Laserpulverauftragschweißen,

verwendet wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 1 oder 2, bei dem ein Bauteil aus einer Nickel- oder Kobaltbasis¬ superlegierung auftragsgeschweißt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

bei dem der Durchmesser (d) der Laserstrahlung am Bearbeitungsort,

insbesondere im Fokus,

500ym bis 1200ym,

insbesondere 600ym bis 800ym beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

bei dem die Vorschubgeschwindigkeit zwischen 400mm/min und

600mm/min,

insbesondere 500mm/min,

beträgt .

Description:
VERFAHREN ZUM AUFTRAGSCHWEISSEN MIT OSZILLIERENDER

ERSTARRUNGSFRONT DURCH DEFINIEREN VON PARAMETERN DES

AUFTRAGSCHWEISSENS

Die Erfindung betrifft ein Auftragschweißen, bei dem die Erstarrungsfront oszilliert.

Die Erfindungsmeldung betrifft das Auftragschweißen insbesondere mit pulverförmigem Zusatzwerkstoff unter Verwendung einer Pendelbewegung (Wöbbel-Strategie) . Durch diese Oszilla ¬ tion beim Auftragschweißen können eine Keimbildung und ein Kornwachstum in der breiigen Zone (mushy zone) gezielt beein- flusst werden, so dass das Wachstum einer kolumnaren Erstarrungsfront unterdrückt bzw. vollständig vermieden wird. Dabei ergibt sich in der Mikrostruktur eine sehr feinkörnige Struktur mit Korngrößen viel kleiner als die generierte Schicht- höhe .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung das Problem der kolumnaren Erstarrung zu lösen und die Wöbbel-Strategie zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Maßnahmen aufgelis- tet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

Es zeigen Figur 1, 2 eine Anordnung und Vorgehensweise nach dem

Stand der Technik,

Figur 3 erfindungsgemäße Ausgestaltung des

Verfahrens .

Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbei- spiele der Erfindung dar. Die Vorteile sind verbesserte Materialeigenschaften des Bau ¬ teils im Vergleich zu konventionell geschweißten Bauteilen. In Figur 1 ist dargestellt, wie ein Bauteil 1, insbesondere eine Turbinenkomponente mit einer Oberfläche 4 mittels eines Energiestrahls 7 bearbeitet wird.

Bei der Bearbeitung handelt es sich um ein Auftragschweißen, insbesondere ein Laserauftragschweißen, bei dem ein Energiestrahl 7, insbesondere ein Laserstrahl 7, mit seinem Durchmesser d am Bearbeitungsort, insbesondere im Fokus entlang einer Bewegungsrichtung 10 bewegt wird. Die allgemeine Bewe ¬ gungsrichtung 10 ist insbesondere linear und stellt die über- lagerte Gesamtrichtung einer oszillierenden oder pendelnden Bewegung 11 dar (Fig. 2) .

Die Zick-Zack-Darstellung (Fig. 2) der oszillierenden Bewegung 11 ist nur ein Beispiel für eine oszillierende Bewegung des Laserstrahls. Mit Bewegung bzw. Vorschub ist immer eine relative Bewegung zwischen Laserstrahl 7 und Substrat 4 gemeint .

Unter „linear" können auch mäanderförmige Bewegungsmuster für eine zu beschichtende Fläche verstanden werden, d. h. die re ¬ sultierende Vorwärtsbewegung ist linear.

Erfindungsgemäß wird die Erstarrungsfront des aufgetragenen Materials oszillieren gelassen. Dabei oszilliert der Laser- strahl 7 entlang der Richtung 13 des Vorschubs und/oder senkrecht dazu zur Richtung 16.

Die Amplitude, mit dem der Laserstrahl oszilliert, beträgt zwischen 35% und 65% des Durchmessers d oder 70% bis 130% des Radius des Laserstrahls am Bearbeitungsort 7 (Fig. 3) : x = (0,35 - 0,65) d, insbesondere ist die Amplitude x = ^ d = r . Für jede Geschwindigkeit des „Scanners" des Laserstrahls und der Amplitude gibt es eine Obergrenze für die Frequenz, ab der eine Verbesserung nicht mehr erzielt wird. Die Frequenz zwischen der sich der Laserstahl 7 zwischen zwei Auslenkungen hin und her bewegt, beträgt zwischen 20Hz und 50Hz, insbesondere zwischen 30Hz und 40Hz, ganz insbesondere 35Hz . Der Stahldurchmesser des Laserstrahls 7 beträgt vorzugsweise 500ym bis 1200ym, ganz vorzugsweise 600ym bis 800ym.

Die allgemeine Vorschubgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 500 mm/min.

Für eine größere Vorschubgeschwindigkeit muss eine größere

Frequenz eingestellt werden. Insbesondere wäre für einen Vor ¬ schub von lOOOmm/min eine Frequenz von 70Hz sinnvoll. Welche Frequenz geeignet ist hängt von dem Vorschub ab.

Sie muss so eingestellt werden, dass die resultierende Spur nicht als Zickzackspur erscheint, sondern so ausgebildet wird, dass die Spurgeometrie so wie die einer herkömmlich ge ¬ schweißten Spur ist.

Ist die Frequenz zu groß, tritt der Effekt der Kornneubildung nicht mehr auf.