WO2016139089A1 - Method for reprocessing a component by means of a local thermomechanical treatment - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for reprocessing (also called “Refurbishment”) made available by ready for operation ⁇ dingt locally damaged components by means of the local thermomechanical treatment.
- the damaged components may in particular be made of single-crystal turbine blades superalloys.
- raffolding It becomes more complex and depends on the direction and type of stress, which is also referred to as "raffolding .” These microstructural changes can be disadvantageous, in particular for the creep behavior of the component .
- insulating coatings are used for this purpose, but in operation these coatings may be damaged or, for other reasons, they may locally exceed the temperatures required for rafting lead local rafting.
- a method for recycling a locally locally damaged component with an originally cubic ⁇ / ⁇ 'microstructure, wherein the operational local damage consists in a coarsening of the ⁇ / ⁇ ' microstructure directed along an expansion direction is provided.
- the Expansion direction of the directionally coarsened ⁇ / ⁇ 'microstructure by local heating and introducing a tensile and compressive stress, in particular in the region of a local damage of the component, rotated in their orientation.
- the method according to the invention makes it possible to rotate the coarsened microstructures (so-called rafting or rafts) in components with an originally cubic ⁇ / ⁇ 'microstructure in the course of a reprocessing in a desired direction of expansion.
- the orientation of the rafts loading relative to the direction of the dominant local operating voltage influences the strength properties of a component, particularly at high temperatures, so that with the help of the OF INVENTION ⁇ to the invention process, the strength properties of the local damage can be selectively adjusted in the loading rich during a regeneration ,
- tensile stresses can be applied to the component in a pressure and / or transverse direction to the desired direction of expansion of the coarsened ⁇ / ⁇ ' microstructure. AfterACTi ⁇ gen state of research, this leads to the desired orientation of the rafts.
- the expansion direction of the rafts which is sought in the course of the recycling process can, in particular, run at right angles to the direction of expansion of the ⁇ / ⁇ 'microstructure, which has been coarsened due to local damage.
- the expansion direction of the directionally coarsened ⁇ / ⁇ 'microstructure from the operation is primarily dependent on whether tensile or compressive stresses predominate during operation. Compressive stresses, according to the current state of research, cause rafts parallel to the main stress direction, tensile stresses perpendicular to the principal stress direction. Depending on the mechanical and thermal load during operation and the alloy used, rafts may be advantageous in parallel or at right angles to the principal stress direction. With the method according to the invention can the appropriate extension direction of the rafts can be set for the application.
- the tensile or compressive stress applied for aligning the rafts can be adjusted specifically to a specific value in the method according to the invention. This can be controlled by means of a suitable measuring device, for example by means of strain gauges. This makes it possible to ensure that sufficiently high voltages are present at the damaged area for carrying out the method without burdening the component as a whole more than necessary.
- the direction of expansion of the coarsened ⁇ / ⁇ 'microstructure can be determined. This can be done with a metallurgical investigation. From this, conclusions can be drawn about the local stresses and temperatures during operation. This supports the choice of the desired expansion direction of the
- the entire component during local heating in the area of damage and the simultaneous application of tensile or compressive stresses can be heated to at least 500 ° C.
- the local heating in the region of the damage then takes place at a temperature which is at least 150 ° C., preferably 200 ° C., in particular even 250 ° C. above the temperature to which the entire component is heated.
- the entire component during local heating in the region of damage and the simultaneous application of tensile or compressive stresses to a temperature in the range of 650 ° C to 750 ° C, in particular 700 ° C is heated.
- the area of damage is then heated to a temperature between 900 ° C and 1000 ° C, in particular 950 ° C.
- the local heating of the damaged areas by means of a laser ⁇ SUC gene in the context of the inventive method.
- the heat input can be defined locally accurately. Since the energy can also be introduced by a laser in a very short time, heat loss through heat conduction in the component is minimized and the total energy input is low compared to other methods.
- the treated component by a protective gas atmosphere can be or are located in a vacuum to avoid oxidation give ⁇ .
- FIG. 1 shows by way of example a gas turbine in FIG.
- FIG. 2 shows a perspective view of a
- FIG. 3 shows a combustion chamber of a gas turbine.
- FIG. 4 shows a method according to the invention
- FIGS. 5 and 6 show the change of the ⁇ / ⁇ '-microstructure as a function of the applied voltage.
- FIG. 7 shows the sequence of the invention
- FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
- the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation ⁇ axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
- an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
- annular annular hot gas channel 111 for example.
- turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
- Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
- the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
- Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
- air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ⁇ seals.
- the 105 ⁇ be compressed air provided at the turbine end of the compressor is overall to the burners 107 leads and mixed there with a fuel.
- the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
- the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
- the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
- the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
- the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
- substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
- SX structure monocrystalline
- DS structure longitudinal grains
- iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
- blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one member of the group
- X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon, scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or Hafnium).
- Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
- a thermal barrier coating On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- EB-PVD electron beam evaporation
- the guide vane 130 has an inner housing 138 of the turbine 108 facing guide vane root (not Darge here provides ⁇ ) and a side opposite the guide-blade root vane root.
- the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
- FIG. 2 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide vane show ⁇ 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis of the 121st
- the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
- the blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121 following one another, a fastening region 400, a blade platform 403 adjoining thereto, and an airfoil 406 and a blade tip 415.
- the vane 130 may be pointed on its shovel 415 have a further platform (not Darge ⁇ asserted).
- a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
- the blade root 183 is, for example, as a hammerhead out staltet ⁇ .
- Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
- the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the blade 406.
- Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
- the blade 120, 130 can hereby be manufactured by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
- Workpieces with a single-crystal structure or structures are used as components for machines which are exposed during operation ho ⁇ hen mechanical, thermal and / or chemical stresses.
- directionally solidified microstructures which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
- the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX; M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), Ni ⁇ ckel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element the rare earth, or hafnium (Hf)).
- M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), Ni ⁇ ckel (Ni)
- X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element the rare earth, or hafnium (Hf)).
- Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
- the density is preferably 95% of the theoretical
- the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
- nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0, 4Y-1 are also preferably used , 5Re.
- thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttria
- the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
- Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- the heat insulating layer can comprise porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
- the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
- the blade 120, 130 may have to be freed from protective layers after use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. Thereafter, a ⁇ As the coating of the component 120, 130, after which the component 120, the 130th The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and also has, if necessary, film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
- FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
- the combustion chamber 110 is configured, for example, as so-called an annular combustion chamber, in which a plurality of in the circumferential direction about an axis of rotation 102 arranged burners 107 open into a common combustion chamber space 154 and generate flames 156th
- the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
- the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
- a relatively long service life surfaces to enable the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M facing side with a formed from heat shield elements 155. liner.
- Each heat shield element 155 is made of an alloy
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or Si ⁇ lizium and / or at least one element of rare earth, or hafnium (Hf).
- MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or Si ⁇ lizium and / or at least one element of rare earth, or hafnium (Hf).
- Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
- a ceramic Wär ⁇ medämm harsh be present and consists for example of ZrÜ2, Y203-ZrÜ2, ie it is not, partially or fully ⁇ dig stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- the heat insulation layer may have ⁇ porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
- Reprocessing means that heat shield elements may need to be removed 155 after use of protective layers (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. After ⁇ re-coating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155. Due to the high temperatures inside the combustion chamber
- the 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
- the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
- FIG. 4 shows the reprocessing of a turbine blade with auxiliary means used by way of example.
- Figures 5 and 6 show the change of the ⁇ / ⁇ 'microstructure in the material of a component of relevant material depending on introduced Tensions.
- FIG. 7 shows a flow chart of the process according to the invention.
- Figure 4 shows an application of the process according to the invention to a turbine blade, the application is possible to other components made of alloys having a ⁇ / ⁇ '-Mikro ⁇ structure.
