HOCHTEMPERATURLÖTEN UND GEFÜGTE KOMPONENTE

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen einer modular aufgebauten Heißgaskomponente mittels Schweißen und zusammen gefügte Komponente.

10 Die Idee betrifft das Herstellungsverfahren von Heißgaskompo

nenten wie insbesondere Turbinenleitschaufein und Laufschau feln aus Nickelbasis-Superlegierungen. Dabei werden verschie dene Bereiche (Segmente) der Heißgaskomponenten z.B. Schau felblatt, äußere- und innere Plattform aus dafür optimierten 15 Werkstoffen hergestellt. Beispielsweise sollte die Schaufel

spitze einer Turbinenschaufel aus oxidations- und korrosions beständigeren Werkstoffen hergestellt werden im Vergleich zum Schaufelfuß oder Schaufelblatt. Die separat gefertigten Seg mente müssen mit geeigneten Fertigungstechnologien so metal- 20 lurgisch miteinander verbunden werden.

Ein geeignetes Fertigungsverfahren ist eine Kombination aus Laserstrahl-Schweißen und dem Hochtemperaturlöten.

Für eine hinreichende Positionierung der Segmente zueinander 25 sind bei dieser Erfindungsmeldung keine komplizierten Vor

richtungen notwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Komponente nach Anspruch 5.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen

35 aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön

nen, um weitere Vorteile zu erzielen. Die Figuren 1, 2 zeigen schematisch die Erfindung.

Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbei spiele der Erfindung dar.

Vorgeschlagen wird ein Fügeverfahren für Heißgaskomponenten wie insbesondere für Turbinenleitschaufein und Laufschaufeln aus Nickelbasis-Superlegierungen, nur beispielhaft erläutert für diese Bauteile.

Dabei werden die verschiedenen Komponenten der Heißgaskompo nenten, z.B. Schaufelblatt, äußere und innere Plattform aus dafür optimierten Werkstoffen und dafür geeigneten Herstel lungsverfahren, z.B. gießtechnische Herstellung, Selective Laser Melting, gefertigt.

Dies erfolgt dabei in zwei Schritten: Die formschlüssige Fü gung der äußeren Plattformen und des Schaufelblattes erfolgt über Pins an Schaufelblatt und durch Bohrungen in die äußere Plattform in vier Schritten. Dabei wird ein Lotwerkstoff in Form einer Folie oder mittels Laserstrahl-Auftragschweißen zwischen Schaufelblatt und Plattform eingebracht.

Die Pins mit einem vorteilhaften Durchmesser von 20mm - 30mm werden vorzugsweise mit Bohrungen mit einem vorteilhaften Durchmesser = 3mm - 5mm versehen und weisen vorteilhafter weise eine Tiefe von 30mm - 50mm auf.

1. Mittels defokussierter Laserstrahlung und angepasster La serleistung werden die Pins einzeln auf 773k - 1073k vorge wärmt. Dadurch werden Druckspannungen zwischen Plattform 10 und Schaufelblatt 7 erzielt und die Komponenten 7, 10 können sich während des späteren Fügeprozesses nicht zueinander ver schieben .

2. Die Vorwärmung wird auf einen konstanten Wert mittels einer (z.B. optischen) Temperaturmessung geregelt und schmilzt das Lot 16 vorzugsweise nicht auf. 3. Laserstrahl-Schweißen erfolgt insbesondere mit Single-Mode Laserstrahlung im vorgewärmten Zustand, wodurch sich eine Re duzierung der Heißrissanfälligkeit der Nickelbasis-Super legierung ergibt und zudem keine Heftung notwendig ist als Vorbereitung für den Schweißprozess.

4. Hochtemperaturlöten der Komponente.

Vorteile sind:

• Bauteile für höchste thermisch-mechanische Beanspruchun gen

• Hochtemperaturlöten möglich ohne komplizierte Vorrich tung .

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 1, das aus zwei oder mehreren Teilen 4, 7, 10 aufgebaut ist und die zusammengefügt werden sollen.

In diesem Beispiel ist es eine Leitschaufei , kann aber auch eine Laufschaufel darstellen bzw. allgemein ein Bauteil, bei den zwei Komponenten miteinander gefügt werden sollen.

Im Falle dieses Bauteils 1 einer Turbinenleitschaufei weist dieses ein Schaufelblatt 7 und eine untere und obere Schau felplattform 4, 10 auf, die 4, 10 im Fügebereich (hier bspw. der Stumpf des Schaufelblatts auf der Plattform 4) insbeson dere flach ausgebildet sind. Die beiden äußeren massiven Plattformen 4, 10 können mittels konventioneller Feinguss technik oder einem additiven Herstellungsverfahren wie SLS oder SLM hergestellt sein. Vergleichbares gilt für das Schau felblatt 7.

In Figur 2 ist näher dargestellt, wie zwei Komponenten 7, 10 miteinander gefügt werden. Das Schaufelblatt 7 oder die Komponente 7 weist zumindest einen, insbesondere drei Pins 13', 13'', 13''' auf, die durch entsprechende Öffnungen 14', 14'', 14''' in der zweiten Kom ponente 10, der äußeren Schaufelblattform 10 hinein oder durchgesteckt werden können.

An der Kontaktflache zwischen erster Komponente 7 und zweiter Komponente 10 (= Fügebereich) , hier Schaufelblatt 7 und

Schaufelblattform 10, ist ein Lotwerkstoff, insbesondere eine Folie oder Lotwerkstoff, der mittels Laserauftragschweißen aufgetragen wurde, vorhanden.

Die zwei Komponenten 7, 10 werden dann so ineinander ge steckt, wobei der Lotwerkstoff 16 dann zwischen ihnen vorhan den ist.

Die Pins 13', 13'', 13''' werden auf entsprechend hohe Tem peraturen, insbesondere von 773K - 1073K, erwärmt, um eine Spannung zwischen den Pins 13', 13'', 13''' und der Schaufel blattform 10 zu erreichen, so dass diese vorgespannt sind.

Dann werden die Pins 13', 13'' der ersten Komponente 7 mit dem zweiten Bauteil verschweißt, so dass eine feste Verbin dung vorliegt.

Danach findet ein Hochtemperaturlöten des Bauteils 1 in einem Ofen statt, der mehrere solcher Bauteile aufnehmen kann.