DD297097A5 - Verfahren zur herstellung von turbinenschaufeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus zwei getrennt vorgefertigten Teilen, die miteinander verbunden werden muessen, insbesondere mittels eines Elektronen- oder Laserstrahlschweiszverfahrens. Die Verbindungsschweiszung wird ueber die drei Etappen des Vorwaermens, Schweiszens und Waermenachbehandelns realisiert, die zeitlich versetzt eingeleitet werden. Wesentlich fuer die Erfindung ist, dasz der eingesetzte Energietraegerstrahl zunaechst die Vorwaermung im Nahtbereich durch Ausfuehrung einer Relativbewegung zu den beiden Werkstueckteilen besorgt und dabei das Erreichen der notwendigen Vorwaermtemperatur mittels Thermovisionssignal angezeigt wird. Einer dann durchzufuehrenden Verbindungsschweiszung mit erhoehtem Energieeintrag, hier ohne Zusatzwerkstoff, schlieszt sich zur Verminderung innerer Materialspannungen, die Waermenachbehandlung mit abgesenktem Energieeintrag an. Insbesondere die Zyklen Vorwaermen und Waermenachbehandeln sind ueber eine Thermovisionsmessung durch vergleichende Messungen exakt einstellbar, damit bauteilabhaengig stets gleiche Bedingungen geschaffen werden.{Energietraegerstrahl; Nahtbereich; Relativbewegung; Thermovisionssignal; Thermovisionsmessung; Energieeintrag; Verbindungsschweiszung}

Description

sichernden, Eigenschaften entsteht, d.h. daß somit eine einmal ermittolte optimale QefUgeausbildung In Abhängigkeit vom Wärmeeintrag für den speziellen ferritisch-perlltlsch Schaufelstuhl wiederholbar gesichert werden kann, da die vorgeschlagene Meßtechnik auf Grund der Speichermöglichkeit der Meßergebnisse einen Soll-Ist-Vergleich zur Steuerung des Verfahrensablaufes ermöglicht. Der Bewertungsmaßstab dabei ist insbesondere für Turbinnnschaufeln die Sicherung der Qestaitfertigkeit des Bauteils, was aber auch andere Eigenschaften der Schweißverbindung erfordern kann oder diese toleriert werden, in Abgrenzung zu anderen Anwendungsfällen für Schweißverbindungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erlF jtert werden. Der zur Durchführung der Verbindungsschwoißung zwischen mindestens zwei getrennt gef -rtlgten Teilen, die nur zusammen eine funktionsfähige Turbinenschaufel ergeben, benutzte Schweißkopf einer Laser- oder Elektronenstrahlschweißeinrichtung wird zur auszuführenden Schweißnaht positioniert. Nach dem Zünden des Laser- oder Elektronenstrahls und dessen Einwirkung auf den Schweißstoß erfolgt oine Relativbewegung zwischen Stoß und Strahlauftreffpunkt entlang der auszuführenden Schweißnaht. Dabei wird eine Strahlparameterkombination genutzt, die noch nicht zum Schmelzen der Materialien führt, aber deren Vorwärmung sichert. Dabei liegen die Vorwärmtemperaturen, z. B. für einen verwendeten Turbinenstrahl X20 Cr 13, zwischen 250-300⁰C. Die Wärmeeinbringung kann vorzugsweise durch einen oszillierenden oder rasterförmigen Energieträgerstrahl erfolgen. Nach Erreichen einer ausreichenden Vorwärmung im Bereich des Schweißstoßes erfolgt selbsttätig über ein Thermovisionssignal, welches durch eine Meßeinrichtung ausgelöst wird, die Änderung der Schweißparameter in Richtung eines erhöhten und kcnzentrierteren, den Schmelzprozeß an der Schweißverbindung bewirkenden Energieeintrages. Nach Ausbilden der Schmelzschweißverbindung werden die Strahlparameter so geändert, daß mit gesenktem Energieeintrag die Wärmenachbehandlung der Schweißverbindung durchgeführt werden kann, wodurch die angestrebte Gefügeausbildung mit anwendungsspezifischen Eigenschaften gosichert wird. Die meist als Kurzzeitanlassen durchgeführte Wärmenachbehandlung durch den Energiestrahl erwärmt den Schweißbereich auf 600-650⁰C.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus mindestens zwei vorgefertigten Komponenten mittels Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem auf den Nahtbereich einwirkenden Energieträgerstrahl eine Relativbewegung zu den zu verbindenden Komponenten vollführt wird und dabei über zeitlich bauteilabhängige Zyklen ein Vorwärmen, Schweißen und Wärmenachbehandeln durchgeführt werden, wobei das Erreichen der Vorwärmtemperatur durch ein Thermovisionssignal angezeigt und nach der erfolgten Verbinduiigsschweißung, mit abgesenktem Energieeintrag, die Wärmenachbehandlung angeschlossen wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zeitlich aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstufen mittels Thermovisionsmessung erfaßt und bauteilabhängig gespeichert werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus aufhärtbarem ferritisch-perlitischem Stahl bestehend aus mindestens zwei getrennt vorgefertigten Teilen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Turbinenschaufeln werden in der Regel aus einem Stück geschmiedet oder zerspanend hergestellt. Die Verfahrenstechnik erlangt ihre Grenzen bei der Herstellung von Endstufenlaufschaufeln für Niederdruckdampfturbinen großer Leistung, deren Länge bereits auf 1500mm anwächst. Zur Herstellung von Präzisionsschmiedeteilen, wie es Turbinenschaufeln sind, die aisdynamisch belastete Bauteile extremen Betriebsbelastungon ausgesetzt sind, kommen Schmiedopressen zum Einsatz, deren Dimensionierung zwangsläufig auf die Kompaktfertigung der Bauteile ausgerichtet ist. Die hohen Fertigungskosten für diese Bauteile werden stets als Nachteil angesehen. Bekannt sind bereits Verfahrenstechniken zur Herstellung spezieller Bauformen von Turbinenschaufeln, die deren Ausführung aus unterschiedlich vorgefertigten Einzelteilen vorsehen, wenn die Kompaktausführung prinzipiell nicht möglich is;, zum Beispiel OS 2603862 und OS 2617927, oder wenn die Optimierung spezieller Detaileigenschaften nicht erreichbar wird, wofür die Herstellung eines erosionsresistenten Schaufelkantenschutzes die OS 2004724 und das US Patent 3275295 Beispiele für die sinnvolle Nutzung geeigneter stoffschlüssiger Verbindungsverfahren schaffen. Nicht bekannt wurden bisher Lösungen zur Verbindungsschweißung von Einzelteilen zu Turbinenschaufeln aus aufhärtbarem perlitisch-ferritischem Stahl, wofür der Schaufelstahl X 20CR 13 V der bekannteste Typenvertreter ist. Ursache dafür ist die stark eingegrenzte Möglichkeit des Schweißens vergüteter Stähle vorrangig in Dickenbereichen, die notwendigerweise zu verbinden sind, um aus Teilen zusammengesetzte Schaufeln herzustellen. Eine notwendige, für das Schweißen begleitende, Wärmebehandlung des Schweißteiles gilt hierfür als Stand der Technik, was bekanntermaßen die Prozesse des Vorwärmens und Wärmebehandeis für das Schweißteil einschließt. Die üblichen Methoden zur Erzielung und Aufrechterhaltung der Vorwärmtemperatur sind die bei der Erwärmung des Schweißteiles durch elektrische Widerstands- oder Induktionserwärmung als auch mit Hilfe von Gasbrennorn. Die Anwendung der maschinellen weitgehend in Verbindung mit komplizierten Anlagentechniken verbundenen Verfahren der Laser- und Elektronenstrahlschweißung wird dadurch sehr nachteilig beeinflußt oder ausgeschlossen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Fertigung der Turbinenschaufeln unabhängig von ihrer mit der Turbinenleistung zunehmenden Abmessung oder in Abhängigkeit von durch die schmiedetechnische Ausführung gegebenen konstruktiven Begrenzung zu vervollkommnen und aufwandsarm zu gestalten sowie dabei die getrennte Vorfertigung von Einzelteilen mit deren stoffschlüssiger Verbindung zum gewünschten Endprodukt zu nutzen, und die bekannten Nachteile oder Einschränkungen des Schweißens unter Vorwärmung mit von der Schweißquelle getrennt wirksamer Energiequelle zu umgehen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißverfahrensablauf vorzuschlagen, um Turbinenschaufel ferritisch-perlitischer Stähle aus getrennt vorgefertigten Einzelteilen fügen zu können, den Aufwand dabei möglichst gering zu halten und dabei das Laser- oder Elektronenstrahlschweißen einzusetzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem auf den Nahtbereich einwirkenden Energieträgerstrahl eine Relativbewegung zu den zu verbindenden Komponenten vollführt wird, und dabei über zeitlich bauteilabhängige Zyklen ein Vorwärmen, Schweißen und Wärmenachbehandeln durchgeführt werden, wobei das Erreichen der Vorwärmtemperatur durch ein Thermovisionssignal angezeigt und nach der erfolgten Verbindungsschweißung, mit abgesenktem Energieeintrag, die Wärmebehandlung angeschlossen wird. Die hierbei zeitlich aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstufen werden mittels Thermovisionsmessung erfaßt und bauteilabhängig zugeordnet gespeichert. Dadurch werden die Abkühlgeschwindigkeit und die Ausbildung von Erstarrungsspannungen in der Schweißverbindung so ι eguliert, daß ein Gefüge mit den gewünschten, die Bauteilfunktion