- FIGS. 5 and 6 show, by way of example, the orientation of ⁇ / ⁇ 'microstructures 600 in superalloys as a function of stresses 601 and 602 introduced into the material.
- Such superalloys initially exhibit homogeneous cubic ⁇ / ⁇ ' microstructures when appropriately fabricated. From science is known that under simultaneous influence of mechanical tensile stresses 601 or compressive stresses 602 and heat the ⁇ / ⁇ 'microstructure may coarsen into a defined Ausdeh ⁇ voltage device (rafts) when temperature and / or voltage limits are exceeded. The numerical values of these limits depend on the alloy material and influence each other.
- the rafts form parallel to the main stress direction when a compressive stress 602 is present and at right angles to the main stress direction when a tensile stress 601 is present.
- Rafts create a spatially inhomogeneous behavior of the material.
- the orientation of the ridges relative to the principal stress direction determines the strength and sometimes even the stiffness properties of the material and thus of the corresponding component. These influences are especially pronounced at high temperatures. Whether rafts are advantageous at right angles to the main stress direction or parallel to the main stress direction is different for the respective application, depending on the superalloy used and load case, and must be assessed for the individual case.
- Rafts During the operation of components, depending on the thermal and mechanical stress, it may be local to the formation of Rafts come.
- the orientation depends on the local loads from operating loads. Depending on the orientation, the rafts can have negative effects on the load capacity of the component. The component is damaged in operation due to unfavorable alignment of operational rafts.
- FIG. 4 shows an exemplary application of the method.
- a damaged by operational conditional rafting turbines ⁇ blade 120 provides the component by way of example used for application of the method is such a turbine ⁇ shovel 120 comprises as described above, a blade root 183, trailing edge 412, leading edge 406 and blade 406 can In operation, in particular the parts leading edge. 406 and blade 406 are damaged. Such damage results, for example, from damage to a heat-insulating layer applied to the turbine blade 120. This can inter alia by penetrated into the gas turbine
- the turbine blade is 120 angeord ⁇ net in a process chamber 506th
- the process chamber 506 serves to be able to carry out the process under a protective atmosphere.
- the protective atmosphere can consist of a protective gas or can be realized by a technical vacuum.
- the protective atmosphere serves to protect the component to which the method according to the invention is to be applied from oxidation. By suitably selecting the protective atmosphere, it is also possible to avoid or promote scattering of the laser light or to selectively influence reactions in the process zone 500.
- the process chamber 506 also comprises a heating device for the treated component, in the ⁇ sem example a turbine blade 120.
- the Schuellrich ⁇ processing is used to heat the component to be treated integrated ⁇ Lich to a base temperature which may for example be 700 ° C .
- This base temperature is to choose bactersge ⁇ Gurss so that it has no undesirable effects on the properties of the treated component. For example, properties produced by targeted strain hardening should not be compromised. Accordingly, the choice of base temperature depends inter alia on the material of the turbine blade 120. On the other hand, the base ⁇ temperature should be chosen as high as without unwanted side effects possible in order to keep thermal stresses in the transition to processing zone 500 and the requirements for the laser 501 possible liehst low.
- the process zone 500 describes the batch of the turbine blade 120 that corresponds to the operational localized damage zone and in which the method of the present invention is applied To realign the rafts.
- the process zone 500 is heated by a laser 501 to a process temperature that allows realignment of the rafts.
- ⁇ instead of a laser 501 other heat sources can be settik- that enable localized, well-controlled heat input.
- the process temperature is 120 depen ⁇ gig on the used material of the turbine blade and can be for example 950 ° C.
- Realigning the rafts are generated as part of the application of the inventive method in addition to a process tempera ture ⁇ at the same time also mechanical stresses in sufficient level in the process zone 500th This can be achieved by clamping the turbine blade 120 505 and applying tensile and / or compressive forces 503 as well as bending and / or torsional moments 504.
- the state of stress in the process zone 500 can be monitored.
- the sensor 502 may be the case ⁇ play a strain gauge (DMS).
- DMS strain gauge
- the sensor 502 is moved according to ensure that 500 mechanical stresses sufficient amount present in the process ⁇ area for the realignment of rafts and in the required direction to achieve the desired Raftausdehnungsraum.
- the load on the turbine blade 120 can be minimized by monitoring the voltage levels ⁇ by the sensor 502, since only the necessary forces and moments 503 504 to ensure a sufficiently high voltage level in the process zone to be initiated.
- the ⁇ / ⁇ 'microstructure of a locally damaged component due to operational conditions can be aligned in such a way that the mechanical load capacity can be advantageously improved compared to a defined load compared to the initial state.
- the method according to the invention brings by operation damaged blades again in operational condition and thus lowers the operating costs of gas turbines advantageous.
- FIG. 7 shows the possible sequence of an application of the method according to the invention during the refurbishment of a component, for example a gas turbine blade.
- a raft analysis First, the existing orientation of the rafts is determined (A), for example by metallurgical investigation. Said Koen ⁇ nen damaged, among other areas are determined. At ⁇ support points for possible damaged areas can be ⁇ game also obtained from damage to a thermal insulation lations Mrs.
- step C it is to be determined which extension directions of the rafts are advantageous for the local stress during operation. From this, the mechanical stresses to be introduced into the process zone 500 are derived.
- a sensor 502 for monitoring the state of stress is attached near the process zone 500 on the component to be treated. These include access to the process zone 500 and to observe the temperature resistance of the sensor.
- the component is mounted on a holder in the process chamber 506, connected to means for imposing forces and moments (503, 504, 505) and heated to the base temperature of, for example, 700 ° C.
- process step F forces and moments (503, 504, 505) are impressed onto the component in such a way that the desired stress state is established in the process zone, which is necessary for reorienting the rafts.
- This can be controlled by means of the sensor 502.
- This process step can be carried out parallel to the local heat input G, so that any changes of the tension can ⁇ voltage state are compensated from the heat input. It is ensured according to the method that during the local heat input G sufficient stresses in the process zone 500 are present.
- the processing zone 500 is heated, for example by means of a La ⁇ sers 501 to a process temperature of for example 950 ° C.
- the rafts set in an advantageously chosen direction and improve so the mechanical properties of the treated component.
- the inventive method is particularly suitable for the reprocessing of locally damaged components originally cubic ⁇ / ⁇ 'microstructures.
- Such components may, in particular, be turbine blades which are impaired by local directed coarsening of the ⁇ / ⁇ 'microstructure in terms of their capacity to withstand operating stresses.
- the inventive method the off ⁇ stretching direction of the ⁇ / ⁇ 'microstructure can be rotated in an advantageous direction.
- the process zone 500 is locally heated, while at the same time tensile and / or compressive stresses are introduced in such a way that advantageously aligned coarsening of the microstructure is formed.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Bauteils mittels lokaler thermomechanischer Behandlung Process for reprocessing a component by means of local thermomechanical treatment
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung (auch „Refurbishment" genannt) von betriebsbe¬ dingt lokal geschädigten Bauteilen mittels lokaler thermomechanischer Behandlung. Die geschädigten Bauteile können hierbei insbesondere Turbinenschaufeln aus einkristallinen Superlegierungen sein. The present invention relates to a method for reprocessing (also called "Refurbishment") made available by ready for operation ¬ dingt locally damaged components by means of the local thermomechanical treatment. The damaged components may in particular be made of single-crystal turbine blades superalloys.
