Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schwei- ßen von Turbinenbauteilen mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden öffnung.

Heizgasführende Turbinenbauteile wie etwa Leit- oder Laufschaufeln von Gasturbinen sind während des Betriebs stark korrosiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Die Lebensdauer derartiger Turbinenbauteile ist daher begrenzt . Durch die Reparatur (so genanntes Refurbishment) der Turbinenbauteile kann deren nutzbare Lebensdauer verlängert werden. Beim Wiederaufarbeiten werden Beschädigungen wie etwa Risse im Basismaterial repariert, so dass das Bauteil anschließend wieder im Betrieb genommen werden kann. Das Reparieren erfolgt häufig durch Schweißverfahren, etwa Laserschweißen oder Lichtbogenschweißen. Ein beispielhaftes Schweißverfahren zum Reparieren von Turbinenbauteilen ist in US 2006/0138093 Al beschrieben.

Um Turbinenbauteile während des Betriebs einer Gasturbine vor dem Angriff des korrosiven Heißgases zu schützen, weisen diese oft öffnungen auf, auch Filmkühllöcher genannt, durch die Kühlluft ausgeblasen wird, die sich als schützender Kühlluftfilm über die Bauteiloberfläche legt und so den Angriff des Heißgases auf die Bauteiloberfläche vermindert. Derartige öffnungen sollen beim Wiederaufarbeiten des Turbinenbauteils mittels Schweißens nicht verschlossen oder in ihrem Durchmes- ser verringert werden, da dadurch die Filmkühlung beeinträchtigt oder schlimmstenfalls vollständig unterbunden würde.

Um ein aufwendiges Wiederöffnen der Filmkühlöffnungen nach dem Wiederaufarbeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die öffnungen während des Schweißprozesses durch Einfüllen eines Füllmaterials vor dem Eindringen von flüssigem Schweißgut zu schützen. In US 4,726,104 ist bspw. beschrieben, eine Mischung aus Keramikpartikeln und einer Flüssigkeit in die

Filmkühlöffnungen einzubringen und anschließend zu sintern. Die öffnungen sind dann während des Schweißens gegen ein Eindringen flüssigen Schweißgutes geschützt.

In US 2006/0248719 Al ist beschrieben, öffnungen von Turbinenschaufeln vor dem Schweißen mittels vorgeformter Einsätze aus hitzebeständigem Metall oder mittels einer Paste aus hitzbeständigem Metall zu verschließen, so dass sie gegen ein Eindringen flüssigen Schweißgutes geschützt sind.

Gegenüber dem genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen zur Verfügung zu stellen, in dem der Schutz der öffnungen durch ein alternatives Material realisiert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen mit wenigstens einer während des Schweißens zu schützenden öffnung umfasst die Schritte: Einbringen eines Schutzmaterials in die zu schützende öffnung vor dem Schweißen, Schweißen des Turbinenbauteils und Entfernen des Schutzmate- rials nach dem Schweißen. Im erfindungsgemäßen Verfahren findet als Schutzmaterial ein keramisierbares Polymermaterial Verwendung, das vor dem Schweißen keramisiert wird. Das Kera- misieren kann hierbei insbesondere im Rahmen des Vorwärmens des Turbinenbauteils vor dem Schweißen erfolgen, so dass ein zusätzlicher Verfahrensschritt für das Keramisieren nicht notwendig ist.

Das Schutzmaterial kann insbesondere als aushärtbare Paste in die zu schützende öffnung eingebracht und vor dem Keramisie- ren ausgehärtet werden, um das Polymermaterial bis zum Kera- misierungsprozess sicher in den öffnungen halten zu können.

Die Verwendung des keramisierbaren Polymermaterials ermöglicht ein einfaches Füllen der öffnungen durch bspw. Einstreichen. Es ist jedoch auch möglich, das Material im wenigstens teilausgehärteten Zustand, also als so genannter Grünkörper, in die öffnungen einzuführen. Das Einführen als Grünkörper ermöglicht das gezielte Einführen des keramischen Polymermaterials in die öffnungen, ohne dass überschüssiges Material wie beim Einstreichen des Polymermaterials von der Oberfläche des Bauteils entfernt werden muss.

Das keramisierbare Material kann insbesondere Polysiloxan, ein Lösungsmittel sowie einen anorganischen Füllstoff umfassen. Ein besonders geeignetes Polysiloxan ist hierbei das Polysiloxan der Form [CH ₃ SiOi, ₅ ] _n . Als Lösungsmittel sind ins- besondere organische Lösungsmittel wie etwa Lösungsmittel auf Terpeniolbasis geeignet. Als anorganische Füllstoffe kommen insbesondere Kohlenstoffpulver und/oder Metallpulver in Frage .