In den heutigen stationären Gasturbinen zur Energieerzeugung werden immer höhere Wirkungsgrade angestrebt, was in immer höheren Heißgastemperaturen resultiert und damit die Bauteile im Heißgasbereich der Gasturbine thermisch höher beansprucht. Besonders für Gasturbinenschaufeln trifft dies zu. Entspre¬ chende Bauteile, die diese Beanspruchungen ertragen, müssen in der Regel aus einkristallinen Superlegierungen hergestellt und mit einer isolierenden Beschichtung, meist aus Keramik mit einer darunter befindlichen Haftvermittlerschicht, verse¬ hen werden. Damit handelt es sich um in der Herstellung sehr aufwendige und teure Komponenten. Trotzdem sind diese Bau¬ teile meist nur zeitfest und müssen im Rahmen von Wartungen geprüft und bei entsprechender Schädigung ausgetauscht werden. Eine Schädigung kann zum Beispiel aus lokalen In today's stationary gas turbines for power generation ever higher efficiencies are sought, resulting in ever higher hot gas temperatures and thus thermally stressed the components in the hot gas region of the gas turbine higher. This is especially true for gas turbine blades. Entspre ¬ sponding components that bear these stresses must be equipped with an insulating coating, usually made of ceramic with an underlying primer layer, verses ¬ hen are generally produced from single-crystal superalloys and. These are very complex and expensive components in production. Nevertheless, these construction ¬ parts are usually only time-proof and must be checked as part of maintenance and replaced with appropriate damage. For example, damage can be from local
Gefügeveränderungen durch thermische Überlastung bestehen. Structural changes due to thermal overload exist.
Aus wirtschaftlichen Gründen wird versucht, die Herstellungs- und Betriebskosten von Gasturbinen minimal zu halten. Wenn es gelingt, die Lebensdauer von teuren Gasturbinenkomponenten, besonders solchen Bauteile die aus einkristallinen Su¬ perlegierungen hergestellt wurden, zu verlängern, bedeutet dies einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil. Solch eine Lebensdauerverlängerung kann zum Beispiel durch ein geeignetes Reparaturverfahren für lokale Gefügeveränderungen gelingen . Lebensdauerbegrenzend für Gasturbinenbauteile aus einkristallinen Superlegierungen sind vor allem Veränderungen der Mikrostruktur. Solche Bauteile weisen bei entsprechender Fertigung eine kubische γ/γ' -Mikrostruktur aus den Korngren- zen der Legierungsbestandteile auf. Die Mikrostrukturen sind sehr kleinteilig und homogen verteilt. Unter dem gleichzeiti¬ gen Einfluss von Wärme oberhalb eines bestimmten Temperaturniveaus und mechanischen Spannungen verändert sich diese Mikrostruktur. Sie wird großteiliger und richtet sich abhängig von der Spannungsrichtung und -art aus, was auch als „Raf¬ ting" bezeichnet wird. Diese Gefügeveränderungen können nachteilig sein, insbesondere für das Kriechverhalten des Bau¬ teils. Im Rahmen der konstruktiven Auslegung wird normalerweise versucht, die Bauteile im Betrieb unterhalb der für Rafting erforderlichen Temperatur zu halten. Unter anderem werden zu diesem Zweck isolierende Beschichtungen verwendet. Im Betrieb können diese Beschichtungen jedoch beschädigt werden oder es kann aus anderen Gründen zu lokalem Überschreiten der für Rafting erforderlichen Temperaturen komme. Dies kann zu lokalem Rafting führen. For economic reasons, attempts are made to keep the manufacturing and operating costs of gas turbines to a minimum. If it is possible to extend the life of expensive gas turbine components, especially those parts that were made of monocrystalline Su ¬ perlegierungen, this means a significant economic advantage. Such a life extension can be achieved, for example, by a suitable repair method for local structural changes. Lifetime limiting for gas turbine components made of monocrystalline superalloys are mainly changes in the microstructure. Such components have a cubic γ / γ 'microstructure from the grain boundaries of the alloy components when manufactured accordingly. The microstructures are very fragmented and homogeneously distributed. Under the gleichzeiti ¬ gen influence of heat above a certain temperature levels and mechanical stresses, this microstructure changed. It becomes more complex and depends on the direction and type of stress, which is also referred to as " raffolding ." These microstructural changes can be disadvantageous, in particular for the creep behavior of the component . Among other things, insulating coatings are used for this purpose, but in operation these coatings may be damaged or, for other reasons, they may locally exceed the temperatures required for rafting lead local rafting.
Bisher ist den Erfindern der vorliegenden Patentanmeldung kein Reparaturverfahren für durch lokales Rafting geschädigte Bauteile bekannt. So far, the inventors of the present patent application, no repair method for damaged by local rafting components is known.
Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Wiederaufbereitung von lokal durch Rafting geschädigten Bauteilen aus einkristallinen Superlegierungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 gelöst, die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus¬ gestaltungen der Erfindung. It is therefore an object of this invention to provide a method which allows the recycling of locally damaged by rafting components of monocrystalline superalloys. This object is achieved according to claim 1, the dependent claims contain advantageous Aus ¬ designs of the invention.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Wideraufbereiten eines betriebsbedingt lokal geschädigten Bauteils mit einer ur- sprünglich kubischen γ/γ' -Mikrostruktur, wobei die betriebsbedingte lokale Schädigung in einer entlang einer Ausdehnungsrichtung gerichteten Vergröberung der γ/γ' -Mikrostruktur besteht, zur Verfügung gestellt. In diesem Verfahren wird die Ausdehnungsrichtung der gerichtet vergröberten γ/γ' -Mikrostruktur durch lokales Erwärmen und Einbringen einer Zug- und oder Druckspannung, insbesondere im Bereich einer lokalen Schädigung des Bauteils, in ihrer Orientierung gedreht. According to the invention, a method for recycling a locally locally damaged component with an originally cubic γ / γ 'microstructure, wherein the operational local damage consists in a coarsening of the γ / γ' microstructure directed along an expansion direction, is provided. In this procedure, the Expansion direction of the directionally coarsened γ / γ 'microstructure by local heating and introducing a tensile and compressive stress, in particular in the region of a local damage of the component, rotated in their orientation.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in Bauteilen mit einer ursprünglich kubischen γ/γ' -Mikrostruktur die vergröberten Mikrostrukturen (sog. Rafting oder Rafts) im Rahmen einer Wiederaufbereitung in eine angestrebten Ausdeh- nungsrichtung zu drehen. Die Ausrichtung der Rafts relativ zur Richtung der dominierenden lokalen Betriebsspannung be- einflusst die Festigkeitseigenschaften eines Bauteils, besonders bei hohen Temperaturen, so dass mit Hilfe des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens die Festigkeitseigenschaften im Be- reich der lokalen Schädigung im Rahmen einer Wiederaufbereitung gezielt eingestellt werden können. The method according to the invention makes it possible to rotate the coarsened microstructures (so-called rafting or rafts) in components with an originally cubic γ / γ 'microstructure in the course of a reprocessing in a desired direction of expansion. The orientation of the rafts loading relative to the direction of the dominant local operating voltage influences the strength properties of a component, particularly at high temperatures, so that with the help of the OF INVENTION ¬ to the invention process, the strength properties of the local damage can be selectively adjusted in the loading rich during a regeneration ,
Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens können insbesondere in der angestrebten Ausdehnungsrichtung der vergröberten γ/γ' - Mikrostruktur eine Druck- und/oder quer zur angestrebten Ausdehnungsrichtung der vergröberten γ/γ' -Mikrostruktur Zugspannungen auf das Bauteil aufgebracht werden. Nach dem derzeiti¬ gen Stand der Forschung führt dies zur gewünschten Ausrichtung der Rafts. In the context of the described method, in particular in the desired direction of expansion of the coarsened γ / γ 'microstructure, tensile stresses can be applied to the component in a pressure and / or transverse direction to the desired direction of expansion of the coarsened γ / γ' microstructure. After derzeiti ¬ gen state of research, this leads to the desired orientation of the rafts.
Die Im Rahmen des Wiederaufbereitungsverfahrens angestrebte Ausdehnungsrichtung der Rafts kann insbesondere rechtwinklig zur Ausdehnungsrichtung der aufgrund einer lokalen Schädigung gerichtet vergröberten γ/γ' -Mikrostruktur verlaufen. Die Aus- dehnungsrichtung der gerichtet vergröberten γ/γ' -Mikrostruktur aus dem Betrieb ist vor allem davon abhängig ob im Betrieb Zug- oder Druckspannungen vorherrschen. Druckspannungen verursachen nach aktuellem Stand der Forschung Rafts parallel zur Hauptspannungsrichtung, Zugspannungen rechtwinklig zur Hauptspannungsrichtung. Je nach mechanischer und thermischer Belastung im Betrieb und der verwendeten Legierung können Rafts parallel oder rechtwinklig zur Hauptspannungsrichtung vorteilhaft sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die für den Anwendungsfall geeignete Ausdehnungsrichtung der Rafts eingestellt werden. The expansion direction of the rafts which is sought in the course of the recycling process can, in particular, run at right angles to the direction of expansion of the γ / γ 'microstructure, which has been coarsened due to local damage. The expansion direction of the directionally coarsened γ / γ 'microstructure from the operation is primarily dependent on whether tensile or compressive stresses predominate during operation. Compressive stresses, according to the current state of research, cause rafts parallel to the main stress direction, tensile stresses perpendicular to the principal stress direction. Depending on the mechanical and thermal load during operation and the alloy used, rafts may be advantageous in parallel or at right angles to the principal stress direction. With the method according to the invention can the appropriate extension direction of the rafts can be set for the application.
Die zur Ausrichtung der Rafts angelegte Zug- oder Druckspan- nung kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren gezielt auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Die kann mit Hilfe einer geeigneten Messeinrichtung, zum Beispiel mittels Deh- nungsmesstreifen kontrolliert werden. So kann sichergestellt werden, dass an der Schadstelle ausreichend hohe Spannungen zur Durchführung des Verfahrens vorliegen, ohne das Bauteil als Ganzes mehr als notwendig zu belasten. The tensile or compressive stress applied for aligning the rafts can be adjusted specifically to a specific value in the method according to the invention. This can be controlled by means of a suitable measuring device, for example by means of strain gauges. This makes it possible to ensure that sufficiently high voltages are present at the damaged area for carrying out the method without burdening the component as a whole more than necessary.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Ausdehnungsrichtung der vergröberten γ/γ' -Mikrostruktur ermittelt werden. Dies kann mit einer metallurgischen Untersuchung erfolgen. Daraus können Rückschlüsse auf die lokalen Spannungen und Temperaturen im Betrieb geschlossen werden. Dies unterstützt die Wahl der gewünschten Ausdehnungsrichtung der At the beginning of the process according to the invention, the direction of expansion of the coarsened γ / γ 'microstructure can be determined. This can be done with a metallurgical investigation. From this, conclusions can be drawn about the local stresses and temperatures during operation. This supports the choice of the desired expansion direction of the
Rafts . Rafts.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das gesamte Bauteil während der lokalen Erwärmung im Bereich der Schädigung und des gleichzeitigen Anlegens von Zug- oder Druckspannungen auf mindestens 500°C geheizt werden. Die lokale Erwär- mung im Bereich der Schädigung erfolgt dann auf eine Temperatur, die mindestens 150 °C, vorzugsweise 200 °C insbesondere sogar 250 °C über der Temperatur auf die das gesamte Bauteil erwärmt wird, liegt. Vorzugsweise wird das gesamte Bauteil während der lokalen Erwärmung im Bereich der Schädigung und des gleichzeitigen Anlegens von Zug- oder Druckspannungen auf eine Temperatur im Bereich von 650 °C bis 750 °C, insbesondere 700 °C geheizt. Der Bereich der Schädigung wird dann auf eine Temperatur zwischen 900 °C und 1000 °C, insbesondere 950 °C, erwärmt. So kann für das Gesamtbauteil eine übermäßige Erwärmung und damit ungewünschte Eigenschaftsbeeinflussung vermieden werden. Gleichzeitig liegen im geschädigten Bereich ausreichend hohe Temperaturen zur Durchführung des Verfahrens vor und der Temperaturgradient im Bauteil bewegt sich in zu¬ lässigen Bereichen. In the context of the method according to the invention, the entire component during local heating in the area of damage and the simultaneous application of tensile or compressive stresses can be heated to at least 500 ° C. The local heating in the region of the damage then takes place at a temperature which is at least 150 ° C., preferably 200 ° C., in particular even 250 ° C. above the temperature to which the entire component is heated. Preferably, the entire component during local heating in the region of damage and the simultaneous application of tensile or compressive stresses to a temperature in the range of 650 ° C to 750 ° C, in particular 700 ° C is heated. The area of damage is then heated to a temperature between 900 ° C and 1000 ° C, in particular 950 ° C. Thus, excessive heating and thus undesirable property influencing can be avoided for the entire component. At the same time in the damaged area are sufficiently high temperatures to carry out the process before and the temperature gradient in the component moves in ¬ to casual areas.
Die lokale Erwärmung der geschädigten Bereiche kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Lasers erfol¬ gen. Dadurch kann die Wärmeeinbringung lokal genau definiert werden. Da durch einen Laser die Energie auch in einer sehr kurzen Zeit eingebracht werden kann, ist ein Wärmeverlust durch Wärmeleitung im Bauteil minimiert und die Gesamt- energieeinbringung verglichen mit anderen Methoden niedrig. The local heating of the damaged areas, by means of a laser ¬ SUC gene in the context of the inventive method. Thereby, the heat input can be defined locally accurately. Since the energy can also be introduced by a laser in a very short time, heat loss through heat conduction in the component is minimized and the total energy input is low compared to other methods.
Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das behandelte Bauteil von einer Schutzgasatmosphäre um¬ geben sein oder sich in einem Vakuum befinden, um Oxidation zu vermeiden. During implementation of the method of the invention, the treated component by a protective gas atmosphere can be or are located in a vacuum to avoid oxidation give ¬.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in FIG. 1 shows by way of example a gas turbine in FIG
einem Längsteilschnitt. a longitudinal section.
Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine FIG. 2 shows a perspective view of a
Laufschaufel oder Leitschaufel einer Blade or vane one
Strömungsmaschine . Turbomachine.
Figur 3 zeigt eine Brennkammer einer Gasturbine. FIG. 3 shows a combustion chamber of a gas turbine.
Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren FIG. 4 shows a method according to the invention
angewendet an einer Turbinenlaufschaufel. applied to a turbine blade.
Figuren 5 und 6 zeigen die Veränderung der γ/γ'- Mikrostruktur abhängig von der eingebrachten Spannung. Figur 7 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen FIGS. 5 and 6 show the change of the γ / γ'-microstructure as a function of the applied voltage. FIG. 7 shows the sequence of the invention
Verfahrens . Procedure.
Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt. FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotation¬ sachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation ¬ axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
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. Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur- bine 108. The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the 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. Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
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. The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
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 ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge- führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 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 . Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown). During operation of the gas turbine 100 104 air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ¬ seals. The 105 ¬ be compressed air provided at the turbine end of the compressor is overall to the burners 107 leads and mixed there with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it. The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
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 Turbinen¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Likewise, substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure). As a material for the components, in particular for the turbine blade or vane 120, 130 and components of the combustion chamber 110. For example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der GruppeLikewise, blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one member of the group
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 AI . Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y2Ü3-Zr02, 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. Iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon, scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or Hafnium). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1. On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt . The guide vane 130 has an inner housing 138 of the turbine 108 facing guide vane root (not Darge here provides ¬) and a side opposite the guide-blade root vane root. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau¬ fel 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. 2 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide vane show ¬ 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis of the 121st The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufei- nander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. The blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121 following one another, a fastening region 400, a blade platform 403 adjoining thereto, and an airfoil 406 and a blade tip 415.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel- spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge¬ stellt) . 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 ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. As a guide vane 130, the vane 130 may be pointed on its shovel 415 have a further platform (not Darge ¬ asserted). In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown). The blade root 183 is, for example, as a hammerhead out staltet ¬. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf. The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the blade 406.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . In conventional blades 120, 130, in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130, for example, massive metallic materials, in particular superalloys, are used.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein. The blade 120, 130 can hereby be manufactured by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb ho¬ hen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind. Workpieces with a single-crystal structure or structures are used as components for machines which are exposed during operation ho ¬ hen mechanical, thermal and / or chemical stresses.