Mit der beschriebenen MaterialZusammensetzung bilden sich bei der Keramisierung so genannte Siliziumoxikarbid-Gläser (SiOC- Gläser) die sich hervorragend als Schutzmaterialien während des Schweißens eignen. Das Aushärten vor dem Keramisieren kann durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unter 600 ⁰ C herbeigeführt werden. Die Keramisierung kann dann durch eine Pyrolysebehandϊung bei einer Temperatur aus dem Temperaturbereich zwischen 600 ⁰ C und 1200 ⁰ C erfolgen. Durch geeignete Wahl einer Pyrolyse in Argonatmosphäre, in Luft oder in Vakuum kann zudem die Erweichungstemperatur des entstehenden Glases beeinflusst werden. Wenn die Pyrolyse in einer Argonatmosphäre oder in Vakuum durchgeführt wird, so entsteht hauptsächlich das bereits erwähnte Siliziumoxikarbid-Glas . Wird sie hingegen in Luft durchgeführt, entsteht zu einem großen Teil Quarzglas, auch Kristabolit genannt. Das durch die Keramisierung entstandene Keramikmaterial kann nach dem Schweißen bspw. durch Ausbrennen oder mittels eines Strahlprozesses schonend für das Turbinenbauteil entfernt

werden. Ein Auslaugen wie beim in US 2006/0248719 Al verwendeten Material ist nicht notwendig.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längs- teilschnitt.

Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine.

Figur 3 zeigt eine Brennkammer einer Gasturbine.

Figuren 4 bis 8 zeigen unterschiedliche Stadien im erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel - ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium

113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet .

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.

Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .

Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es

handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline

Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be- steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.

Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich- tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl . des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zu- mindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) ,

Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .

Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10Al-0,4Y-l, 5Re.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht .

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie-

derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.

Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.

Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600 ⁰ C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme- dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.

Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material

(massive keramische Steine) gefertigt.

Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306

454 Al, die bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär- medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte . Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildele- mente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schweißen von Turbinenbauteilen wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 4 bis 8 beschrieben.

Figur 4 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen Schnitt durch die Wand der Turbinenschaufel 120 nach dem Entfernen der keramischen Wärmedämmschicht sowie der MCrAlX-Beschichtung. Es sind das Basismaterial 1 der Turbinenschaufel 120 und eine sich durch das Basismaterial 1 erstreckende Kühlluftbohrung 3 zu erkennen. Die Kühlluftbohrung 3 erstreckt sich von einem im Inneren der Turbinenschaufel 120 befindlichen und in den Figuren nicht dargestellten Hohlraum bis zur Oberfläche 5 des Basismaterials. In der

Oberfläche 5 ist außerdem eine Beschädigung 7 als Vertiefung im Basismaterial 1 schematisch dargestellt. Diese Beschädigung 7 befindet sich in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung 9 der Kühlluftbohrung 3 in der Oberfläche 5.

Die Beschädigung 7 soll mittels Auftragsschweißen repariert werden. Um zu verhindern, das flüssiges Schweißgut aus dem Schweißbad während des Auftragschweißens in die in unmittelbarer Nähe gelegene Kühlluftbohrung 3 eintritt, wird die Kühlluftbohrung 3 mit einem Füllmaterial verschlossen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird daher eine aushärtbare Polymerpaste in die Kühlluftbohrung 3 eingestrichen. Die MaterialZusammensetzung der Polymerpaste umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Polysiloxan, nämlich CH ₃ Si0i, ₅ , ein auf Terpeniol basierendes Lösungsmittel sowie einen Füllstoff, der Metall- und/oder Kohlenstoffpulver umfasst. Statt des genannten Methylsiloxans kann aber auch ein anderes Polysiloxan oder ein Gemisch aus verschiedenen Polysiloxanen zur Anwendung kommen. Das Methylsiloxan wird mit dem Lösungsmit- tel auf Therpeniolbasis sowie mit dem Füllstoff vermischt, wobei die Menge an Lösungsmittel so gewählt ist, dass eine streichfähige Paste entsteht.

Nachdem die Polymerpaste in die Kühlluftbohrung 3 eingestri- chen worden ist, wird die Turbinenschaufel 120 einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur im Bereich zwischen 300 ⁰ C und 600 ⁰ C unterzogen, wobei die eingestrichene Paste zu einem ausgehärteten Körper 11 aushärtet, wobei das Material ver-

netzt. Die Turbinenschaufel 120 mit dem in der Kühlluftbohrung 3 angeordneten ausgehärteten Körper 11 ist in Figur 5 dargestellt. Im vernetzten ausgehärteten Körper 11 liegt eine Matrix vor, die anorganische Bestandteile, nämlich Si-O-Si- Ketten und organische Seitenketten, überwiegend -CH ₃ nebeneinander vorliegend umfasst . Durch das Aushärten der Polymerpaste wird die Füllmasse sicher in der Kühlluftbohrung 3 gehalten.