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 Sprachge- brauch 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 notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichtemachen. The production of such monocrystalline workpieces, for example, by directed solidification from the melt. These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally. Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains which extend over the entire length of the workpiece and here, in general language use, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the entire workpiece ¬ is of a single crystal. In these methods, you have to transition to globular (polycrystalline) solidification avoided, since non-directional growth inevitably forms transverse and longitudinal grain boundaries ¬ which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
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 Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) . The term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt. Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Ni¬ ckel (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 AI. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Likewise, the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX; M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), Ni ¬ ckel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element the rare earth, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1. The density is preferably 95% of the theoretical
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- 8A1-0, 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- 10A1-0, 4Y-1, 5Re . Density. A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer). Preferably, the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y. Besides these cobalt-based protective coatings, nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0, 4Y-1 are also preferably used , 5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil- weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttria
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht. The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat insulating layer can comprise porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
MCrAlX-Schicht . Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass BauteileMCrAlX layer. Refurbishment means that components
120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten 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 angedeu¬ tet) auf. 120, 130 may have to be freed from protective layers after use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. Thereafter, a ¬ As the coating of the component 120, 130, after which the component 120, the 130th The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and also has, if necessary, film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring¬ brennkammer 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°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermögli- chen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen. The combustion chamber 110 is configured, for example, as so-called an annular combustion chamber, in which a plurality of in the circumferential direction about an axis of rotation 102 arranged burners 107 open into a common combustion chamber space 154 and generate flames 156th For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around. To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. To even under these unfavorable for the materials operating parameters, a relatively long service life surfaces to enable the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M facing side with a formed from heat shield elements 155. liner.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist Each heat shield element 155 is made of an alloy
arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigenWorking medium side with a particularly heat-resistant
Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschich- tung) 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 Si¬ lizium 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 AI. Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär¬ medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y203-ZrÜ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) equipped or is made of high temperature resistant material (solid ceramic stones). These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or Si ¬ lizium and / or at least one element of rare earth, or hafnium (Hf). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1. On the MCrAlX, for example, a ceramic Wär ¬ medämmschicht be present and consists for example of ZrÜ2, Y203-ZrÜ2, ie it is not, partially or fully ¬ dig stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat insulation layer may have ¬ porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Hitze¬ schildelemente 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. Da¬ nach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der BrennkammerReprocessing (Refurbishment) means that heat shield elements may need to be removed 155 after use of protective layers (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. After ¬ re-coating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155. Due to the high temperatures inside the combustion chamber
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. 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird nachfolgend bezogen auf die Figuren 4, 5, 6 und 7, beispielhaft angewendet auf eine Turbinenlaufschaufel, beschrieben. Figur 4 zeigt das Wieder- aufbereiten einer Turbinenlaufschaufel mit beispielhaft zur Anwendung kommenden Hilfsmitteln. Die Figuren 5 und 6 zeigen die Veränderung der γ/γ' -Mikrostruktur im Material eines Bauteils aus relevantem Material abhängig von eingebrachten Spannungen. Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Prozesses. An inventive method is described below with reference to Figures 4, 5, 6 and 7, for example applied to a turbine blade. FIG. 4 shows the reprocessing of a turbine blade with auxiliary means used by way of example. Figures 5 and 6 show the change of the γ / γ 'microstructure in the material of a component of relevant material depending on introduced Tensions. FIG. 7 shows a flow chart of the process according to the invention.
Obwohl Figur 4 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Prozesses an einer Turbinenlaufschaufel zeigt, ist die Anwendung auch auf andere Bauteile aus Legierungen mit einer γ/γ' -Mikro¬ struktur möglich. Although Figure 4 shows an application of the process according to the invention to a turbine blade, the application is possible to other components made of alloys having a γ / γ '-Mikro ¬ structure.
Die Figuren 5 und 6 zeigen beispielhaft die Ausrichtung von γ/γ' -Mikrostrukturen 600 in Superlegierungen abhängig von in das Material eingebrachten Spannungen 601 und 602. Solche Superlegierungen weisen bei entsprechender Fertigung zunächst homogene kubische γ/γ' -Mikrostrukturen auf. Aus der Wissenschaft ist bekannt, dass sich unter gleichzeitigem Einfluss von mechanischen Zugspannungen 601 oder Druckspannungen 602 und Wärme die γ/γ' -Mikrostruktur in eine definierte Ausdeh¬ nungsrichtung vergröbern kann (Rafts) , wenn Temperatur- und/oder Spannungsgrenzen überschritten werden. Die Zahlenwerte dieser Grenzen sind abhängig vom Legierungsmaterial und beeinflussen sich gegenseitig. FIGS. 5 and 6 show, by way of example, the orientation of γ / γ 'microstructures 600 in superalloys as a function of stresses 601 and 602 introduced into the material. Such superalloys initially exhibit homogeneous cubic γ / γ' microstructures when appropriately fabricated. From science is known that under simultaneous influence of mechanical tensile stresses 601 or compressive stresses 602 and heat the γ / γ 'microstructure may coarsen into a defined Ausdeh ¬ voltage device (rafts) when temperature and / or voltage limits are exceeded. The numerical values of these limits depend on the alloy material and influence each other.
Nach aktuellem Stand der Wissenschaft bilden sich die Rafts parallel zur Hauptspannungsrichtung wenn eine Druckspannung 602 vorliegt und rechtwinklig zur Hauptspannungsrichtung wenn eine Zugspannung 601 vorliegt. Rafts erzeugen ein räumlich inhomogenes Verhalten des Materials. Die Ausrichtung der Rafts relativ zur Hauptspannungsrichtung bestimmt die Festig- keits- und teilweise sogar die Steifigkeitseigenschaften des Materials und damit des entsprechenden Bauteils. Diese Ein- flüsse sind besonders ausgeprägt bei hohen Temperaturen. Ob Rafts rechtwinklig zur Hauptspannungsrichtung oder parallel zur Hauptspannungsrichtung vorteilhaft sind, ist für die jeweilige Anwendung, abhängig von verwendeter Superlegierung und Lastfall, verschieden und muss für den Einzelfall beur- teilt werden. According to the current state of science, the rafts form parallel to the main stress direction when a compressive stress 602 is present and at right angles to the main stress direction when a tensile stress 601 is present. Rafts create a spatially inhomogeneous behavior of the material. The orientation of the ridges relative to the principal stress direction determines the strength and sometimes even the stiffness properties of the material and thus of the corresponding component. These influences are especially pronounced at high temperatures. Whether rafts are advantageous at right angles to the main stress direction or parallel to the main stress direction is different for the respective application, depending on the superalloy used and load case, and must be assessed for the individual case.
Während des Betriebs von Bauteilen kann es je nach thermischer und mechanischer Beanspruchung lokal zur Bildung von Rafts kommen. Die Ausrichtung ist dabei von den lokalen Beanspruchungen aus Betriebslasten abhängig. Je nach Ausrichtung können die Rafts negative Auswirkungen auf die Belastbarkeit des Bauteils haben. Das Bauteil ist bei einer unvorteilhaften Ausrichtung von im Betrieb entstandenen Rafts betriebsbedingt geschädigt . During the operation of components, depending on the thermal and mechanical stress, it may be local to the formation of Rafts come. The orientation depends on the local loads from operating loads. Depending on the orientation, the rafts can have negative effects on the load capacity of the component. The component is damaged in operation due to unfavorable alignment of operational rafts.
Wenn das Bauteil durch die betriebsbedingte Schädigung nicht mehr die für den Betrieb erforderliche Belastbarkeit besitzt, kann es nach dem aktuellem Stand der Technik nicht mehr verwendet oder instandgesetzt werden. Eine erfindungsgemäße Neu¬ ausrichtung der Ausdehnungsrichtung der Rafts kann das Bauteil im Hinblick auf die Betriebsbeanspruchung wieder belastbarer und damit wieder verwendungsfähig machen. Eine globale Behandlung des ganzen Bauteils ist in vielen Fällen nicht möglich bzw. nicht erwünscht. Für das Beispiel der Turbinen¬ laufschaufel 120 würde eine Erwärmung des gesamten Bauteils über die für die Neuausrichtung der Rafts erforderliche Temperatur die durch Kaltverfestigung erzeugten Eigenschaften des Schaufelfußes 183 unzulässig beeinträchtigen. Mit dem er¬ findungsgemäßen Verfahren ist es möglich die Ausdehnungsrichtung der Rafts lokal zu verändern ohne das restliche Bauteil unzulässig zu beeinflussen. Figur 4 zeigt eine beispielhafte Anwendung des Verfahrens. Eine durch betriebsbedingtes Rafting beschädigte Turbinen¬ laufschaufel 120 stellt das beispielhaft verwendete Bauteil zur Anwendung des Verfahrens dar. Eine solche Turbinenlauf¬ schaufel 120 umfasst wie oben beschrieben einen Schaufelfuß 183, Abströmkante 412, Anströmkante 406 sowie Schaufelblatt 406. Im Betrieb können insbesondere die Partien Anströmkante 406 sowie Schaufelblatt 406 geschädigt werden. Solche Schäden resultieren beispielsweise aus Beschädigungen einer auf der Turbinenlaufschaufel 120 aufgebrachten Wärmedämmschicht. Dies kann unter anderem durch in die Gasturbine eingedrungeneIf the component no longer has the required operational stability due to the operational damage, it can not be used or repaired according to the current state of the art. An inventive re ¬ alignment of the expansion direction of the raft can make the component in terms of operating stress again resilient and thus reusable. A global treatment of the whole component is not possible or desirable in many cases. For the example of the turbines running ¬ shovel 120 heating of the entire component with the necessary for the realignment of rafts temperature would affect generated by work hardening properties of the blade root 183 inadmissible. With which he ¬ inventive method it is possible the extension direction of the rafts change locally permitted without affecting the rest of the component. FIG. 4 shows an exemplary application of the method. A damaged by operational conditional rafting turbines ¬ blade 120 provides the component by way of example used for application of the method is such a turbine ¬ shovel 120 comprises as described above, a blade root 183, trailing edge 412, leading edge 406 and blade 406 can In operation, in particular the parts leading edge. 406 and blade 406 are damaged. Such damage results, for example, from damage to a heat-insulating layer applied to the turbine blade 120. This can inter alia by penetrated into the gas turbine
Fremdkörper oder durch Ermüdung und Rissbildung verursacht sein. In Bereichen mit beschädigter Wärmedämmschicht kann mehr Wärme aus dem Arbeitsmedium M der Gasturbine auf die Turbinenlaufschaufel 120 übertragen werden, was zu lokalen Temperaturerhöhungen führt. Wenn solche Temperaturerhöhungen materialabhängige Grenzen überschreiten und gleichzeitig me¬ chanische Spannungen aus dem Betrieb anliegen, kann es zu lo- kalen Gefügeveränderungen wie dem beschriebenen Rafting kommen. Solche Rafts können je nach ihrer Ausdehnungsrichtung abträglich für die Belastbarkeit des Bauteils sein. Foreign body or caused by fatigue and cracking. In areas with damaged thermal insulation layer, more heat from the working medium M of the gas turbine on the Turbine blade 120 are transmitted, which leads to local temperature increases. If such temperature increases material-dependent cross borders and are simultaneously present me ¬ chanical stresses from the operation, there may be lo cal structural changes come as the rafting described. Such rafts may be detrimental to the load capacity of the component, depending on their direction of expansion.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Turbinenlaufschaufel 120 in einer Prozesskammer 506 angeord¬ net. Die Prozesskammer 506 dient unter anderem dazu, den Pro- zess unter einer Schutzatmosphäre durchführen zu können. Die Schutzatmosphäre kann aus einem Schutzgas bestehen oder auch durch ein technisches Vakuum realisiert werden. Die Schutzat- mosphäre dient unter anderem dazu, das Bauteil, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden soll, vor Oxidation zu schützen. Durch die geeignete Wahl der Schutzatmosphäre kann auch eine Streuung des Laserlichts vermieden oder gefördert oder gezielt Reaktionen in der Verfahrenszone 500 beeinflusst werden. Die Prozesskammer 506 umfasst auch eine Heizeinrichtung für das zu behandelnde Bauteil, in die¬ sem Beispiel eine Turbinenlaufschaufel 120. Die Heizeinrich¬ tung wird verwendet, um das zu behandelnde Bauteil ganzheit¬ lich auf eine Basistemperatur zu erhitzen, die beispielweise 700°C betragen kann. Diese Basistemperatur ist verfahrensge¬ mäß so zu wählen, dass sie keine ungewünschten Effekte auf die Eigenschaften des zu behandelnden Bauteils hat. Zum Beispiel sollten durch gezielte Kaltverfestigung erzeugte Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Die Wahl der Basistem- peratur hängt dementsprechend unter anderem vom Material der Turbinenlaufschaufel 120 ab. Andererseits sollte die Basis¬ temperatur so hoch wie ohne ungewünschte Nebeneffekte möglich gewählt werden, um Temperaturspannungen im Übergang zur Verfahrenszone 500 und die Anforderungen an den Laser 501 mög- liehst gering zu halten. Die Verfahrenszone 500 beschreibt die Partie der Turbinenlaufschaufel 120, die der Zone mit der betriebsbedingten lokalen Schädigung entspricht und in welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, um eine Neuausrichtung der Rafts zu erzeugen. Die Verfahrenszone 500 wird mittels eines Lasers 501 auf eine Verfahrenstemperatur erhitzt, die eine Neuausrichtung der Rafts ermöglicht. An¬ statt eines Lasers 501 können auch andere Wärmequellen einge- setzt werden, die eine örtlich begrenzte, gut kontrollierbare Wärmeeinbringung ermöglichen. Die Verfahrenstemperatur ist vom verwendeten Material der Turbinenlaufschaufel 120 abhän¬ gig und kann beispielweise 950°C betragen. Zur Neuausrichtung der Rafts werden als Teil der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens neben einer Prozesstempera¬ tur zeitgleich auch mechanische Spannungen in ausreichender Höhe in der Verfahrenszone 500 erzeugt. Dies kann erreicht werden, in dem die Turbinenlaufschaufel 120 eingespannt 505 und mit Zug- und/oder Druckkräften 503 sowie mit Biege- und/oder Torsionsmomenten 504 beaufschlagt wird. To carry out the inventive method, the turbine blade is 120 angeord ¬ net in a process chamber 506th Among other things, the process chamber 506 serves to be able to carry out the process under a protective atmosphere. The protective atmosphere can consist of a protective gas or can be realized by a technical vacuum. Among other things, the protective atmosphere serves to protect the component to which the method according to the invention is to be applied from oxidation. By suitably selecting the protective atmosphere, it is also possible to avoid or promote scattering of the laser light or to selectively influence reactions in the process zone 500. The process chamber 506 also comprises a heating device for the treated component, in the ¬ sem example a turbine blade 120. The Heizeinrich ¬ processing is used to heat the component to be treated integrated ¬ Lich to a base temperature which may for example be 700 ° C , This base temperature is to choose verfahrensge ¬ Mäss so that it has no undesirable effects on the properties of the treated component. For example, properties produced by targeted strain hardening should not be compromised. Accordingly, the choice of base temperature depends inter alia on the material of the turbine blade 120. On the other hand, the base ¬ temperature should be chosen as high as without unwanted side effects possible in order to keep thermal stresses in the transition to processing zone 500 and the requirements for the laser 501 possible liehst low. The process zone 500 describes the batch of the turbine blade 120 that corresponds to the operational localized damage zone and in which the method of the present invention is applied To realign the rafts. The process zone 500 is heated by a laser 501 to a process temperature that allows realignment of the rafts. At ¬ instead of a laser 501 other heat sources can be set einge- that enable localized, well-controlled heat input. The process temperature is 120 depen ¬ gig on the used material of the turbine blade and can be for example 950 ° C. Realigning the rafts are generated as part of the application of the inventive method in addition to a process tempera ture ¬ at the same time also mechanical stresses in sufficient level in the process zone 500th This can be achieved by clamping the turbine blade 120 505 and applying tensile and / or compressive forces 503 as well as bending and / or torsional moments 504.