Anschließend wird die Turbinenschaufel für das Auftragsschweißen vorgewärmt. Die Vorwärmtemperatur beträgt zwischen 600 °C und 1200 ⁰ C. Bei diesen Temperaturen findet außerdem eine Pyrolyse des in der Kühlluftbohrung 3 befindlichen ausgehärteten Körpers 11 statt, der zu einer Keramisierung des Körpers 11 führt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel findet das Vorwärmen - und damit die Pyrolyse - im Vakuum statt .

Bei der Pyrolyse wird das Polymernetzwerk des ausgehärteten Körpers 11 zersetzt und über thermische Zwischenstufen von amorphem bis kristallinen Phasen neu strukturiert. Wenn, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Pyrolyse im Vakuum stattfindet, bilden sich hauptsächlich Si-O-C-Netzwerke, also hauptsächlich Siliziumoxikarbid-Glas . Im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erhält man wenn man die Pyrolyse statt im Vakuum in einer Argonatmosphäre durchführt. Wird die Pyrolyse hingegen in Luft durchgeführt, so entstehen hauptsächlich Si-O-Si-Netzwerke, also ein Quarzglas. Ob die Pyrolyse in Argonatmosphäre bzw. im Vakuum durchgeführt wird oder an Luft hängt daher davon ab, welches Glas entstehen soll. Unabhängig von der Wahl der Pyrolyseatmosphäre werden die organischen

Bestandteile des ausgehärteten Körpers 11 während der Pyrolyse ausgegeben. Die Turbinenschaufel 120 mit dem nach der Pyrolyse entstandenen Keramikkörper 13 in der Kühlluftbohrung 3 ist in Figur 6 dargestellt.

Nach der Keramisierung erfolgt das Auftragsschweißen zum Reparieren der beschädigten Stelle 7. Zum Auftragsschweißen wird ein Metallpulver, das zum Basismaterial 1 der Turbinen-

schaufei 120 artähnlich oder artgleich ist, mittels einer Materialzufuhrleitung 15 zu der beschädigten Stelle 7 zugeführt. Mittels eines Lasers 17 wird das zugeführte Material aufgeschmolzen, so dass ein Schweißbad 19 im Bereich der be- schädigten Stelle 7 entsteht. Das Schweißbad 19 bedeckt dabei etwas mehr Oberfläche 5 als die beschädigte Stelle 7, so dass es in einen Bereich 21 der Oberfläche 5 des Basismaterials 1 hineinragt, in dem sich die Austrittsöffnung 9 der Kühlluft- bohrung 3 befindet. Dies ist in Figur 7 zu erkennen. Durch den in der Kühlluftbohrung 3 befindlichen Keramikkörper 13 ist die Kühlluftbohrung 3 jedoch gegen ein Eindringen von Schweißgut aus dem Schweißbad 19 geschützt.

Nach dem Beenden des Auftragsschweißens und dem Nachbearbei- ten der Oberfläche 5 wird der Keramikkörper 13 aus der Kühlluftbohrung 3 ausgebrannt. Alternativ ist es auch möglich, den Keramikkörper 13 aus der Kühlluftbohrung 3 zu entfernen, indem gewartet wird, bis die Turbinenschaufel abgekühlt ist, wobei der Keramikkörper 13 auf Grund der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten zwischen der Keramik und den Basismaterial 1 versprödet und daher leicht mittels eines Strahlverfahrens, bspw. Sand- oder Wasserstrahlen entfernt werden kann. Selbstverständlich kann die Endbehandlung der Oberfläche 5 auch erst nach dem Entfernen des Keramikmaterials 13 erfolgen. Die Turbinenschaufel 120 nach dem Entfernen des

Keramikmaterials mit der geometrisch erhaltenen bzw. unveränderten Kühlluftbohrung 3 ist in Figur 8 dargestellt.

Obwohl das Verfahren im beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Laserschweißprozess ausgeführt wird, sind auch andere zum Auftragsschweißen geeignete Schweißprozesse möglich, etwa Lichtbogenschweißen.

In der Abwandlung des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahrens wird die keramisierbare Polymermasse nicht als

Paste in die Kühlluftbohrungen eingestrichen. Stattdessen wird die Masse in Formen gefüllt, die den Kühlluftbohrungen in ihrer Form entsprechen. Danach erfolgt eine Teilaushärtung

der Paste, so dass ein teilausgehärteter Körper, ein so genannter Grünkörper, entsteht, der in seiner Form genau an die Kühlluftbohrung angepasst ist. Die Grünkörper werden anschließend bspw. manuell in die Kühlluftbohrungen eingeführt. Danach erfolgt das vollständige Aushärten oder gleich das Keramisieren .

Die Erfindung stellt also ein Verfahren zur Verfügung, in dem Kühlluftbohrungen vor dem Schweißen mittels einer keramisier- baren Polymermasse verschlossen werden, um sie vor Eindringen von Schweißgut zu schützen. Nach dem Schweißen lässt sich das Keramikmaterial mit relativ einfachen mechanischen oder thermischen Methoden wieder aus den Kühlluftbohrungen entfernen.