Durch einen oder mehrere geeignete Sensoren 502 in der Nähe der Verfahrenszone kann der Spannungszustand in der Verfah- renszone 500 überwacht werden. Der Sensor 502 kann zum Bei¬ spiel ein Dehnungsmessstreifen (DMS) sein. Durch den Sensor 502 wird verfahrensgemäß sichergestellt, dass im Verfahrens¬ bereich 500 mechanische Spannungen in ausreichender Höhe für die Neuausrichtung der Rafts und in der notwendigen Richtung zur Erzielung der gewünschten Raftausdehnungsrichtung vorliegen. Gleichzeitig kann mittels Überwachung des Spannungs¬ niveaus durch den Sensor 502 die Belastung der Turbinenschaufel 120 minimiert werden, da nur die notwendigen Kräfte 503 und Momente 504 zur Sicherstellung eines ausreichend hohen Spannungsniveaus in der Verfahrenszone eingeleitet werden. By one or more suitable sensors 502 in the vicinity of the process zone, the state of stress in the process zone 500 can be monitored. The sensor 502 may be the case ¬ play a strain gauge (DMS). By the sensor 502 is moved according to ensure that 500 mechanical stresses sufficient amount present in the process ¬ area for the realignment of rafts and in the required direction to achieve the desired Raftausdehnungsrichtung. At the same time, the load on the turbine blade 120 can be minimized by monitoring the voltage levels ¬ by the sensor 502, since only the necessary forces and moments 503 504 to ensure a sufficiently high voltage level in the process zone to be initiated.
Bei erfindungsgemäßer Durchführung des beanspruchten Verfahrens kann die γ/γ' -Mikrostruktur eines betriebsbedingt lokal geschädigten Bauteils so ausgerichtet werden, dass die mecha- nische Belastbarkeit gegenüber einer definierten Belastung im Vergleich zum Ausgangszustand vorteilhaft verbessert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt durch Betrieb ge- schädigte Laufschaufeln wieder in betriebstauglichen Zustand und senkt so vorteilhaft die Betriebskosten von Gasturbinen. When carrying out the claimed method according to the invention, the γ / γ 'microstructure of a locally damaged component due to operational conditions can be aligned in such a way that the mechanical load capacity can be advantageously improved compared to a defined load compared to the initial state. The method according to the invention brings by operation damaged blades again in operational condition and thus lowers the operating costs of gas turbines advantageous.
Figur 7 zeigt den möglichen Ablauf einer Anwendung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens im Rahmen des Refurbishments eines Bauteils, zum Beispiel einer Gasturbinenlaufschaufel. FIG. 7 shows the possible sequence of an application of the method according to the invention during the refurbishment of a component, for example a gas turbine blade.
A Raftanalyse Zunächst wird die vorhandene Ausrichtung der Rafts ermittelt (A) , beispielweise durch metallurgische Untersuchung. So kön¬ nen unter anderem geschädigte Bereiche ermittelt werden. An¬ haltspunkte für mögliche geschädigte Bereiche können bei¬ spielweise auch aus Beschädigungen an einer thermischen Iso- lationsschicht gewonnen werden. A raft analysis First, the existing orientation of the rafts is determined (A), for example by metallurgical investigation. Said Koen ¬ nen damaged, among other areas are determined. At ¬ support points for possible damaged areas can be ¬ game also obtained from damage to a thermal insulation lationsschicht.
B Spannungsanalyse Betrieb Aus dem Vorhandensein und der Lage der Rafts können Rückschlüsse über Spannungsverteilung und Temperaturverteilung im Bauteil während des Betriebs gezogen werden (B) . B Stress analysis Operation The presence and location of the rafts allow conclusions to be drawn about the stress distribution and temperature distribution in the component during operation (B).
C Festlegung Ziel-Raft-Ausdehnungsrichtung C Definition of target raft extension direction
In einem weiteren Schritt C ist festzulegen, welche Ausdehnungsrichtungen der Rafts vorteilhaft für die lokale Beanspruchung während des Betriebs sind. Daraus werden die in die Verfahrenszone 500 einzubringenden mechanischen Spannungen abgeleitet . In a further step C, it is to be determined which extension directions of the rafts are advantageous for the local stress during operation. From this, the mechanical stresses to be introduced into the process zone 500 are derived.
D Anbringung Spannungssensor D Attach voltage sensor
Im Verfahrensschritt D wird nahe der Verfahrenszone 500 am zu behandelnden Bauteil ein Sensor 502 zur Überwachung des Spannungszustands angebracht. Dabei sind unter anderem der Zugang zur Verfahrenszone 500 und die Temperaturbeständigkeit des Sensors zu beachten. In method step D, a sensor 502 for monitoring the state of stress is attached near the process zone 500 on the component to be treated. These include access to the process zone 500 and to observe the temperature resistance of the sensor.
E Einbringung in Prozesskammer E introduction in process chamber
Im Verfahrensschritt E wird das Bauteil auf einer Halterung in der Prozesskammer 506 angebracht, mit Einrichtungen zur Aufprägung von Kräften und Momenten verbunden (503, 504, 505) und auf die Basistemperatur von beispielweise 700°C erhitzt. In method step E, the component is mounted on a holder in the process chamber 506, connected to means for imposing forces and moments (503, 504, 505) and heated to the base temperature of, for example, 700 ° C.
F Spannungseinbringung Im Verfahrensschritt F werden auf das Bauteil Kräfte und Mo¬ mente (503, 504, 505) derart aufgeprägt, dass sich in der Verfahrenszone der gewünschte Spannungszustand einstellt, welcher zur Neuausrichtung der Rafts notwendig ist. Mittels des Sensors 502 kann dies kontrolliert werden. Dieser Verfah- rensschritt kann parallel zur lokalen Wärmeeinbringung G durchgeführt werden, so dass eventuelle Änderungen des Span¬ nungszustands aus der Wärmeeinbringung kompensiert werden können. Es wird verfahrensgemäß sichergestellt, dass während der lokalen Wärmeeinbringung G ausreichende Spannungen in der Verfahrenszone 500 vorhanden sind. F Stress introduction In process step F, forces and moments (503, 504, 505) are impressed onto the component in such a way that the desired stress state is established in the process zone, which is necessary for reorienting the rafts. This can be controlled by means of the sensor 502. This process step can be carried out parallel to the local heat input G, so that any changes of the tension can ¬ voltage state are compensated from the heat input. It is ensured according to the method that during the local heat input G sufficient stresses in the process zone 500 are present.
G Lokale Wärmeeinbringung „Rerafting" Die Verfahrenszone 500 wird beispielsweise mittels eines La¬ sers 501 auf eine Prozesstemperatur von beispielweise 950°C erwärmt. Da gleichzeitig die im Prozessschritt F aufgeprägten Spannungen vorhanden sind, richten sich die Rafts in einer vorteilhaft gewählten Richtung aus und verbessern so die me- chanischen Eigenschaften des behandelten Bauteils. G Local heat input "Rerafting" The processing zone 500 is heated, for example by means of a La ¬ sers 501 to a process temperature of for example 950 ° C. As the same time impressed in the process step F voltages are present, the rafts set in an advantageously chosen direction and improve so the mechanical properties of the treated component.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Wiederaufbereitung von lokal vorgeschädigten Bauteilen mit ursprünglich kubischen γ/γ' -Mikrostrukturen . Solche Bauteile können insbesondere Turbinenschaufeln sein, die durch lokale gerichtete Vergröberung der γ/γ' -Mikrostruktur in ihrer Belastbarkeit gegenüber den Betriebsbeanspruchungen beeinträch- tigt sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Aus¬ dehnungsrichtung der γ/γ' -Mikrostruktur in eine vorteilhafte Richtung gedreht werden. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß die Verfahrenszone 500 lokal erhitzt, während gleichzeitig Zug- und/oder Druckspannungen derart eingebracht werden, dass sich vorteilhaft ausgerichtete Vergröberungen der Mikrostruktur ausbilden. The inventive method is particularly suitable for the reprocessing of locally damaged components originally cubic γ / γ 'microstructures. Such components may, in particular, be turbine blades which are impaired by local directed coarsening of the γ / γ 'microstructure in terms of their capacity to withstand operating stresses. The inventive method the off ¬ stretching direction of the γ / γ 'microstructure can be rotated in an advantageous direction. In order to achieve this, according to the invention, the process zone 500 is locally heated, while at the same time tensile and / or compressive stresses are introduced in such a way that advantageously aligned coarsening of the microstructure is formed.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113008694A (en) * | 2021-02-01 | 2021-06-22 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Mismatch degree-based service damage evaluation method for nickel-based superalloy turbine blade |
| CN115074819A (en) * | 2021-03-11 | 2022-09-20 | 隆基绿能科技股份有限公司 | Thermal field component repair judgment method, processing method, device and system |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0251983A1 (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-07 | United Technologies Corporation | Stress relief of single crystal superalloy articles |
| EP0433972A1 (en) * | 1989-12-22 | 1991-06-26 | Refurbished Turbine Components Limited | Turbine blade repair |
| EP0486489B1 (en) | 1989-08-10 | 1994-11-02 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature-resistant, corrosion-resistant coating, in particular for components of gas turbines |
| EP0412397B1 (en) | 1989-08-10 | 1998-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Rhenium-containing protective coating with high corrosion and oxidation resistance |
| EP0892090A1 (en) | 1997-02-24 | 1999-01-20 | Sulzer Innotec Ag | Method for manufacturing single crystal structures |
| EP0786017B1 (en) | 1994-10-14 | 1999-03-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Protective layer for protecting parts against corrosion, oxidation and excessive thermal stresses, as well as process for producing the same |
| WO1999067435A1 (en) | 1998-06-23 | 1999-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength |
| US6024792A (en) | 1997-02-24 | 2000-02-15 | Sulzer Innotec Ag | Method for producing monocrystalline structures |
| WO2000044949A1 (en) | 1999-01-28 | 2000-08-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel base superalloy with good machinability |
| EP1306454A1 (en) | 2001-10-24 | 2003-05-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Rhenium containing protective coating protecting a product against corrosion and oxidation at high temperatures |
| EP1319729A1 (en) | 2001-12-13 | 2003-06-18 | Siemens Aktiengesellschaft | High temperature resistant part, made of single-crystal or polycrystalline nickel-base superalloy |
| EP1204776B1 (en) | 1999-07-29 | 2004-06-02 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature part and method for producing the same |
| EP2103779A1 (en) * | 2008-03-18 | 2009-09-23 | Turbine Overhaul Services Private Limited | Methods and apparatuses for correcting twist angle in a gas turbine engine blade |
| US20090255114A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | United Technologies Corporation | Methods for correcting twist angle in a gas turbine engine blade |
| US20100037459A1 (en) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | Leading Edge Turbine Technologies, Ltd. | Method for Correcting Downstream Deflection in Gas Turbine Nozzles |
-
2015
- 2015-03-05 DE DE102015203985.4A patent/DE102015203985A1/en not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-02-24 WO PCT/EP2016/053814 patent/WO2016139089A1/en not_active Ceased
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0251983A1 (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-07 | United Technologies Corporation | Stress relief of single crystal superalloy articles |
| EP0486489B1 (en) | 1989-08-10 | 1994-11-02 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature-resistant, corrosion-resistant coating, in particular for components of gas turbines |
| EP0412397B1 (en) | 1989-08-10 | 1998-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Rhenium-containing protective coating with high corrosion and oxidation resistance |
| EP0433972A1 (en) * | 1989-12-22 | 1991-06-26 | Refurbished Turbine Components Limited | Turbine blade repair |
| EP0786017B1 (en) | 1994-10-14 | 1999-03-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Protective layer for protecting parts against corrosion, oxidation and excessive thermal stresses, as well as process for producing the same |
| US6024792A (en) | 1997-02-24 | 2000-02-15 | Sulzer Innotec Ag | Method for producing monocrystalline structures |
| EP0892090A1 (en) | 1997-02-24 | 1999-01-20 | Sulzer Innotec Ag | Method for manufacturing single crystal structures |
| WO1999067435A1 (en) | 1998-06-23 | 1999-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength |
| WO2000044949A1 (en) | 1999-01-28 | 2000-08-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel base superalloy with good machinability |
| EP1204776B1 (en) | 1999-07-29 | 2004-06-02 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature part and method for producing the same |
| EP1306454A1 (en) | 2001-10-24 | 2003-05-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Rhenium containing protective coating protecting a product against corrosion and oxidation at high temperatures |
| EP1319729A1 (en) | 2001-12-13 | 2003-06-18 | Siemens Aktiengesellschaft | High temperature resistant part, made of single-crystal or polycrystalline nickel-base superalloy |
| EP2103779A1 (en) * | 2008-03-18 | 2009-09-23 | Turbine Overhaul Services Private Limited | Methods and apparatuses for correcting twist angle in a gas turbine engine blade |
| US20090255114A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | United Technologies Corporation | Methods for correcting twist angle in a gas turbine engine blade |
| US20100037459A1 (en) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | Leading Edge Turbine Technologies, Ltd. | Method for Correcting Downstream Deflection in Gas Turbine Nozzles |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MOVERARE J J ET AL: "Deformation and damage mechanisms during thermal-mechanical fatigue of a single-crystal superalloy", ACTA MATERIALIA, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 57, no. 7, 1 April 2009 (2009-04-01), pages 2266 - 2276, XP025977290, ISSN: 1359-6454, [retrieved on 20090225], DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2009.01.027 * |
| PYCZAK F ET AL: "The influence of different alloying elements on the development of the gamma/gamma' microstructure of nickel-base superalloys during high-temperature annealing and deformation", ACTA MATERIALIA, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 53, no. 14, 1 August 2005 (2005-08-01), pages 3879 - 3891, XP004988455, ISSN: 1359-6454, DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2005.04.041 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113008694A (en) * | 2021-02-01 | 2021-06-22 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Mismatch degree-based service damage evaluation method for nickel-based superalloy turbine blade |
| CN113008694B (en) * | 2021-02-01 | 2023-12-15 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Mismatch-based service damage evaluation method for nickel-based superalloy turbine blade |
| CN115074819A (en) * | 2021-03-11 | 2022-09-20 | 隆基绿能科技股份有限公司 | Thermal field component repair judgment method, processing method, device and system |
| CN115074819B (en) * | 2021-03-11 | 2023-08-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | Thermal field component repair judging method, processing method, device and system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102015203985A1 (en) | 2016-09-08 |
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